Широкополосный пьезопреобразователь Советский патент 1979 года по МПК H03H9/04 B06B1/06 

(54) ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может использоваться в ультразвуковой аппаратуре для излучения и приема ультразвуковых импульсов.

Известны пьезопреобразователи, содержащие пьезоэлемент, одно из оснований которого выполнено сферически изогнутым, и электроды, расположенные на обоих основаниях 1.

Недостатком этих пьезопреобразователей является фокусировка ультразвукового луча в одной точке перед фокальной плоскостью.

Известен также широкополосный пьезопреобразователь содержащий цилиндрический корпус с круглым отверстием в основании и закрепленный в нем пьезоэлемент, на одной из плоскостей которого расположены концентрично два электрода 2.

Такой пьезопреобразователь обеспечивает получение протяженного пучка ультразвуковых колебаний. Однако пучок ультразвуковых колебаний значительно расходится при удалении от пьезопреобразователя.

Целью изобретения является уменьшение расходимости пучка ультразвуковых колебаний.

Это достигается тем, что пьезоэлемент выполнен в форме конуса, электроды имеют форму колец, а диаметр отверстия в основании корпуса равен внешнему диаметру внутреннего электрода.

На чертеже схематически изображен пьезопреобразователь.

Пьезопреобразователь содержит конусный пьезоэлемент 1.два кольцевых электрода 2 и 3 и корпус 4, на основании 5 которого установлен пьезоэлемент 1. В основании 5 имеется отверстие 6.

Работает пьезопреобразователь следующим образом.

При приложении электрического, например импульсного, поля к электродам 2 и 3, они вместе с поверхностью пьезоэлемента 1, на которой расположены, смещаются вверх или вниз в зависимости от полярности прилагаемого напряжения. В силу линейности пьезоэффекта, смещения поверхности пьезоэлемента, несущей электроды 2 и 3, в точности повторяют форму возбуждающих

электрических импульсов длительностью до единиц НС и частотой заполнения до сотен МГц. У поверхности электродов генерируется акустическое давление, распределенное так, как это показано кривыми 7 и 8, вследствие чего преобразователь генерирует ультразвуковой луч 9. Вектор поляризации Р во всем объеме пьезоэлемента перпендикулярен основанию конуса, на котором расположены электроды 2 и 3. Поэтому при подаче возбуждающего электрического напряжения у электродов одновременно генерируется акустическое давление разных знаков, например, если у электрода 2 возникает деформация сжатия, то у электрода 3 - деформация разрежения. При фокусировке это приводит к взаимному уничтожению колебаний во внешней среде.

Для обеспечения синфазности ультразвуковых колебаний во фронте волны в непосредственной близости от излучающей поверхности преобразователя часть этой поверхности, на которой расположен электрод 3, акустически заэкранирована основанием 5 корпуса 4. Таким образом, излучающей ультразвуковые колебания здесь является узкая кольцевая часть,поверхности.

Предложенный пьезопреобразователь, имеющий средний диаметр электрода 16мм и высоту конуса пьезоэлемента 65 мм при диаметре его основания 24 мм, обеспечивает в диапазоне частот заполнения ультразвуковых радиоимпульсов от 2,5 до 200 МГц уль развуковой луч (при излучении в воду)диаметром от 0,5-1,0мм до 2-6мм на участке 10-300мм вдоль направления излучения.

Использование предложенного пьезопреобразователя обеспечивает высокую и равномерную по глубине контролируемого изделия фронтальную разрешающую способность с одновременно предельно высокой

разрещающей способностью по глубине, оно позволяет также в 20-30 раз расщирить частотный диапазон ультразвуковых спектрометрических дефектоскопов при высокой и равномерной по всей глубине контролируемых изделий азимутальной разрешающей

способности.

Формула изобретения

Широкополосный пьезопреобразователь,

содержащий цилиндрический корпус с круглым отверстием в основании и закрепленный в нем пьезоэлемент, на одной из плоскостей .которого расположены концентрично два электрода, отличающийся тем, что,

с целью уменьшения расходимости пучка ультразвуковых колебаний, пьезоэлемент выполнен в форме конуса, электроды имеют форму колец, а диаметр отверстия в основании корпуса равен внешнему диа.метру внутреннего электрода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Вопилкин А. X. и др. Теоретические исследования широкополосных преобразователей.-«Дефектоскопия, 1977, № 2, с. 7-12.

2. Домаркас В. И. и др. Контрольно-измерительные пьезоэлектрические преобразователи. Вильнюс, «Минтис, 1975, с. 196- 197.