Устройство для генерации ультразвуковых импульсов Советский патент 1980 года по МПК H04R17/00 

Изобретение относится к приборостроению и может быть испол1 зовано в ультразвуковой дефектоскопии, медицинской акустике и акустоэлектронике.

Известно устройство для генерации ультразвуковых импульсов, выполненное в виде возбуждаемого от . высокочастотного генератора через элемент связи активного пьезоэлемента, акустически нагруженного на внешнюю среду через последовательно размещенные акустический резонатор и управляющий пьезоэлемент с управляемой активно-индуктивной электрической нагрузкой, причем управляющий пьезоэлемент ориентирован относительно смещений в ультразвуковой волне так, что смещения параллельны его пьезоактивному направлению 1. .,,.

Недостатком известного устройства является малая амплитуда генерируемь1Х ультразвуковых импульсов из-за размещения полуволнового активного пьезоэлемента с наружной стороны акустического резонатора.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для генерации ультразвуковых импульсов, содержащее акустический резонатор, активный пьезоэлемент, расположенный в узле смещений акустического резонатора, и

управляющий пьезоэлемент с управляемой активно-индуктивной электрической нагрузкой, ориентированный относительно смещений в ультразвуковой волне так, что смещения параллельны его пьезоактивному направлению 2.

Недостатком данного устройства является снижение амплитуды генерируемых импульсов из-за временной нестабильности

10 частоты высокочастотного генератора и взаимной расстройки по частоте высокочастотного генератора и акустического резонатора.

Целью изобретения является увеличе15ние амплитуды генерируемых ультразвуковь1х импульсов.

Это достигается тем, что устройство, содержащее акустический резонатор, активный пьезоэлемент, расположенный в узле

20 сме1дений акустического резонатора, и управляющий пьезоэлемент с управляемой активно-индуктивной электрической нагрузкой, расположенный между акустическим резонатором и средой, ориентированный от25носительно смещений в ультразвуковой волне так, что смещения параллельны его пьезоактивному направлению, снабжено делителем электрического напряжения, фазосдвигающим устройством и управляемым 30 усилителем электрических сигналов, причем

управляемая активно-индуктивная электрическая нагрузка управляющего пьезоэлемента электрически соединена с входом делителя электрического напряжения, выход делителя электрического напряжения электрически соединен с входом фазосдвигающего устройства, выход фазосдвигающего устройства электрически соединен .с входом управляемого усилителя электрических сигналОВ, а выход управляемого усилителя электрических силналов электрически соединен с проводящими электродами активного пьезоэлемвнта.

При этом для генерации ультразвуковых импульсов объемных волн активный пьезоэлемент, акустический резонатор и управляющий пьезоэлемент выполнены за одно цело-е, .напр,И1ме|р, в виде сплошного стержня из пьезоактнвного материала с проводящими электродами на боковых поверхностях. Кроме того, для генерации ультразвуковых импульсов поверхностных волн активный пьезоэлемент, акустический резонатор и управляющий пьезоэлвм-ент выполнены в виде системы встречно-штыревых проводящих электродов, нанесенных на. пьезоактивный материал.

На фиг. 1 схематически представлено устройство для генерации ультразвуковых импульсов; на фиг. 2 - конкретньга пример выполнения предлагаемого устройства стержневого типа для генерации ультразвуковых импульсов объемных волн; на фнг. 3 - конкретный пример выполнения предлагаемого устройства для генерации ультразвуковых импульсов поверхностных волн.

Устройство для генерации ультразвуковых нмпульсов содержит активный пьезоэлемент 1, расположенный в узле смещений акустического резонатора 2. Между акустическим резонатором 2 и внешней средой

3расположен управляющий пьезоэлемент

4с управляемой акТивно-индуктивной электрической нагрузкой 5. Управляемая активно-индуктивная электрическая . нагрузка 5 электрически соединена с входом делителя электрического напряжения 6, выход делителя электрического напряжения 6 электрически соедилен с входом фазосдвигающего устройства 7, выход фазосдвигающего устройства 7 электрически соединен с входом управляемо го усилителя электрических оигкалов 8, а выход управляемого усилителя электрических сигналов 8 электрически соединен с проводящими электродами активного пьезоэлемента J. Причем пьезоэлемент / активный, акустический резонатор 2 и управляющий цьезоэлемент 4 в случае генерации ультразвуковых импульсов объемных волн выполнены в виде дискретных элементов (см. фиг. 1) либо в виде монолитной конструкции стержцевого типа (см. фиг. 2). Кроме того, в случае генерации ультразвуковых импульсов поверхностных волн активный пьезоэлемент 1, акустический резонатор 2 и управляющий пьезоэлемент 4 выполнены в виде системы встречно-штыревых проводящих электродов, нанесенных на пьезоактивный материал (см. фиг. 3). Предлагаемое устройство работает ..следующим образом.

В исходном ноложении добротность управляемой активно-индуктивной электрической нагрузки 5 управляющего пьезоэлемента 4 устанавливают максимально возможной, причем одновременно путем подачи на шину управления 9 управляющего электрического сигнала открывают управляемый усилитель электрических сигналов

8. С помощью управляющего пьезоэлемента 4 преобразуют тепловые шумы акустического резонатора 2 в электрический сигнал, который в виде высокочастотного электрического напряжения снимают с управляемой

активно-индуктивной электрической нагрузки 5 и подают его на вход делителя электрического напряжения 6. С помощью делителя электрического напряжения 6, фазослв;:гающего устройства 7 и управляемого

усилителя электрических сигналов 8 путем последовательной обработки электрического сигнала упомянутыми устройствами увеличивают амплитуду и формируют фазу электрического сигнала, и с выхода управляемого усилителя электрических сигналов 8 подают электрический сигнал на проводящие электроды активного пьезоэлемента /. С помощью активного пьезоэлемента / преобразуют электрический сигнал и излучают

его в акустический резонатор 2 в виде ультразвука с амплитудой, превышающей первоначальный шумовой сигнал. При этом ультразвуковая волна ночти полностью отражается от управляющего пьезоэлемента

4, и в акустическом резонаторе 2 за счет положительной обратной связи идет процесс накопления акустической энергии, который проявляется в многократном увеличении амплитуды стоячей ультразвуковой волны в

нем. При достижении амплитуды стоячей ультразвуковой волны в акустическом резонаторе 2 стационарного значения резко уменьшают величину добротности управляемой активно-индуктивной электрической

нагрузки 5 до минимального значения, причем одновременно путем подачи на шину управления 9 управляющего электрического сигнала запирают управляемый усилитель электрических сигналов 8. При этом

коэффициент прохождения звука через управляющий пьезоэлемент 4 возрастает до единицы и накопленную в акустическом резонаторе 2 энергию во внешнюю среду 3 в виде прямоугольного ультразвунового импульса.

Предлагаемое устройство для генерации ультразвуковых импульсов позволяет реализовать самонастраивающуюся ультразвуковую колебательную систему и устранить

снижение амплитуды генерируемых ультразвуковых импульсов из-за взаимной расстройки по частоте акустического резонатора и высокочастотного генератора.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет увеличить амплитуду генерируемых ультразвуковых импульсов по сравнению с известными устройствами, по крайней мере, в 1,4 раза.

Формула изобретения

1. Устройство для генерации ультразвуковых импуль1СО1В, содержащее акустический резонатор, активный пьезоэлемент, расположенный в узле смещений акустического резонатора, и управляющий пьезоэлемент с управляемой активно-индуктивной электрической нагрузкой, расположенный между акустическим резонатором и средой, ориентированный относительно смещений в ультразвуковой волне так, что смещения параллельны его пьезоактивному направлению, отличающееся тем, что, с целью увеличения амплитуды генерируемых импульсов, оно снабжено делителем электрического напряжения, фазосдвигающим устройством и управляемым усилителем электрических сигналов, причем управляемая активно-индуктивная электрическая нагрузка управляющего пьезоэлемента электрически соединена с входом делителя электрического напряжения, выход делителя 5лектричесКОГО напряжения электрически соединен с входом фазосдвигающего устройства, выход фазосдвигающего устройства электрически соединен с входом управляемого усилителя электрических сигналов, а выход уцравляемого усилителя электрических сигналов электрически соединен с проводящими электродами активного пьезоэлемента.

2.Устройство по п. 1, отличающее0с я тем, что, с целью генерации ультразвуковых импульсов объемных волн, активный пьезоэлемент, акустический резонатор и управляющий пьезоэлемент выполнены за одно целое в виде сцлощного стержня из пьезоактивного материала с проводящими

5 электродами на боковых поверхностях.

3.Устройство по п. 1, отличающеес я тем, что, с целью генерации ультразвуковых импульсов ловерхностных волн, активный пьезоэлемент, акустический резона0тор и управляющий пьезоэлемент выполнены в виде системы встречно-штыревых проводящих электродов, нанесенных на пьезоактивный материал.

5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авторское свидетельство СССР № 489272, кл. Н 04 R 17/00, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР № 558423, кл. Н 04 R 17/00, 1976 (прототип).

.