Ультразвуковой преобразовательдля ВОзбуждЕНия ВОлН лэМбА Советский патент 1981 года по МПК G01N29/04 H04R17/00 

в виде диска, причем пьезоэлемент помещен в камеру, разделенную перегородкой и заполненную текучей средой. В устройстве предусмотрено приспособление для изменения относительного давления между различными текучими средами в двух камерах дл измерения диаграммы ультразвукового излучения 3. Недостатком указанного устрЬйства является малая эффективность возбуждения колебаний при контроле движущегося материала вследствие нестабильности и неоптимальности угла ввода ультразвуковой волны в контролируемое движущееся изделие. Цель изобретения - повышение эффективности возбуждения колебаний при контроле движущегося материала. Это достигается тем, что пьезоэлемент выполнен в виде тела вращения, внутренняя и внещняя поверхности которого имеют вид одного полного оборота спирали Архимеда с постоянной, равной тангенсу арккосинуса отношения волновых чисел в контролируемом материале и в материале согласующего слоя, и прикреплен к диску с обеспечением акустического контакта с ним по своей виешней поверхности, при этом центры диска и спирали Архимеда совмещены. На чертеже изображен предлагаемый преобразователь, поперечное сечение. Преобразователь содержит пьезоэлемеит 1,выполненный в виде тела вращения, внуренняя и внешняя поверхности которого имеют вид одного полного оборота спирали Архимеда, и согласующий диск 2, причем и виещняя поверхность пьезоэлемента 1 находится в непосредственном акустическом контакте с внутренней поверхностью диска 2,а постоянная спирали Архимеда равна тангенсу арккосинуса отнощения волновых чисел в контролируемом материале и в материале согласующего диска 2. Устройство работает следующим образом. Преобразователь 1 возбуждает ультразвуковые колебания, которые через согласующий слой 2 возбуждают в движущемся контролируемом материале волну Лэмба. Оптимальный угол ввода колебаний в материал через клиновидный согласующий слой равен : arc sin i , где 01-угол падения плоской- волны на листовой материал; Скл - скорость продольных ультразвуковых воли в материале согласующего слоя; CM - скорость продольных ультразвуковых волн в листовом материале. Возбуждаемая пьезоэлементом 1 ультразвуковая волна распространяется в согласующем слое 2, причем направление распространения ф ронта волны является перпендикулярным касательной активной поверхности пьезоэлемента. Применение согласующего слоя в виде диска 2 обеспечивает отсутствие сухого трения, но требует создания рациональной формы пьезоэлемента, постоянства угла ввода в, обеспечивающего постоянство угла ввода независимо от угла поворота. Это условие будет удовлетворено если направление касательной ВВ к поверхности искомой геометрической формы пьезоэлемента будет постоянным относительно направления ОО исследуемого полотна, т. е. 02 const. Решение этой задачи будем проводить в системе полярных координат g f((p). Как известно тангенс угла направления касательной равен первой производной по переменному ф tg в, ctg/df а,(2) откуда e2 arctgd, где а - постоянная величина. Если учесть соотношение (2), то аф, что геометрически представляет спираль Архимеда. Следовательно, для того чтобы угол ввода был постоянным независимо от угла поворота диска, поперечное сечение пьезоэлемента должно быть выполнено в виде спирали Архимеда. Практически геометрические размеры спирали целесообразно ограничивать пределами одного полного оборота. При этом, следует обратить внимание на тот факт, что для получения полной информации о технических условиях конструирования преобразователя, необходимо найти аналитическую зависимость между углом ввода ультразвуковых колебаний 61 и постоянной спирали Архимеда. Как было отмечено выше, направление фронта возбуждаемой волны всегда перпендикулярно к касательной активной поверхности преобразователя. Поэтому угол между касательной ВВ и направлением излучения АА должен быть постоянным и равен я/2. Отсюда QI Qj -f тс/2, где в определяется соотношением (1), а 02 - соотношением (2). Поэтому после некоторых преобразований получаем, что arctga rr arccos a tgarccos - , .,0) кя- - волновые числа соответственно в контролируемом материале в согласующем слое.