Буферный стержень Советский патент 1981 года по МПК B06B1/06 H04R17/00 

54) БУФЕРНЫЙ СТЕР)

1. .

Изобретение относится к технике ультразвукового контроля и может быть использовано в ультразвуковых дефектоскопических устройствах для изме- , рения скорости и затухания ультразвуковых волн.

известны буферные стержни, используемые в ультразвуковой аппаратуре для исследования твердых материалов. . Причем, в качестве буферных стержней используются самые различные материалы.

Известен буферный стержень, представляющий собой слой жидкости с известными, характеристиками, располагае-Э между, приемо-излучагацим пьезопреобразователем и исследуемым образцом твердого материала. При измерениях жидкостный стержень полностью устраняет влияние контактных слоев, пара- 20 метры которых имеют значительный разброс 1.

Известен также буферный стержень, состоящий из твердотельного стержня и: слоя жидкости, располагае№1й между преобразователем и исследуег«м образцом t2.

Недостатками буферных стержней являются невозможность проведения измерений на сдвиговых волнах, трудность 30

исследования образцов с малыми геометрическими, размерами и невозможность исследования материалов, растворяюцщхся в жидкости или реагирующих с ней. Поэтому данные буферные стержни применяются в основном для исследования сильнопоглощающих материалов (горных пород, пластмасс и др.) на продольных ультразвуковых волнах.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является буферный стержень из твердого материала, содержащий рабочий участок и участок для крепления преобразователя

Стержень прост по конструкций, позволяет исследовать самле различные твёрдые образцы как на продольных, так и на сдвиговых ультразвуковых волнах СзЗ.

Однако для каждого типа ультразвуковых волн необходим свой набор буферных стержней. Поэтому при измерениях на продольных и сдвиговых волнах образец устанавливают вначале на одном наборе буферных стержней, а затем его переставляют на стержни для другого типа волн. Это затрудняет сам процесс измерений и, ухудшает точность измерений, так как парамет ры контактных слоев для каядаого буферного стержня получаются разными. При измерении изменений характеристи твердых материалов под воздействием каких-либо внешних факторов (.темпера туры, освещенности и т.д.) приходитс производить двухкратное повторение .измерений: для продольных и для сдви говых волн. Кроме того, генерация и прием сдвиговых волн осудествляет ся, как правило, кварцевыми преобра вателями ВТ, AT или Y срезов, недостаточно хорошо согласуемыми. с транзисторными каскадами аппаратуры в отличие от пьеэокерамических преобразователей, используемых для ген рации и приема продольных волн. Пьезокерамические преобразователи для сдвиговых волн сложны в изготов лении и не дают чисто сдвиговую мод излучения. Цель изобретения - расширение фу циональных возможностей за счет использования одного стержня для возб дения разных типов колебаний в исследуемом материале. Поставленная цель достигается те что буферный стержень снабжен дополнительным участком для крепления пьезопреобразователя, расположенным под углом к основному, отражающей плоскостью и двумя акустическими ловушками продольных и сдвиговых волн, причем углы между осями рабоч го участка, участков для крепления пьезопреобразователей, акустических ловушек и отражающей плоскости выбраны из соотношений со&сб o.osjb , Cg COS cos о угол между осью основного участка для крепления пьезопреобразователя и отраж ющей плоскостьюJ угол между осью дополнительного участка для креп ления пьезопреобразователя и отражающей плоскостью; угол между осью рабочего участка и отражающей плоскостью;угол между акустической ло вушкой сдвиговых волн и отражаюцей плоскостью} угол между акустической ловушкой продольных волн и отражающей плоскостью; скорость распространения продольных волн в материале стержня; скорость распространения сдвиговых волн в материале стержня. На -чертеже представлена конструкция предлагаемого буферного стержня Стержень содержит основной 1 и до полнительный 2 участки для крепления пьезопреобразователей 3 и 4, отражаю щую гатоскость 5, акустическую ловушку 6 сдвиговых волн, акустическую ловушку 7 продольных волн, рабочий участок 8, исследуег 1ый материал 9. Процесс измерений с использованием буферного стержня происходит следующим образом. Электрический зондирующий сигнал поступает на пьезопреобразователь 3, который излучает продольную акустическую волну, распространякядуюся в участке 2 стержня, отражающуюся от плоскости 5 и поступающую затем через участок 8 в исследуемый материал 9. Сдвиговая акустическая волна, образующаяся после отражения, является паразитной, и поглощается в акустической ловушке 6. При подаче зондирующего сигнала на преобразователь 4 продольная акустическая волна распространяется в участке 1 стержня, после Отражения от плоскости 5 раскладывается на продольную волну, поглощаемую в акустической ловушке 7, и сдвиговую - поступающую через рабочий участок 8 в исследуемый материал 9. Таким образом, при одной установке буферного стержня на исследуемый материал путем простого переключения акустических преобразователей можно проводить измерения как на продольных, так и на сдвиговых волнах. В режиме приема процесс измерений остается тот же: акустические волны из материала 9 поступают в участок 8 стержня, отражаются от плоскости .5 и затем распространяются к акустическим преобразователям 3 и 4 и акустическим ловушкам б и 7, ориентированным соответствующим образом относительно оси участка 8 стержня. Эта ориентировка будет, правда, отличаться от показанной на чертеже. Ловушки ориентированы таким образом, что в них осуществляется поглощение паразитных акустических волн. При этом оси ловушек совпадают с направлением распространения поглсадаемой волны. Конструктивно акустические ловушки могут быть выполнены в виде пирамиды или призмы, боковые поверхности которых имеют продольные канавки и дополнительно покрыты вязкими сильнопоглощающими материалами. Таким образом, предлагаемый буферный стержень позволяет получать волны двух типов путем излучения продольных волн пьезокерамическими, электронными и др. преобразователями, хорошо согласуемыми с блоками транзисторной электроники. Кроме того, все измерения можно проводить при одной установке исследуемого образца. Контактные слои при всех измерениях остаются одними и теми же, переход с одного типа волн на другие осуществляется путем простой электрической коммутации излучающих и приемных преобразователей. Все это позволяет значительно ускорить процесс измерений и повысить их точность. Формула изобретения Буферный стержень, изготовленный из твердого материала, содержащий рабочий участок и участок для крепле ния пьезопреобразователя, о т л ичающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможное тей за счет использования одного сте ня для возбуждения разных типов коле баний в исследуемом материале, буферный стержень снабжен дополнительным участком для крепления пьезопреобразователя, расположенным под уг лом к основному, отражающей плоскостью и двумя акустическими ловушками продольных и сдвиговых волн, причем углы между осями рабочего участка, участков для крепления пьезопреобразователей, акустических ловушек и от ражающей плоскости выбраны из соотношенийCOSCX, cosfb co&rj,Ce ccisP cosV &os4 Ct где Oi - угол между осью основного участка для крепления пьезопреобразователя и отражающей плоскостью; (i - угол между осью дополнительного участка для крепления пьезопреобразователя и отражающей плоскостью; угол между осью рабочего участка и отражающей плоскостью;угол между акустической ловушкой сдвиговых волн и отражающей плоскостью; угол между акустической ловушкой продольных волн и отражакяией плоскостью/ скорость распространения продольных волн в материале стержня; скорость растпространания сдвиговых волн в материале стержня. Источники информации, нятые во внимание при экспертизе 1.Груэлл Р., Элбаум Г. и Чип Б. тразвуковые методы в физике твертела. М., Мир, 1972, с.53-56.. 2.Мс. Skinin Н., Chamberg R. hods of measuring mechnical proties of plastics with high- frency ultrasound IEEE Trans,ics and Ultrasonics, 1964, 11, , c. 74-84. 3. Колесников A.E. Ультразвуковые ерения. Ы., изд-во стандартов, 0, с. 212 (прототип).