Пьезоэлектрический преобразователь для приема второй симметричной волны лэмба в металлах

 

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ПРИЕМА ВТОРОЙ СИММЕТРИЧНОЙ ВОЛНЫ ЛЭМБА В МЕТАЛЛАХ, содержащий насадку из оргстекла и установленный на ней пьезоэлемент, отл ичающий ся тем, что, с целью создания равномерной круговой диаграмма направленности, насадка вьтолнена в форме тела с двумя параллельными круговыми поверхностями, перпендикулярныг м оси тела, на одной из которых установлен пьезоэлемент диаметром d, диаметр другой - рабочей равен

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„14 . A

3(59 С 01 и 29/04

l

" - » Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ л t ° Ф е;

° t> I Ь в. ° ° !,, М АВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТОЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ (21) 3459505/25-28 (22) 01.07.82 (46). 07.03.84. Бюл. Р 9 (72) Н.В.Бобылев, Е.Д.Мезинцев и В.И.Карпов . (53) 620.179.16(088.8) (56) 1. Вакар K.Á. и др. Акустическая эмиссия и ее применение.для неРазрушающего контроля в ядерной энергетике. М., Атомиздат, 1980, .с. 134.

2. Там же, с. 134-135 (прототип). (54) (57) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ПРИЕМА ВТОРОЙ СИММЕТРИЧНОЙ ВОЛНЫ ЛЭМБА В МЕТАЛЛАХ, со1 держащий насадку из оргстекла и ус- тановленный на ней пьезоэлемент, отл ичающий ся тем, что, с целью создания равномерной круговой диаграмм направленности, насадка выполнена в форме тела вращения с двумя параллельными круговыми поверхностями, перпендикулярными оси тела, на одной из которых установлен пьезоэлемент диаметром d, диаметр другой — рабочей равен (2,4-2,8)d расстояние между параллельными поверхностямн выбрано не менее 2d а боковая поверхность насадки представляет собой поглотитель ультразвуковых колебаний °

1878314

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при контроле качества листовых конструкций, например, методом акустической эмиссии.

Известен пьезоэлектрический пре- 5 образователь для приема волн Лэмба в металлах, содержащий пьезоэлемент.

Причем рабочей поверхностью преобразователя является одна из плоскостей пьезоэлемента, перпендикулярная направлению его поляризации f1 /.

Недостатком преобразователя является отсутствие селективности приема волн Лэмба различных групп порядков, что приводит к ошибкам в определении координат источника акустической эмиссии.

Наиболее близким к изобретению является пьезоэлектрический преобразователь для приема второй симметричной волны Лэмба в металлах, содержащий насадку из оргстекла и установленный на ней пьезоэлемент.

Причем насадка выполнена в виде пирамиды, основание которой является рабочей поверхностью, боковые грани наклонены к нему так, чтобы преломленные вторые симметричные волны

Лэмба были нормальны этим граням, а пьезоэлемент разбит на части, каждая из которых устанавливается на одной 30 из боковых граней (2 1.

Недостатком известного преобразователя является отсутствие равномерной круговой диаграммы направленности, обусловленное пирамидальной фор- 35 мой насадки.

Цель изобретения — создание равномерной круговой диаграммы направленности преобразователя.

Эта цель достигается тем, что в 40 пьезоэлектрическом преобразователе для приема второй симметричной волны Лэмба в металлах, содержащем на— садку из оргстекла и установленный на ней пьезоэлемент, насадка выпол- 45 нена в форме тела вращения с двумя параллельными круговыми поверхностями, перпендикулярными оси тела, на одной из которых установлен пьезоэлемент диаметром d, диаметр другой — рабочей равен (2,4-2,8 ) d расстояние между параллельными поверхностями выбрано не менее 2 d, а боковая поверхность насадки представляет собой поглотитель ультразвуковых колебаний.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема пьезоэлектрического преобразователя; на фиг.2 — то же, другой вариант.

Пьезоэлектрический преобразова- 60 тель для приема второй симметричной волны Лэмба в металлах содержит насадку 1 из оргстекла и установленный на ней пьезоэлемент 2. Насадка 1 выполнена в форме тела вращения, 65 например усеченного, с двумя парал- 1 лельными круговыми поверхностями 3 и

4, перпендикулярными оси тела,.На поверхности 3 установлен пьезоэлемент

2 диаметром d, Толщина пьезоэлемента выбирается из условия равенства его рабочей частоты Е отношению 1,8 С /5, где С вЂ” скорость поперечной волны в металле, а и — толщина металла..

Приведенное требование обусловлено выбором такой частоты, на которой, бы наблюдались большое значение фазовой скорости второй симметричной волны Лэмба 2,3 С.Ь, малое значение дисперсии фазовой и групповой скоростей этой волны в то же время большое значение дисперсии скоростей других волн или большая. разница с ними в фазовой скорости. Диаметр рабочей поверхности 4 равен (2,4+ †;2,8 )д, так как преломленные в насадке 1 вторые симметричные волны

Лзмба распространяются в ней в виде продольных волн под углом d. к ее оси

20 †;24 . Расстояние Н между поверхностями 3 и 4 можно рассчитать йо. формуле

ы= л/(+ (- <у р), где р — угол между осью насадки 1 и преломленной волной Лэмба, фазовая скорость которой близка к скорости второй симметричной волны.

В этом случае при выбранной рабочей частоте f действенное значение может иметь только угол преломления первой антисимметричной волны Лэмба, так как волны нулевых порядков имеют слишком малое значение фазовой скорости, а волны остальных групп и порядков очень большую дисперсию скоростей. Поэтому для основного класса металлов и оргстекла высоту Н можно принять равной удвоенному диаметру пьезоэлемента 2. Боковая поверхность насадки 1 представляет со,:бой поглотитель ультразвуковых колебаний и может быть снабжена демпфером 5. В варианте исполнения преобразователя (фиг.1) поглотитель ультразвуковых колебаний представляет собой демпфер 5. В другом варианте исполнения преобразователя (фиг.2) поглотитель ультразвуковых колебаний представляет собой ловушку, образованную боковой поверхностью и поверхность 3, которые в свою очередь также могут быть снабжены демпфером 5, Пьезоэлектрический преобразователь для приема второй симметричной волны Лэмба в металлах работает следующим образом.

Насадка 1 своей рабочей поверхностью 4 устанавливается на контролируемый объект 6, представляющий собой лист металла, и входит с ним в акустический контакт. Возникающие

1078314

Составитель В.Гондаревский

Редактор Н. Бобкова Техред Ж, Кастелевич Корректор A- Тяско

Заказ 937/37 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП "Патент", r,Ужгород, ул.Проектная, 4 в контролируемом объекте б источники акустической эмиссии возбуждают в листе волны Лэмба. Последние, распространяясь по контролируемому объекту б, проходят под преобразователем и преломляются в насадке 1, образуя продольные волны, распространяющиеся под углом к оси насадки 1, который определяется фазовой скоростью волны Лэмба. Конструктивные размеры насадки 1 выбраны таким образом,10 что на поверхность. 3, на которой установлен пьезоэлемент 2, попадают только преломленные волны частотой

Кр, вызванные второй симметричной вблной Лэмба. Все остальные прелом- )5 ленные волны частотой Е> попадают на боковую поверхность насадки 1, где они поглощаются демпфером 5. По:павшие на пьезоэлемент 2 ультразвуко вые колебания наводят в нем ЭДС, которая усиливается и обрабатывается соответствующей аппаратурой (не показана ).

Таким образом, предлагаемый пьезоэлектрический преобразователь для приема второй симметричной волны

Лэмба в металлах обладает равномерной. круговой диаграммой направленности, благодаря тому, что насадка выполнена в форме тела вращения с двумя параллельными круговыми поверхностями, перпендикулярными оси тела, на одной из которых установлен пьезоэлемент, другой является рабочей, а боковая поверхность насадки представляет собой поглотитель ультразвуковых колебаний, а также благодаря определенным конструктивным размерам насадки, определяемым диаметром используемого пьезоэлемента.