Многоэлементный пьезоэлектрический преобразователь

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю. Целью изобретения является повышение чувствительности. В режиме излучения ультразвуковых колебаний вследствие выполнения каждого пьезоэлемента 1 матрицы многоэлементного пьезоэлектрического преобразователя в виде нескольких одинаковых прямоугольных параллелепипедов 2, акустически изолированных друг от друга, но электрически объединенных в один элемент за счет электрического соединения их электродов, а также выбора размеров прямоугольных параллелепипедов энергия поперечных колебаний параллелепипедов трансформируется в энергию продольных колебаний, что приводит к излучению одночастотного короткого акустического импульса повышенной амплитуды. В режиме приема колебания, принятые каждым параллелепипедом 2 какого-либо пьезоэлемента 1, преобразуются в электрические сигналы, которые синфазно суммируются на общем электроде 4 данного пьезоэлемента, что повышает амплитуду электрического сигнала, снимаемого с данного пьезоэлемента. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

В,. Е ., 1.1:. ..tl и

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21 ) 4700135/25-28 (22) 29.12.86 (46) 30.06.89„Вюл. Н - 24 (72) 10,Г,111маков, 3.Л.Пилецкас и Г.И.Аленкович (53) 620.179.16 (088„8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1185230, кл„ r, 01 N 29/04, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Ф 371 506, кл. (; 01 N 29/04, 1970, (54) 1НОГ0ЭПЕ11ЕHTNlA

ЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к нераз— рушающему контролю, Целью изобрете— ния является повьппецие чувствительности. В режиме излучения ультразвуковых колебаний вследствие выполнения каждого пьезоэлемента 1 матрицы многоэлементного пьезоэлектрич еского преобразователя в виде нескольких

„„SU„„1490618 А 1 ()) 4 ("т 0 1 N 29/04 одинаковых прямоугольных параллелепипедов 2, акустически изолированных друг от друга, но электрически объединенных в один элемент за счет электрического соединения их электродов, а также выбора размеров прямоугольных параллелепипедов энергия поперечных колебаний параллелепипедов 2 трансформируется в энергию продольных колебаний, что приводит к излучению одночастотного короткого акустического импульса повыщенной амплитуды. В режиме приема колебания, принятые каждым параллелепипедом 2 какого-либо пьезоэлемента 1, преобразуются в электрические сигналы, которые синфазно суммируются на общем электроде 4 данного пьезоэлемента, что повьыает амплитуду электрического сигнала, снимаемого с данного пьезоэлемента. 1 ил.

1490618 ческого соединения их с помощью токопроводящего клея, а длина d и размер

Ь поперечного сечения параллелепипедов выбраны из условия

05(- — — c 07.

1 д ф °

Позицией 5 на чертеже обозначена схема возбуждения и приема ультразву- 35 ковых колебаний.

Толщину S акустически изолирующих слоев 3, длину d пьезоэлементов

1, линейный шаг пьезоэлементов (W +

+ $) и (W + $), соотношение разме- 40

ы ров пьезоэлементов — — -- и — — — выd d бирают из условий:

I l 1

H

45 (W + S) = (3-;4)Ъ; (2) w 50 — 1 5 2 -- — = 1 52 е s «1. в s где и — длина продольной волны

Г в материале пьеэоэлемента и длина волны ультра- 55 звука в рабочей среде соответственно.

Определение оптимальной для используемого типа пьезоэлектрическоИзобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для ультразвуковой дефектоскопии с электрическим сканированием направления контроля и медицинской диагHAcTHKH

Цель изобретения — повышение чувствительности.

На чертеже изображен многоэлементный пьезоэлектрический преобразователь.

Преобразователь содержит матрицу одинаковых пьезоэлементов 1 с длиной d и поперечными размерами W и 15 (W, размещенных на расстоянии S один от другого и выполненных каждый в виде девяти одинаковых прямоугольных параллелепипедов 2 с квадратным се— чением и длиной, равной длине d пьезоэлементов, которые акустически изолированы и жестко связаны между собой с помощью слоев 3 акустически изолирующего клея толщиной $ и имеют электроды, электрически объединен- 25 ные в один электрод 4 путем электриго материала величины отношения

t>

6 производят путем численного pemeния системы дисперсионных уравнений вида (l р;< (К,f ) = О, при К„= ---; г (K f ) = 0 при К

> рЪ Э Р 1 Ф (3) где р,(К„,f ) = 0 — дисперсионное уравнение для основной продольной электроакустической волны с волновым числом К„, распространяющейся в плоском металлизированном пьезокерамическом поперечно поляризованном волноводе толщиной d (К р f ) = 0 — дисперсионное уравнение для основной продольноч электроакустической волны с волновым числом К, распространяющейся в плоском п ь ез ок ерамич ес ком продольно поляризованном волноводе толщиной Ь; рабочая частота пьезоэлемента.

По найденным для заданной рабочей частоты из дисперсионных уравнений волновым числам К „и К определяют размеры Ь и d прямоугольных параллелепипедов .

Многоэлементный пьезоэлектрический преобразователь работает следук щим образом.

В режиме излучения поступающие со схемы 5 возбуждения ультразвуковых колебаний электрические импульсы создают переменное электроакустическое поле в прямоугольных параллелепипедах 2, заключенных между электродами 4, вызывая колебания параллелепипедов в продольном направлении.

Одновременно в каждом прямоугольном параллелепипеде 2 из-за ограниченности его поперечных размеров возникают колебания в направлении поперечных размеров Ь, Выбор отношения Ь/d

1490618

@ о р м у л а и з обретения

0,5 (- — (0,7 °

Сос тави тель М. Андреев а

Техред M.Яндык Корректор М.Максимишинец

Редактор М,Андрушенко

Заказ 3749/52 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

11 3015, Москва, Ж-35, Раушская наб., л. 4/5

Производственно †издательск комбннат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101 из условия (3) приводит к тому,что частоты колебаний каждого прямоугольного параллелепипеда в направлении размеров d u b совпадают. Зто означает, что на рабочей частоте многоэлементного пьезоэлектрического преобразователя в каждом параллелепипеде 2 устанавливаются стоячие волны, имеющие максимум смещения частиц на 10

em границах. При этом колебания параллелепипеда 2 в направлении d отличаются по фазе на 180" относительно колебаний в направлении размеров

Ь и сжатие или растяжение паралле- 15 лепипеда 2 в направлении размера Ъ приводит к растяжению или сжатию его в направлении размера d.

Таким образом, энергия поперечных колебаний параллелепипедов 2 транс- 20 формируется в энергию продольных колебаний и каждый параллелепипед 2, а вместе с ним и пьезоэлемент 1 ° излучает одночастотный короткий акустический импульс повыпенной амплитуды, В режиме приема падающие на поверхность какого-либо пьезоэлемента I ультразвуковые колебания преобразуются каждым параллелепипедом 2, Зр принадлежащим данному пьезоэлементу, в электрические сигналы, которые синфазно суммируются на электроде 4 данного пьезоэлемента. Благодаря выбору отношения размеров b/d из условия (3) амплитуда колебаний принимающей поверхности параллелепипеда 2 будет максимальна, что приведет к максимальной амплитуде электрического сигнала на электроде 4.

Рассчитанные по условию {3) оптимальные соотношения размеров Ъ/6 многоэлементного пьезоэлектрического преобразователя из распространенных на практике типов пьезокерамики имеют следующие значения: 0, 57 — для UTC

НВ-1; 0,58 — для ЦТС-19; 0,6 — для

ЦТБС-3 и 0,69 — для TRK-3.

Таким образом, предлагаемый многоэлементный пьезоэлектрический преобразователь обладает повышенной чувствительностью.

Многоэлементный пьезоэлектрический преобразователь, содержащий матрицу одинаковых пьезоэлементов с электродами, предназначенными для подключения к схеме возбуждения и приема ультразвуковых колебаний, отличающийся тем, что, с целью повьппения чувствительности, каждый пьезоэлемент выполнен в виде не менее двух одинаковых прямоугольных жестко соединенных между собой и акустически изолированных параллелепипедов с квадратным сечением и длиной, равной длине пьезоэлементов, электроды нанесены на меньшие поверхности параллелепипедов, в каждом пьезоэлементе электроды, образующие одну сторону, соединены электрически между собой, а длина d и размер b поперечного сечения параллелепипедов выбраны из условия