Ультразвуковая головка дефектоскопа

 

Изобретение относится к ультразвуковому контролю. Цель - повышение разрешающей способности. Головка содержит призму в виде рабочей 1 и демпфирующей 2 частей, пьезопреобразователь из двух элементов 3, 4 идентичной формы и разной площади, подключенных электрически параллельно и установленных с зазором относительно друг друга на наклонной поверхности 5 рабочей части 1 призмы. Короткие оси элементов 3, 4 пьезопреобразователя лежат на одной прямой и перпендикулярны грани рабочей части призмы, образованной пересечением ее основания 6 и наклонной поверхности 5. Элемент 4 пьезопреобразователя меньшей площади лежит ближе к этой грани. Элементы пьезопреобразователя имеют одинаковую пространственную ориентацию Приведено неравенство для выбора величины зазора между элементами пьезопреобразователя 1 э.п.ф-лы, 2 ил.

СОК)З СОВЕ TCKHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ.ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{21) 4401615/10 (22) 09,03.89 (46) 15.05.91. Бюл.М18 (75) В.В.Гребенник (53) 620.179,16.08 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Мл1196755, кл. G 01 N 29/04, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N 100433, кл. G 01 N 29/004, 1952. (54) УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ГОЛОВКА ДЕФЕКТОСКОПА (57) Изобретение относится к ультразвуковому контролю. Цель — повышение разрешающей способности. Головка содержит призму в виде рабочей 1 и демпфирующей 2 частей, пьезопреобразователь иэ двух эле„„. Ж„„1648578 А1 (Я)5 В 06 В 1/06, G 01 N 29/04 ментов 3, 4 идентичной формы и разной площади, подключенных электрически параллельно и установленных с зазором относительно друг друга на наклонной поверхности 5 рабочей части 1 призмы. Короткие оси элементов 3, 4 пьезопреобразователя лежат на одной прямой и перпендикулярны грани рабочей части призмы, образованной пересечением ее основания 6 и наклонной поверх ности 5. Элемент 4 и ьезоп реобразователя меньшей площади лежит ближе к этой грани. Элементы пьезопреобразователя имеют одинаковую пространственную ориентацию. Приведено неравенство для выбора величины зазора между элементами пьезопреобраэователя. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1648578

Изобретение относится,к нераэрушающему контролю материалов, изделий, оборудования и может быть использовано для дефектоскопии сварных соединений сложного строения и др.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности головки.

На фиг,1 изображена ультразвуковая головка дефектоскопа; на фиг.2 — вил А на фиг.1.

Ультразвуковая головка дефектоскопа содержит призму в виде рабочей 1 и демпфирующей 2 частей, пьезопреобраэователь из двух элементов 3 и 4 идентичной формы и разной площади подключенных электрически параллельно и установленных с зазором друг относительно друга на наклонной поверхности 5 рабочей части призмы 1. Короткие оси элементов 3 и 4 пьезопреобразователя лежат на одной прямой и перпендикулярны грани рабочей части призмы, образованной пересечением ее основания 6 и наклонной поверхности 5. Элемент пьезопреобразователя меньшей площади лежит ближе к этой грани, чем элемент пьезоп реобразователя большей площади.

Элементы пьезопреобразователя имеют одинаковую пространственную ориентацию и параллельные направления векторов поляризации (показаны стрелками). Величина зазора между элементами пьезопреобразователя в плоскости наклонной поверхности 5 удовлетворяет неравенству

Ог У L = — Sin 0 — (Q1 + 02)б2 ) —, А О1 где А — длина волны в призме;

Π— полуширина основного лепестка диаграммы направленности по минимуму, Q и QZ — размер элементов 4 и 3 пьезопреобразователя по коротким осям соответственно;

L — величина зазора между элементами пьезопреобраэователя, Размеры элементов пьезопреобразователя по.длинным В1 и Bz и коротким Q> и Q2 осям выбраны равными нечетному числу четвертой длины волны упругих колебаний в них. На фиг.1 пунктиром показан вариант выполнения наклонной поверхности 5 ступенчатой, причем ступень 7, на которой расположен элемент 3 пьезопреобразователя, больший по площади, смещена вдоль акустической оси данного элемента к основанию 6 призмы. Если величина данного смещения кратна целому числу длин волн, то векторы поляризации элементов пьезопреобразователя расположены в одном направлении, а если нечетному числу половин

Ъ

50 длин волн — в противоположных направлениях. При этом ступени параллельны одна другой.

Ультразвуковая головка работает следующим образом.

Оба элемента пьезопреобразователя подключают к дефектоскопу (не показан) электрически параллельно, что достигается соответствующим параллельным соединением их электродов. Каждый иэ элементов пьезопреобразователя излучает акустические колебания в рабочую часть призмы 1, через основание призмы ультразвук проходит в контролируемое изделие(не показано) и обратно. Диаграмма направленности излучения в призме и в изделии формируется всеми лучами, испускаемыми элементами 3 и 4 пьезопреобразователя. Центральные лучи идут вдоль акустических осей данных элементов и, попадая на основание призмы, преломляются в изделие и частично {по энергии) отражаются в призму, где затухают в демпфирующей части 2 призмы, что практически исключает возможность попадания многократно отраженного в призме ультра-. звука на пьезоэлемент. Соотношение площадей элементов пьезопреобразователя и их расположение обусловливает обеспечение наибольшей глубины минимума, ограничивающего центральный лепесток, Практическая рекомендация по выбору площадей элементов пьезопреобразователя заключается в том, чтобы при поочередном подключении их к дефектоскопу (по одному) амплитуда эхо-сигнала одного и того же дефекта в изделии была одинакова для каждого из элементов 3 и 4, Для уравнивания амплитуд при заданной площади большего пьезоэлемента 3 можно передвигать последний по поверхности 5 до получения требуемой амплитуды, или может быть применено независимое демпфирование каждого элемента пьезопреобразователя акустически до выравнивания указанных амплитуд и т,д.

Укаэанное необходимо для минимизации угловой ширины диаграммы направленности, что способствует разрешающей способности по фронту ультразвуковых волн.

Для улучшения разрешающей способности по лучу уменьшается добротность (эффективная) элементов и ьезоп реобразо вателя как резонаторов для их колебаний llo длине и ширине. В связи с симметричными граничными условиями на противоположных концах элементов 3 и 4 в плоскости 5 условие резонанса (свободные концы) состоит в кратности длины (ширины) целому числу полуволн тангенциальных колебаний.

Соответственно нерезонансное возбужде1848Я8 ние таких колебаний состоит в кратности размеров элемента в плоскости 5 нечетному числу четвертей полуволн упругих колебаний вдоль этого направления (среднее условие между двумя условиями указанных резонансов).

При выполнении наклонной поверхности 5 ступенчатой имеет место уменьшение эффекта затухания ультразвука, излученного элементом пьеэопреобразователя большей площади в материале призмы.

Предлагаемая головка дефектоскопа имеет широкую область применения.

Составитель И.Игумнова

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор T.Малец

Редактор И.Горная

Заказ 1480 Тираж 294 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

1, Ультразвуковая головка дефектоскопа, содержащая призму в виде рабочей и демпфирующей частей, пьезоп реобразователь и акустическую ловушку, причем одна плоскость пьезопреобразователя связана с акустической ловушкой, а другая с наклонной поверхностью рабочей части призмы, расположенной под углом к ее основанию, отличающаяся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, пьезопреобраэователя выполнен в виде двух элементов идентичной формы и разной площади, подключенных электрически параллельно и установленных с зазором друг относительно друга на наклонной поверхности рабочей части призмы, причем короткие оси элементов пьезопреобразователя лежат на одной прямой и перпендикулярны грани рабочей части призмы, образованной

5 пересечением ее основания и наклонной поверхности, а элемент пьезопреобразователя меньшей площади лежит ближе к этой грани, чем элемент пьезопреобраэователя большей площади, при этом элементы пье10 эопреобразователя имеют одинаковую пространственную ориентацию и параллельные направления векторов поляризации, а величина зазора между элементами пьезопреобразователя в плоскости наклонной по15 верхности рабочей части призмы удовлетворяет неравенству

Qz > 1 = А/2 sin Π— (Q + Qz)/2 > Q1/2, гдето — длина волны в призме;

0- полуширина основного лепестка ди20 аграммы направленности по минимуму;

Q> и Qz — размер элементов меньшей и большей площади пьеэопреобразователя по коротким осям соответственно;

L — величина зазора между элементами

25 пьезопреобраэователя.

2. Ультразвуковая головка по п.1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что размеры элементов пьезопреобраэователя по длинным и коротким осям равны нечетному числу четвертей

30 длины волны упругих колебаний в них.