Акустический преобразователь

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля материалов с помощью звуковых ультразвуковых колебаний. Цель изобретения - расширение области применения и повышение чувствительности акустического преобразователя за счет уменьшения потерь ультразвуковой энергии. В акустическом преобразователе полый цилиндрический корпус 1 заполнен иммерсионной жидкостью 7, электрические сигналы через коаксиальный разъем 10 и проводники 9 подаются на пьезоэлектрический элемент 3, закрепленный на демпфере 2. Ультразвуковые лучи, выходя из пьезоэлемента проходят через ультразвуковую линзу 4, закрепленную на нем, преломляются на границе ультразвуковая линза - иммерсионная жидкость, проходят через иммерсионную жидкость - звукопроводящий шарик 6 и фокусируются в объеме звукопроводящего шарика 6, который, вращаясь, катится по поверхности исследуемого тела 11. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИ АЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 29/24

ГОСУДЛР СТ В Е ННЫ и КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4721008/28 (22) 19,07.89 (46) 15.08.91, Бюл. М 30 (71) Харьковский институт радиоэлектроники им. акад. М.К, Янгеля (72) В,П, Кольцов, В,В. Курцев, С.Э. Лойко, Д.А, Рапопорт, М,Я. Снурников и Б.Г. Фрейдин (53) 620.179.16(088.8) (56) Патент США

ГФ 2724783, кл. 310-87, 1955.

Авторское свидетельство СССР

N. 1228009, кл. G 01 N 29/04, 1986. (54) АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля материалов с помощью звуковых и ультразвуковых колебаний. Цель изобретения — расширение области применения и

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования и анализа материалов с помощью звуковых и ультразвуковых колебаний.

Цель изобретения — расширение области применения и повышение чувствительности акустического преобразователя эа счет уменьшения потерь ультразвуковой энергии.

На фиг. 1 показан акустический преобразователь, разрез, на фиг, 2 — ход элементарного луча пучка ультразвуковых колебаний, выходящий из излучающей поверхности ультразвуковой линзы при фоку. Ж 1б70593 А1 повышение чувствительности акустического преобразователя за счет уменьшения потерь ультразвуковой энергии. В акустическом преобразователе полый цилиндрический корпус 1 заполнен иммерсионной жидкостью 7, электрические сигналы через коаксиальный разъем 10 и проводники 9 подаются на пьезоэлектрический элемент 3, закрепленный на демпфере 2.

Ультразвуковые лучи, выходя из пьезоэлемента проходят через ультразвуковую линзу

4, закрепленную на нем, преломляются на границе ультразвуковая линза — иммерсионная жидкость, проходят через иммерсионную жидкость — звукопроводящий шарик 6 и фокусируются в объеме звукопроводящего шарика 6, который, вращаясь, катится по поверхности исследуемого тела 11, 2 э.п. ф-лы, 3 ил. сировке в точке контакта звукопроводящего шарика с контролируемым изделием при нормальном положении преобразователя; на фиг. 3 — ход элементарного луча пучка ультразвуковых колебаний, выходящий из излучающей поверхности ультразвуковой линзы при фокусировке в центр звукопроводящего шарика.

Акустический преобразователь состоит из полого цилиндрического корпуса 1, помещенного в него демпфера 2, на котором закреплен пьезоэлектрический элемент 3. На пьезоэлектрическом элементе 3 закреплена акустическая линза 4. В томице корпуса 1 с помощью прижимной головки 5 закреплен

1670593 эвукопроводящий шарик 6 с возможностью вращения. Корпус преобразователя 1 заполнен иммерсионной жидкостью 7, Для предотвращения вытекания жидкости 7 установлено уплотнительное кольцо 8, Элект- 5 рические сигналы снимаются и подаются на пьезоэлемент 3 через проводники 9 посредством коаксиального разъема 10. Звукопроводящий шарик 6 находится в акустическом контакте с контролируемым твердым телом 11. 10

Форма преломляющей поверхности ультразвуковой линзы рассчитана таким образом, чтобы с учетом акустических сопротивлений материала линзы, жидкости, эвукопроводящего шарика, диаметра звуко- 15 проводящего шарика и расстояния от линзы до звукопроводящего шарика ультразвуковые лучи фокусировались в объеме эвукопроводящего шарика 6.

Ультразвуковые лучи могут фокусиро- 20 ваться в точке контак а звукопроводящего шарика 6 с контролируемым иэделием 11 при нормальном положении преобразователя.

Для расчета формы преломляющей по- 25 верхности ультразвуковой линзы 4 для каждой точки с координатами х,у (фиг. 2) рассчитывается коэффициент наклона касательной к линзе: кху — — :".," и 30

1 — К1 X2 cosy где у =2Rsln P+

2 (х — R sin 2 P) Р

R — радиус звукопроводящего шарика 6; в п i С„.

sin а С».„ где Сзв.ж — скорость звука в иммерсионной жидкости 7; 40

Сзв.щ скорость звука в звукопроводящем шарике 6, SlA V С в

Кг = — -у =

sinß сзв.ж

Сзв,л — скорость звука в ультразвуковой 45 линзе 4.

Применение ультразвуковой линзы с формой преломляющей поверхности, позволяющей фокусировать ультразвуковые лучи в точке контакта звукопроводящего 50 шарика 6 с контролируемым изделием 11 при нормальном положении преобразователя, позволяет уменьшить потери ультразвуковой энергии эа счет уменьшения рассеивания ультразвуковых колебаний 55 звукопроводящим шариком, что повышает чувствительность.

Ультразвуковые лучи могут также фокусироваться в центре звукопроводящего шарика 6. Для расчета формы преломляющей поверхности ультразвуковой линзы 4 (фиг, 3) решается уравнение, выражающее расстояние точки на линзе до цен; ра эвукопроводящего шарика в зависимости от угла р с (V)= К где К—

sin a сзв в

sin сзв.ж

С».в — скорость звука в ультразвуковой линзе 4;

Сзв.m — скорость звука в иммерсионной жидкости 7, С вЂ” постоянная, определяющая местоположение ультразвуковой линзы 4 и определяемая из соотношения C=l(K-1);

1 — расстояние от центра звукопроводящего шарика 6 до центральной точки на поверхности ультразвуковой линзы 4.

Применение ультразвуковой линзы с формой преломляющей поверхности, позволяющей фокусировать ультразвуковые лучи в центре звукопроводящего шарика, позволяет расширить область применения акустического преобразователя эа счет возможности изменения угла наклона преобразователя относительно контролируемого изделия без изменения величины вводимой ультразвуковой энергии, Акустический преобразователь работает следующим образом.

При исследовании твердого тела 11 акустический преобразователь перемещают по его поверхности. При этом эвукопроводящий шарик 6, закрепленный в корпусе 1 с помощью прижимной головки 5, катится по поверхности контролируемого твердого тела 11, находясь в постоянном акустическом контакте с ним, Электрические сигналы через коаксиальный разъем 10 и проводники

9 подаются на пьезоэлектрический элемент

3, который преобразует их в акустические колебания, создавая равномерное давление на рабочей поверхности пьезоэлемента 3.

Ультразвуковые лучи, выходя из пьезоэлемента 3 параллельным пучком, проходят через акустическую линзу 4, преломляются на границе акустическая линза 4 — иммерсионная жидкость 7, проходят через иммерсионную жидкость 7, преломляются на границе иммерсионная жидкость 7 — эвукопроводящий шарик 6 и фокусируются в объеме звукопроводя щего шарика 6. Далее через точку акустического контакта звукопроводящего шарика 6 и контролируемого твердого тела

11 ультразвуковые лучи попадают в контролируемое твердое тело 11.

Таким образом, данный акустический преобразователь позволяет повысить чувст1670593 вительность и расширить область применения, а именно работать наклонным преобразователем в труднодоступных местах, Формула изобретения

1. Акустический преобразователь, содержащий полый цилиндрический корпус, заполненный иммерсионной жидкостью, установленные в нем пьезоэлектрический элемент с демпфером. звукопроводящий шарик, закрепленный в торце корпуса с возможностью вращения, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения и повышения чувствительности за счет уменьшения потерь ультразвуковой энергии, он снабжен акустической линзой, закрепленной на рабочей поверхности пьезоэлектрического элемента и выполненной с таким фокусным расстоянием, чтобы ультразвуковые лучи фокусировались в обьеме

5 эвукопроводящего шарика.

2, Преобразователь по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что в нем линза выполнена с таким фокусным расстоянием, чтобы ультразвуковые лучи фокусировались в точке, пред10 назначенной для контакта эвукопроводящего шарика с контролируемым изделием.

3, Преобразователь по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что в нем линза выполнена с таким фокусным расстоянием, чтобы ульт15 раэвуковые лучи фокусировались в центре звуко п ров одя щего шарика.

1670593

Составитель С. Крючкова

Техред М.Моргентал Корректор С. Шевкун

Редактор Т. Клюкина

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

Заказ 2747 Тираж 377 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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