Акустический преобразователь

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования и анализа материалов с помощью ультразвуковых колебаний. Цель изобретения - расширение области применения за счет возможности контроля в труднодоступных местах. Ультразвуковые лучи, выходящие из пьезоэлемента 3 параллельным пучком, проходят через призматическую линзу 4, преломляются на границе призматическая линза - иммерсионная жидкость 7, проходят через иммерсионную жидкость и фокусируются в линию по образующей вращающегося конуса 6, через линию акустического контакта вращающегося конуса и контролируемого твердого тела 11 ультразвуковые лучи попадают в контролируемое твердое тело перпендикулярно его поверхности. 3 ил.

(19) ((!) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5()5 G 01 N 29/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4763572/28 (22) 04.12.89 (46) 15,07,92. Бюл.%26 (71) Харьковский институт радиоэлектроники им. акад. M.Ê.ßíãåëÿ (72) В.П. Кольцов, В,В.Курцев, С.Э.Лойко, Д.А.Рапопорт и М.Я.Снурников (53) 620.179.16 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 228009, кл. G 01 N29/04,,1986.

Авторское свидетельство СССР

N 1670593, кл, 6 01 N 29/24, (54) АКУСТИЧЕСКИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования и анализа материалов с по2 мощью ультразвуковых колебаний. Цель изобретения — расширение области применения за счет возможности контроля в труднодоступных местах. Ультразвуковые лучи, выходящие из пьезоэлемента 3 параллельным пучком, проходят через призматическую линзу 4, преломляются на границе призматическая линза — иммерсионная жидкость 7; проходят через иммерсионную жидкость и фокусируются в линию rio образующей вращающегося конуса 6, через линию акустического контакта вращающегося конуса и контролируемого твердого Тела 11 ультразвуковые лучи попадают в контроли- руемое твердое тело перпендикулярно его поверхности. 3 ил.

1748053

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования и анализа материалов с помощью ультразвуковых колебаний, Известен ультразвуковой преобразователь, содержащий полый токопроводящий корпус, заполненный маслом, установленный в нем пьезоэлемент и эвукопроводящий шарик, закрепленный с воэможностью вращения, Известен акустический приемный преобразователь, содер>кащий полый цилиндрический корпус, заполненный электронепроводящей жидкостью, установленный в нем демпфер, акустический волновод, пьезоэлемент, закрепленный между последними; звукопроводящий шарик, завальцованный в торце корпуса с возможностью вращения.

Недостаток данных устройств — ограниченная область применения, обусловленная невозможностью осуществлять работу преобразователями в наклонном положении.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является акустический преобразователь, содержащий полый цилиндрический корпус, заполненный жидкостью, демпфер, пьезоэлемент, закрепленный на демпфере, звукопроводящий шарик, закрепленный с возможностью вращения, и акустическую линзу. закрепленную на пьезоэлементе и фокусирующую ультразвуковые лучи в обьеме звукопроводящего шарика.

Недостаток известного акустического преобразователя заключается в ограниченной области применения, обусловленной невозможностью осуществлять работу преобразователем в наклонном положении, что не позволяет проводить ультразвуковой контроль в труднодоступных местах.

Цель изобретения — расширение области применения за счет возможности контроля в труднодоступных местах.

Укаэанная цель достигается тем, что в акустическом преобразователе, содержащем полый цилиндрический корпус, заполненный эвукопроводящей жидкостью, в котором соосно закреплены демпфер, пьезоэлемент и акустическая линза, преобразователь снабжен полым конусом, закрепленным своим основанием на торце корпуса с возможностью вращения вокруг своей оси, акустическая линза выполнена призматической и направляет ультразвуковые лучи перпендикулярно образующей полого конуса, фокусируя их в линию па образующей полого конуса.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый акустический преобразователь отличается от известного тем, что вместо звукопроводящего шарика установлен вращающийся полый конус, а акустическая линза выполнена призматической. Угол наклона призматической линзы рассчитан таким, что ультразвуковые лучи выходят перпендикулярно образующей полого конуса, Профиль излучающей поверхности ультразвуковой линзы выполнен таким, что ультразвуковые лучи

10 фокусируются в линию по образующей полого конуса, На фиг.1 показан акустический преобразователь, разрез; на фиг.2 — вход элементарного луча пучка ультразвуковых

15 твердым телом 11.

При исследовании твердого тела 11 акустический преобразователь перемещают по его поверхности. При этом вращающийся полый конус 6, закрепленный в корпусе 1 на подшипниках 5, катится по поверхности контролируемого твердого тела 11, находясь в постоянном акустическом контакте с ним, Электрические сигналы через коаксиальный разъем 9 и проводники 10 подаются на пьезоэлектрический элемент 3, который преобразует их в акустические колебания, 50 создавая равномерное давление на рабочей поверхности пьезоэлемента 3. Ультразвуко55 вые лучи, выходя из пьезоэлемента 3 параллельным пучком, проходят через призматическую линзу 4, преломляются на границе призматическая линза 4 — иммерсионная жидкость 7, проходят через иммерсионную жидкость 7 и фокусируются в линию колебаний, выходящий из излучающей поверхности ультразвуковой призматической линзы и отклоняющийся перпендикулярно образующей полого конуса; на фиг.3 — ход

20 элементарного луча пучка ультразвуковых колебаний, выходящий иэ излучающей поверхности ультразвуковой призматической линзы при фокусировке в линию по образующей вращающегося полого конуса, 25 Акустический преобразователь состоит из полого цилиндрического корпуса 1, помещенного в него демпфера 2, на котором закреплен пьезоэлектрический элемент 3, На пьезоэлектрическом элементе 3 закреплена

30 призматическая линза 4. В торце корпуса 1 на подшипниках 5 закреплен вращающийся полый конус 6. Корпус преобразователя 1 заполнен иммерсионной жидкостью 7. Для предотвращения вытекания )KMQKocTM 7 Qc35 тановлено уплотнительное кольцо 8. Электрические сигналы снимаются и подаются на пьезоэлемент 3. через проводники 10 посредством коаксиального раэьема 9. Вращающийся полый конус 6 находится в

40 акустическом контакте с контролируемым

1748053 (2) ,Ож+Ок > 08

Ож Ок

55 (3) по образующей вращающегося полого конуса 6, проходят через вращающийся полый конус 6. Далее через линию акустического контакта вращающегося полого конуса 6 и контролируемого твердого тела 11 ультразвуковые лучи попадают в контролируемое твердое тело 11.

Материал корпуса 1 и иммерсионная жидкость 7 подобраны таким образом, что акустическое сопротивление иммерсионной жидкости 7 меньше акустического сопротивления материала корпуса 1. При этом граница иммерсионная жидкость 7. — корпус

1 является акустически непрозрачной. Кроме того, необходимо, чтобы граница иммерсионная жидкость 7 — полый конус 6 была акустически прозрачна. Таким сбразом, критерием подбора иммерсионной жидкости 7 служит то, чтобы на границе иммерсионная жидкость 7 — полый конус 6 отражалось не более 10 акустической энергии, а на границе иммерсионная жидкость 7 — корпус 1 происходило отражение не менее 80% акустической энергии. Это достигается при выполнении двух нера-. венств: Ож+ Ог < 0,1 (1)

Qx — Ог где Q> — удельное акустическое сопротивле-. ние иммерсионной жидкости 7;

Ог — удельное акустическое сопротивление материала вращающегося полого конуса 6;

Ок- удельное акустическое сопротивление материала корпуса 1, Угол наклона призматической линзы 4 рассчитан таким образом, что ультразвуковые лучи отклоняются перпендикулярно образующей.полого конуса 6.

Для расчета угла наклона призматической линзы 4 воспользуемся ходом элементарного луча пучка ультразвуковых колебаний, выходящего из излучающей поверхности пьезоэлектрического элемента 3 (фиг.2). Зная угол наклона образующей полого конуса 6, скорости звука в материале призматической линзы 4 и иммерсионной жидкости 7 и воспользовавшись соотношением Синелиуса, получаем. что угол наклона призматической линзы 4 равен

P=+. 1. — |в р 1 + К в о ау

cos а

45 где P — угол между излучающей поверхностью призматической линзы 4 и геометрической осью преобразователя; а — угол между образующей полого конуса 6 и геометрической осью преобразователя;

К вЂ” коэффициент преломления на границе призматическая линза 4 — иммерсионная жидкость 7.

Применение призматической линзы, отклоняющей ультразвуковые лучи перпендикулярно образующей вращающегося полого конуса, позволяет расширить область применения акустического преобразователя за счет возможности работать наклонным преобразователем при автоматизированном или механизированном неразруша1ощем контроле, Профиль излучающей поверхности призматической линзы 4 рассчитан таким образом, что ультразвуковые лучи фокусируются в линию по образующей вращающегося полого конуса 6. Для расчета профиля излучающей поверхности призматической линзы 4 (фиг.3), используя соотношение

Синелиуса на границе призматическая линза 4 — иммерсионная жидкость 7, составляем линейное дифференциальное уравнеwe, выражающее расстояние от то ки на линзе 4 до образующей вращающегося полого конуса 6 в зависимости от угла, интегрируя которое, получаем

«Ю — К,;Д () где K — коэффициент преломления на границе призматическая линза 4-иммерсионная жидкость 7;

С вЂ” постоянная, определяющая местоположение призматической линзы 4 и определяемая из соотношения С = 1(К-1);

i — расстояние от образующей конусной головки 6 до центральной линии на поверхности призматической линзы 4.

Решая уравнение(3), получаем профиль излучающей поверхности требуемой ультразвуковой линзы.

Применение ультразвуковой линзы с профилем излучающей поверхности, позволяющим фокусировать ультразвуковые лучи в линию по образующей вращающегося полого конуса 6, позволяет уменьшить потери ультразвуковой энергии за счет уменьшения рассеивания ультразвуковых колебаний вращающимся полым конусом.

Таким образом, указанные изменения в совокупности позволяют расширить область применения, а именно работать на клоненным преобразователем в

1748053 линза выполнена призматической, а угол

Р между ее излучающей поверхностью и осью преобразователя выбран из соотношения

P =а+ arcsin

Составитель С, Лойко

Редактор М, Бандура Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор

Заказ 2501 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно- издатепк"кий комбинат "Патент", r. Ужгород, уи.Гагарина, 101 труднодоступных местах, и уменьшить потери ультразвуковой энергии.

Формула изобретения

Акустический преобразователь, содержащий полый цилиндрический корпус, за- 5 полненный звукопроводящей жидкостью, в котором соосно закреплены демпфер, пьезоэлемент и акустическая линза, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расширения области применения за счет возможности 10 контроля в труднодоступных местах, он снабжен полым конусом, закрепленным основанием на торце корпуса с возможностью вращения вокруг своей оси, акустическая

К2 (1+Кэ!пй)2

cos а где a — угол между осью преобразователя и образующей полого конуса;

К- коэффициент преломления на границе призматическая линза.— звукопроводящая жидкость.