Устройство для возбуждения пьезоэлектрических акустических преобразователей

Авторы патента:

Комиссаренко Владимир Борисович (RU)

G01N29/34 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

Владельцы патента RU 2706823:

Комиссаренко Владимир Борисович (RU)

Использование: для возбуждения пьезоэлектрических акустических преобразователей. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для возбуждения пьезоэлектрических акустических преобразователей состоит из генератора электрических колебаний, с выходом которого соединен последовательный индуктивно-емкостный колебательный контур, к емкости которого подключен пьезокерамический преобразователь, при этом к выходным усилителям мощности задающего генератора прямоугольных электрических колебаний подключены идентичные электрические цепи, состоящие из последовательно соединенных параллельного индуктивно-емкостного колебательного контура, настроенного на вторую гармонику электрических колебаний задающего генератора, последовательного индуктивно-емкостного колебательного контура, расчетная емкость которого замещена (заменена) суммой внутренних емкостей, соединенных между собой группой пьезоэлектрических акустических преобразователей, имеющих равную резонансную частоту с частотой электрических колебаний задающего генератора, между которым и усилителями мощности включены фазовращатели, позволяющие сканировать акустические колебания в вертикальной и горизонтальной плоскости. Технический результат: обеспечение возможности максимально полного использования энергии последовательного индуктивно-емкостного колебательного контура для возбуждения группы пьезоэлектрических акустических преобразователей, а также увеличение КПД устройства. 1 ил.

Изобретение относится к области электроники и применяется в качестве источника резонансного напряжения и тока для возбуждения пьезоэлектрических акустических преобразователей, применяющихся в фазированных акустических решетках устройств дальнего действия работающих в звуковом и ультразвуковом спектре частот. Может применяться в акустической эхолокации, устройствах охранной, пожарной, тревожной сигнализации, научных исследованиях.

Известно устройство для возбуждения пьезоэлементов электрических преобразователей в котором, с целью увеличения напряжения питания газоразрядной лампы, пьезоэлектрический преобразователь подключен к емкости последовательного колебательного контура вместе с нагрузкой. Патент US 7, 683, 554 В2.

Технический недостаток аналога: частичное, не полное использование энергии последовательного, индуктивно-емкостного, колебательного контура, так как происходит разветвление тока через емкость, пьезоэлемент и нагрузку. Последовательно соединены два последовательных колебательных контура, что вносит дополнительные потери и уменьшает КПД.

Наиболее близким, к заявленному изобретению по технической сущности и решаемой задаче, является прототип, устройство для возбуждения пьезоэлементов электрических преобразователей, содержащее генератор переменного тока резонансной частоты, к выходу которого подключен последовательный, индуктивно-емкостный колебательный контур, к емкости которого подключен пьезоэлемент электрического преобразователя с диодно-емкостной нагрузкой. Патент US 3683210. 1970 г.

Технический недостаток прототипа: как в аналоге, пьезоэлемент электрического преобразователя и нагрузка подключены к емкости последовательного колебательного контура, что приводит к ухудшению добротности колебательного контура и снижению КПД устройства.

Техническая задача: максимально полное использование энергии последовательного, индуктивно-емкостного, колебательного контура для возбуждения группы пьезоэлектрических акустических преобразователей, увеличение КПД устройства

Согласно изобретению, в устройстве, содержащем задающий генератор резонансной частоты, соединенный через управляемые фазовращатели с усилителями мощности, подключены идентичные электрические цепи, состоящие из последовательно соединенных, параллельных индуктивно-емкостных колебательных контуров, последовательных индуктивно--емкостных колебательного контуров, расчетные емкости которых, замещены (заменены) внутренними емкостями групп пьезоэлектрических преобразователей.

На ФИГ-1 показана схема устройства для возбуждения групп пьезоэлектрических акустических преобразователей.

Устройство содержит задающий генератор резонансной частоты 1, управляемые фазовращатели 2, включенные между задающим генератором и усилителями мощности 3, к выходам которых подключены идентичные электрические цепи, состоящие из последовательно соединенных между собой параллельного, индуктивно-емкостного, колебательного контура 4, последовательного, индуктивно-емкостного, колебательного контура 5-6, расчетная емкость которого замещена (заменена) внутренними емкостями группы, соединенных между собой, пьезоэлектрических акустических преобразователей 6. Расчетная емкость на схеме не обозначена, так как ее заменили внутренние емкости пьезоэлектрических акустических преобразователей.

В исходном состоянии задающий генератор 1 и усилители мощности 3 отключены от источника питания (на схеме не указан).

Устройство для возбуждения пьезоэлектрических акустических преобразователей работает следующим образом. При подаче питающего напряжения, задающий генератор 1 генерирует электрические колебания, частота которых равна резонансной частоте пьезоэлектрических акустических преобразователей. Далее электрические колебания проходят через управляемые фазовращатели 2 и поступают в усилители мощности 3, к которым последовательно подсоединены параллельный индуктивно-емкостный колебательный контур 4, настроенный на вторую гармонику резонансных электрических колебаний задающего генератора, которую подавляет, пропуская электрические резонансные колебания основной частоты, что уменьшает нелинейные искажения. Пройдя через параллельный колебательный контур, токи резонансной частоты, возбуждают в последовательном колебательном контуре, в индуктивности и емкости резонансные колебания, величина амплитуды которых зависит от добротности элементов колебательного контура. Учитывая, что указанная добротность пьезоэлементов пьезоэлектрических акустических преобразователей весьма высокая, то замещение (замена) ими расчетной емкости последовательного колебательного контура, не приводит к потере его общей добротности. При этом, достигается максимально возможная амплитуда резонансных электрических колебаний на пьезоэлементах пьезоэлектрических акустических преобразователей и максимально используется мощность последовательного колебательного контура. Это дало возможность одним последовательным колебательным контуром обеспечить напряжением возбуждения одновременно группу пьезоэлектрических акустических преобразователей. Практически в фазированных акустических решетках количество акустических преобразователей доходит до 100 штук. Применение в изобретении одновременно нескольких усилителей мощности позволило произвести раздельное возбуждение групп пьезоэлектрических акустических преобразователей, что дало возможность, с помощью управляемых фазовращателей, осуществлять сканирование акустическими колебаниями в вертикальной и горизонтальной плоскости. Изобретение обеспечило увеличение акустического давления с высоким КПД.

В результате экспериментов установлено, что на частоте 3 килогерца при расчетной емкости последовательного колебательного контура равной 1 микрофараде, ее можно заменить двадцатью пьезоэлектрическими акустическими преобразователями, при их внутренней емкости 0,05 мкф или десятью преобразователями, при внутренней емкости 0,1 микрофарада. Кроме того удалось паразитную внутреннюю емкость пьезоэлектрического акустического преобразователя использовать в качестве рабочей емкости последовательного колебательного контура с высоким КПД.

Устройство для возбуждения пьезоэлектрических акустических преобразователей, состоящее из генератора электрических колебаний, с выходом которого соединен последовательный индуктивно-емкостный колебательный контур, к емкости которого подключен пьезокерамический преобразователь, отличающееся тем, что к выходным усилителям мощности задающего генератора прямоугольных электрических колебаний подключены идентичные электрические цепи, состоящие из последовательно соединенных параллельного индуктивно-емкостного колебательного контура, настроенного на вторую гармонику электрических колебаний задающего генератора, последовательного индуктивно-емкостного колебательного контура, расчетная емкость которого замещена (заменена) суммой внутренних емкостей, соединенных между собой группой пьезоэлектрических акустических преобразователей, имеющих равную резонансную частоту с частотой электрических колебаний задающего генератора, между которым и усилителями мощности включены фазовращатели, позволяющие сканировать акустические колебания в вертикальной и горизонтальной плоскости.

Использование: для ультразвуковой визуализации (УЗВ) объектов, расположенных в жидких средах. Сущность изобретения заключается в том, что первый акустический волновод 16 и волноводную матрицу 18 частично размещают в исследуемой агрессивной среде 1 (все остальные элементы размещают в неагрессивной среде 6).

Инструментальные средства для калибровки ультразвукового устройства контроля // 2705765

Использование: для неразрушающего контроля металлургических изделий. Сущность изобретения заключается в том, что модуль для содействия калибровке устройства для контроля металлургических изделий содержит: запоминающее устройство, выполненное с возможностью хранения данных в форме пар «значение/угол», при этом каждая пара соответствует амплитуде отклика на ультразвуковой контроль в направлении металлургического изделия, которое соответствует указанному углу; вычислительное устройство, выполненное с возможностью выполнения функции обработки в отношении сохраненных данных, при этом данные организованы в: первый набор данных, относящийся к многонаправленному отражателю, расположенному в металлургическом изделии, при этом пары из первого набора соответствуют амплитудам отклика на ультразвуковые контроли в по меньшей мере одном из рабочих направлений многонаправленного отражателя, и второй набор данных, относящийся к направленному отражателю, расположенному в металлургическом изделии, при этом второй набор данных содержит для направленного отражателя по меньшей мере одну пару, соответствующую амплитуде отклика на ультразвуковой контроль по одному рабочему направлению данного отражателя, при этом функция обработки приспособлена для установления третьего набора данных посредством интерполяции пар из первого набора данных и второго набора данных, при этом пары из третьего набора данных соответствуют стандартным амплитудам для ультразвуковых контролей в по меньшей мере некоторых из рабочих направлений многонаправленного отражателя.

Способ инерциального возбуждения механических колебаний в упругой оболочке // 2705515

Использование: для инерциального возбуждения механических колебаний в упругой оболочке. Сущность изобретения заключается в том, что на стенке упругой оболочки устанавливают источник колебаний, представляющий собой инерциальный резонатор, состоящий из электропривода и закрепленного на его валу эксцентрика, при вращении которого возникают инерционные силы, реализующие через ось привода вибрационное воздействие на стенки упругой оболочки.

Устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора // 2703836

Использование: для компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора. Сущность изобретения заключается в том, что устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора содержит блок управления и индикации, который соединен с первым и вторым генераторами.

Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора // 2703834

Использование: для компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют излучение и прием ультразвуковых волн на двух частотах с разными периодами, измерение временных интервалов между излученными и принятыми ультразвуковыми волнами, определение расстояния до отражателя путем умножения скорости распространения ультразвука в контролируемой среде на время его распространения, при этом при усилении принятых ультразвуковых волн амплитуду сигналов задают одинаковой для обеих частот, а после измерения временных интервалов между излученными и принятыми ультразвуковыми волнами на двух частотах, определяют время распространения принятых ультразвуковых волн в соответствии с заданным выражением, полученное значение используют при определении расстояния до отражателя.

Устройство ультразвуковой дефектоскопии и способ ультразвуковой дефектоскопии // 2702804

Использование: для ультразвуковой дефектоскопии. Сущность изобретения заключается в том, что устройство (100) ультразвуковой дефектоскопии содержит ультразвуковой решеточный зонд (10), имеющий ультразвуковые элементы (11); вычислитель (33) расчетного времени прихода отраженных-формой волн для вычисления расчетного времени прихода отраженных-формой волн для расчетной отраженной-формой волны на основе расчетной скорости звука в объекте (1) испытаний; экстрактор (34) фактического времени прихода отраженных-формой волн для получения фактического времени прихода отраженных-формой волн на основе фактической отраженной-формой волны; вычислитель (35) разности времен прихода отраженных-формой волн для вычисления разности посредством вычитания фактического времени прихода отраженных-формой волн из расчетного времени прихода отраженных-формой волн в качестве разности времен прихода отраженных-формой волн и вычислитель (32) времени задержки для вычисления времен задержки для взаимного сдвига времен передачи ультразвуковых волн и приема ультразвуковых волн ультразвуковыми элементами (11) с учетом разностей времен прихода отраженных-формой волн.

Способ оперативной оценки результатов электронно-пучкового термического воздействия на объекты в вакуумной камере // 2702537

Изобретение относится к в способу мониторинга структурных, фазовых и химических преобразований в приповерхностном слое обрабатываемых объектов в вакуумных камерах под воздействием электронно-пучковых импульсов и может быть использовано для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента деталей машин.

Способ неразрушающего контроля монолитного листа совместно с клеевым слоем в многослойных конструкциях из полимерных композиционных материалов // 2701204

Использование: для контроля конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ). Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют ввод ультразвуковых колебаний в материал одного из соединяемых листов, либо в материал листа в соединении «лист - заполнитель», регистрацию сигналов, отраженных от дефектов в листе, от дефектов в клеевом слое и от границ раздела «лист - клеевой слой», «клеевой слой - лист», «клеевой слой - заполнитель» с помощью ультразвукового дефектоскопа, снабженного прямым совмещенным пьезоэлектрическим широкополосным преобразователем и двухстробовой системой автоматической сигнализации дефектов (АСД), при этом наличие дефекта в листе определяется по величине амплитуды ультразвукового сигнала, отраженного от несплошности внутри листа, а наличие дефекта в клеевом слое определяется по величине амплитуды сигнала, отраженного от клеевого слоя в месте расположения дефекта клеевого слоя, относительно положения соответствующих стробов АСД, устанавливаемых при настройке дефектоскопа на образце, имеющем искусственные дефекты листа и клеевого слоя, причем обнаружение указанных дефектов производится при регистрации амплитуд ультразвуковых сигналов, отраженных от дефекта в листе и от дефекта клеевого слоя, которая осуществляется при одном акте сканирования поверхности одного из соединяемых листов, либо листа в соединении «лист - заполнитель», при этом положение, временная длительность и уровень по шкале амплитуд дефектоскопа первого из двух стробов АСД устанавливается при настройке на искусственном дефекте листа, а второго строба - на искусственном дефекте клеевого слоя, выполненных в образцах.

Ультразвуковая идентификация и аутентификация контейнеров для опасных материалов // 2698190

Группа изобретений относится к контейнерам для хранения и транспортировки радиоактивных материалов. Контейнер для ядерного материала содержит корпус, выполненный из металла, и крышку, выполненную из того же металла.

Способ ультразвукового контроля методом фазированной антенной решетки с использованием дефектоскопа с малым количеством независимых каналов // 2697725

Использование: для ультразвукового неразрушающего контроля. Сущность изобретения заключается в том, что дефектоскоп, с несколькими независимыми каналами, с помощью ультразвуковой антенной решетки (АР) излучает и принимает ультразвуковые колебания, отцифровывает их и формирует изображение в виде сектора, при этом элементы АР делятся на группы с количеством элементов, равным количеству независимых каналов дефектоскопа, производится излучение и прием так, чтобы каждая группа элементов АР последовательно излучила и приняла эхосигналы, в соответствии с ранее рассчитанными задержками, затем эхосигналы, зарегистрированные в каждом из измерений, складываются когерентно, вычисляется огибающая и формируется итоговое изображение в виде сектора.

Способ контроля толщины ледопородного ограждения при строительстве шахтных стволов // 2706910

Изобретение относится к сейсмоакустике и может быть использовано для определения толщины ледопородного ограждения в процессе искусственного замораживания грунтов при проходке шахтных стволов. Согласно заявленному способу в контрольной скважине, пробуренной с внешней стороны ледопородного контура, размещают систему, состоящую из электроискрового источника сейсмических колебаний и гирлянды пьезоэлектрических сейсмоприемников. Смещая систему вдоль ствола скважины на расстояние кратное шагу сейсмоприемников, возбуждают и регистрируют сейсмоакустические сигналы. Зарегистрированные данные подвергают цифровой обработке по технологии общей глубинной точки (ОГТ). По результирующим волновым полям определяют времена вступления и скорости распространения продольных волн, отраженных от вертикальных границ, образовавшихся при замораживании породного массива, на основании чего судят о толщине ледопородного ограждения, сформированного на текущем этапе замораживания. Технический результат - снижение трудозатрат и повышение надежности определения толщины ледопородного ограждения на конкретном этапе заморозки в комплексе обязательных мер по контролю его качества и геометрических параметров. 2 ил.