Ультразвуковой пьезоэлектрическийпреобразователь

 

О П И С A Н И Е (ii) sogggg

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социапистимеских

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву

2 (51) М. Кл.(;0Щ гМ04 (22) Заявлено17.04.74 (21) 2016112/28 с присоединением заявки №

Гооударственный комитет

Совета Министров СССР па делам изобретений и открытий (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.04.76. Бюллетень;ЧЪ 1 3 (53) УДК 620. 1 79. 1 6 (088.8 ) (45) Дата опубликования описания 02.07.76

М. B. Королев (?2) Автор изобретения (7l) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ((ЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к области акустического неразрушающего контроля качества материалов и изделий.

Известен пьезоэлектрический преобразователь, содержаший пьезоэлемент и два электрода, нанесенные на новерхности пьезоэлемента, одна из которых является его основанием, в котором пьезоэлемент ,частично деполяризован у тыльной поверхности, что позволяет получить одиночные 10 акустические импульсы заданной формы и длительности, Недостаток такого устройства заключается в отсутствии возможно-. сти излучения ультракоротких импульсов, одиночных в пределах периода следования йо

> возбужцаюших электрических импульсов.

С @елью устранения этого недостатка пьезоэлемент выполнен в виде конуса, вто:рой электрод нанесен в виде кольца на боковую поверхность конуса, а цьезоэле мент поляризован так, что степень поляризации плавно. убивает от максимума у эЛектрода на основании конуса до нуля у электрода на его боковой поверхности.

На фиг. 1 приведено схематическое изображение преобразователя; i на фиг. 2 .! и 3 — характер возбуждения I акустических колебаний в пьезоэлектрическом преобра» зователе.

Преобразователь представляет собой монолитный .блок из пьезокерамики в виде конуса 1, на излучаюшей поверхности ко»

;торого расположен нижний электрод, а ! на боковой — кольцевой электрод;Э. По)ляризуется пьезоэлемент обычным спосо! бом, то есть приложением пос оянного электрического напряжения к электродам 2, 3. Затем часть o6beMa пьезоэлемента, непосредственно прилегаюшая к электроду

3, деполяризуется. Например, это осущесэ 1вляют быстрым окальным нагревом до о

1500-600.С в узком пламени газовой ro

1 ! релки и таким же быстрым охлаждением .до комнатной температуры в проточной воде так чтобы степень поляризации плав» но убывала от максимума у электр"да 2 до нуля у электрода 3, Преобразователь работает следуюшим образом. полностью повторяет форму воэбуждаюших

er n электрических импульсов.

Предлагаемый преобразователь прост в изготовлении методом холодного или

5 горячего прессования или литья под давлением, То есть наиболее распространенными методами в керамическом производстве, в зависимости от конструктивных требований в параллельном основанию се10 чении DH может иметь форму круга, квадрата, прямоугольника и т. и, Наиболее предпочтительные марки пьезо- керамики для этогп преобразователя: UTC19;,; ElTC-24; обладаюшие высоким пьезо15 модулем и сравнительно низкой ai электри- ческой проницаемостью, С помошью предлагаемого преобразователя излучаются акустические "радиоимпульсы" с заданной формЬй огибающей и требуемым числом периодов колебаний, я также однополярные импульсы любой формы в зависимости от формы возбуждяюшего,электрического импульса . Частота заполнения акустических рядиоимпульсов

25 и минимальная длительность однополярных акустических импульсов зависят лишь от времени установления полной поляризации в материале пьезоэлемента. Для керамик на основе цирконята титан, тя свинца это время порядка 10 10- 10 11. с.

До деполяризации все пространство в объеме конуса между электродами 2 и 3 (на фиг. l показано штрих-пунктиром) равномерно поляризовано (стрслкамя показано направление вектора поляризации

Р). При этом ° в момент подачи «а элек троды короткого импульса электрического напряжения импульсные механическне напряжения возникают как у электрода 2, так и у электрода 3. Акустические импульсы, возникаюшив у электрода 2, 4 распрбстраняются. (на фиг.2 показаны двойными

1 стрелками) как в направлении акустическои нагрузки, так и к вершине конуса, представляюшего собой акустическую ловушку, с которая полностью поглошает эту часть акустической энергии, возникшей у электрода 2, Акустические импульсы, возникакгшие у электрода 3, претерпев многократ ные отражения в объеме пьезоэлемента (яа фиг. 2 показано стрелками) с некогорой задержкой также попадают в полезную нагрузку через основание конуса и представляют собой акустические помехи, Если же часть объема пьезоэлемента в непосредственной близости от электрода 3 (на фиг, 3 показана пунктиром) полностьк> деполяризована (вектор поляризации Р =О), пьезоэффект в преобразователе у электрода 3 отсутствует. Акустические колебания у этого электрода не возникают ( и при этом исчезают импульсы акусти веских помех в полезной нагрузке.

Таким образом, на воздействие каждогп возоуждаюшего электрического импульса пьезопреобразователь отвечает только одним акустическим импульсом.

Отсутствие в пьеэопреобразователе поверхности, отражаюшей акустические колрбания и параллельной основанию конуса, на котором они возникают, исключает появление стоячих волн в объема пьеэопреобразователя, то есть возможность акустического резонанса. Это создает полную апериодичность предлагаемого пьезоэлектрического преобразователя, которая сохраняется и в режиме приема акустических колебаний. Форма акустических импульсов, излучаемых преобразователем, а

Формула изобретения

Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразовательь, с одержаший пьезоэлемент и два электрода, нанесенные на поверхности пьезоэлемента, одна иэ которых является его основанием, о т л и ч я ю ц и йс я тем, что, с целью излучения и приема ульчpQKopoTKHx импульсов, одиночных в пределах периода следования возбуждаюших электрических импульсов, пьезоэлемент выполнен в виде конуса, второй электрод ц 1нанесен в виде кольца на боковую поверхность конуса, а пьезоэлемент поляризован так, что степень поляризации плавно убывает от максимума у электрода на основанин конуса до нуля у второго электрода

30,на его боковой поверхности.

509826 (.оставитель И.Кесонн

Корректор Д,КОтГ)ва

Редант р <(.Bàñèëüeâà Техред 3.тараненко Ъ

lИll ИИИ Государственного комитета Совета Министров <. ССР по делам изобретений и открытий

Москва, 1!3035, Раушская наб., 4

Филиал ППП "Патент" r. Ужгород, ул. Пр кти;и, 4 3ак аз - э > >5 Изд. N /Q Тираж 029 Иодимсное