Широкополосный пьезоэлектрический преобразователь

Авторы патента:

G01N29/04H04R17 - 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)

t t ti 548096

ОП ИСАЙИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 14.04.75 (21) 2124035/28 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.10.79. Бюллетень № 40 (45) Дата опубликования описания 30.10.79 (51) М. Кл.-

G 01N 29/04//

Н 04R 17/00

Государственный комитет (53) УДК 620.179.16 (088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

В. E. Поляков, А. И. Потапов, О. О. Карапетян, А. Г. Усманов и Ю. В. Дронов

Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительный институт (71) Заявитель (54) ШИРОКОПОЛОСНЪ|Й ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к ультразвуковой дефектоскопии.

Известны пьезоэлектрические преобразователи на основе пьезоэлементов произвольных размеров, у которых для выравнивания частотной характеристики регулируют длительность возбуждающего импульса так, чтобы нуль спектра возбуждающего импульса совпадал с первым максимумом частотной характеристики пьезопреобразователя (1). Неполное выравнивание частотной характеристики ограничивает возможность применения известных преобразователей для ультразвуковой спектроскопии.

Известен также способ изготовления ультразвуковых преобразователей, заключающийся в том, что из пьезоэлектрического материала вырезают элемент, ориентированный вдоль соответствующей оси упругой симметрии так, что соотношение сторон а и b элемента при а Ь обеспечивает кратность частот мод колебаний (2).

Наиболее близок к изобретению по технической сущности пьезоэлектрический преобразователь, содержащий набор квадратных пьезопластин, склеенных между собой i(3). Квадратные пьезопластины не обеспечивают кратности частот мод колебаний. Так как пьезопластины склеены в пакст, то онп работают как целый кристалл в виде куба. Прп этом эффективно возбуждаются не только контурные, но и толщинные моды колебаний; этот преобразователь нешпрокополосный.

Цель изобретения вЂ” выравнивание частотной характеристики.

Для этого в предлагаемом преобразователе на каждую пластину с обеих сторон нанесены обкладки, а пьезопластины установлены с зазором так, что расстояние между обкладками меньше длины волны второй моды колебаний пьезопластпны, и соединены между собой параллельно, толщина обкладок в 10 раз меньше меньшей стороны прямоугольника пьезопластины, а отношение этой стороны к большей стороне прямоугольника равно 1: 2.

На фпг. 1 показана зависимость изменения частот для трех мод колебаний в случае, если одна сторона а пластины остается неизменной, а другая сторона b уменьшается с шагом 5 мм; на фиг. 2 вЂ” предлагаемый пьезопреобразователь, впд сбоку; на фиг. 3 вЂ” то же, впд сверху.

Для изготовления широкополосного пьезоэлектрического преобразователя вырезают пьезопластины 45 Х-среза из кристалла сегнетовой соли. Каждая пьезопластина совершает контурные колебания при подаче на нее электрического напряжения. Соот548096

Q ..1ÎЗ, ра%ек ношение размеров возможно следующее: большая сторона прямоугольной пьезопластины 40 мм, меньшая вЂ” 20 мм, а толщина 1 мм. Злектроды нанесены перпендикулярно кристаллографической оси Х.

Пьезопластины 1 электрически соединены параллельно и приклеены на линейной базе 2 на мембране, которая перпендикулярна большей стороне. Пьезопластины не клеют в пакет, между ними оставлены воздушные зазоры. Такое расположение исключает появление толщинных мод колебаний. При указанных размерах пьезопластина имеет кратные резонансные частоты (мод колебаний), например f вЂ”вЂ” 40 кГц и /2 вЂ” вЂ” 80 кГц.

Третья мода колебаний имеет малоэффективную амплитуду и ею можно пренебречь, Для полного выравнивания частотной характеристики на электроды пьезопластин подается видеоимпульс такой длитсльности, что нуль спектра возбуждающего импульса совпадает с первым максимумом (40 кГц) частотной характеристики пьезопреобразователя, при этом вторая мода колебаний (80 кГц) автоматически совпадает со вторым нулем спектра возбуждающего импульса, так как нули в спектре импульса возбуждения имеют кратные значения.

Широкополосные пьезопреобразователи с равйомер ой частотной характеристикой позволяют использовать спектральные методы исследования материалов и изделий.

Формула изобретения

Широкополосный пьезоэлектрический преобразователь, содержащий набор прямоугольных пьезопластин, установленных одна напротив другой в параллельных плоскостях, отличающийся тем, что, с целью выравнивания частотной характеристики, на каждую пьезопластину с обеих сторон нанесены обкладки, а пьезопластины установлены с зазором так, что расстояние между обкладками меньше длины волны второй моды колебаний пьезопластины, и соединены между собой параллельно, толщина обкладок в 10 раз меньше меньшей стороны прямоугольника пьезопластин, а отношение этой стороны к большей стороне прямоугольника равно 1: 2.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Методы неразрушающих испытаний под ред. P. Шарпе, «Мир», 1972, с. 69.

2. Лвторское свидетельство СССР № 360607, М. Кл.2 G 01N 29/04, 1970.

3. Техническое описание к прибору

ДУК-20 (IUIO вЂ” 2048023ТО) (прототип), 548096

Фиг 3

Составитель T. Головкина

Техред А. Камышникова Корректор 3. Тарасова

Редактор Л. Письман

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2652/2 Изд. № 659 Тираж 1074 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5

Широкополосный пьезоэлектрический преобразователь

Устройство для измерения затухания акустических колебаний // 547688

Ультразвуковой концентратор // 545924

Устройство для испытания акустических свойств материалов // 545922

Устройство для измерения акустической эмиссии // 544907

Устройство для измерения коэффициента поглащения ультразвука // 542134

Ультразвуковой детектор // 540203

Способ определения места возникновения пожара // 538290

Устройство для измерения динамических характеристик звукои виброизоляционных материалов // 538287

Устройство для измерения коэффициента поглощения ультразвука // 538286

Способ измерения плотности критического тока образцов втсп- керамики // 2102771

Изобретение относится к способам измерения физических свойств ВТСП-материалов

Резонансная установка для определения кинетики структурообразования вяжущих материалов типа цемента // 2104517

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для исследования процессов твердения вяжущих материалов, например цементов

Способ определения коэффициента структурных напряжений // 2104518

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано при определении коэффициента структурных напряжений вяжущей композиции для оценки, например, эффективности механического уплотнения

Устройство ультразвукового контроля материалов и изделий // 2106625

Изобретение относится к технике неразрушающих испытаний ультразвуковыми методами и может быть использовано в различных областях машиностроения для контроля материалов и изделий, преимущественно крупногабаритных и с большим затуханием ультразвука

Ультразвуковой способ измерения механических характеристик напряженно-деформированного состояния материала деталей конструкций // 2107288

Изобретение относится к области неразрушающих методов диагностики материалов и конструкций и может быть использовано для измерения напряженно-деформированного состояния (НДС) стержневых конструкций, болтовых и шпилечных резьбовых соединений при строительстве, монтаже и эксплуатации объектов ответственного назначения в различных отраслях промышленности и транспорта (тепловая и атомная энергетика, машиностроение, химическая и др.) Известен ультразвуковой (УЗ) способ контроля механических напряжений в твердых телах, заключающийся в излучении в изделие до приложения нагрузки и после приложения двух импульсов УЗ колебаний сдвиговых волн с взаимно-перпендикулярной ориентацией вектора смещения, измерении изменения их скоростей и вычислении величины напряжения по относительному изменению скорости УЗ колебаний и акустоупругому коэффициенту [1]

Ультразвуковой способ измерения механических напряжений при затяжке болтовых соединений // 2107907

Способ контроля состава однотипных изделий из двухфазного материала // 2111483

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в материаловедении для массового контроля состава (пористости) изделий одного форморазмера (например, из твердых сплавов WC-Co и электрических сплавов)

Способ акустического контроля состава однотипных изделий из двухфазного материала // 2111484

Изобретение относится к неразрушающим средствам анализа свойств материалов акустическими методами и может быть использовано для массового экспрессного контроля состава (пористости) двухфазных сплавов (например, твердых сплавов группы ВК одного форморазмера)

Ультразвуковой способ определения напряженно- деформированного состояния эксплуатируемых болтовых соединений // 2112968

Изобретение относится к неразрушающим методам диагностики материалов конструкций и может быть использовано для определения фактического напряженно-деформированного состояния (НДС) ранее затянутых болтовых соединений в конструкциях, находящихся в эксплуатации объектов ответственного назначения в различных отраслях промышленности и транспорта (тепловая и атомная энергетика, машиностроение, химическая и др.) и заключается в том, что в исследуемый затянутый болт вводят непрерывные УЗ-колебания на частоте основного резонанса стоячей волны, при этом амплитуду возбуждающих колебаний устанавливают на уровне, обеспечивающем в теле болта стоящую волну малой интенсивности, принимают в принятом сигнале, затем устанавливают амплитуду возбуждающих колебаний на уровне, обеспечивающем установление амплитуды стоячей волны на границе колебаний малой и конечной интенсивности, и измеряют амплитуды первой, второй и третьей гармоник, а о напряженно-деформированном состоянии материала болта и величине механических напряжений судят по отношениям амплитуд гармоник, измеренных при высоком уровне возбуждающих колебаний, к амплитуде колебаний стоячей волны, измеренной при низком уровне возбуждающих колебаний

Малогабаритный акустический микроскоп // 2112969