Устройство для генерации ультразвуковых импульсов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБР ЕТЕ Н И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сскв Ссаетских

Социалистических

Ресеублик

777884 (61) дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 26.05.78 (21) 2619879/18-10 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.11.80. Бюллетень № 41 (45) Дата опубликования описания 10.03.81

Государственный кенитет

СССР

IIo делан изебретеиий и еткрытий (53) УД К 534.143 (088.8) (72) Автор изобретения

Е. К. Грищенко (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕН ЕРАЦИ И

УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИМПУЛЬСОВ управляющий пьезоэлемент с управляемой активно-индуктивной электрической нагрузкой, ориентированный относительно смещений в ультразвуковой волне так, что смещения параллельны его пьезоактивному направлению (2).

Недостатком данного устройства является снижение амплитуды генерируемых импульсов из-за временной нестабильности частоты высокочастотного генератора и взаимной расстройки по частоте высокочастотного генератора и акустического резонатора.

Целью изобретения является увеличение амплитуды генерируемых ультразвуковых импульсов.

Это достигается тем, что устройство, содержащее акустический резонатор, активный пьезоэлемент, расположенный в узле смещений акустического резонатора, и управляющий пьезоэлемент с управляемой активно-индуктивной электрической нагрузкой, расположенный между акустическим резонатором и средой, ориентированный относительно смещений в ультразвуковой волне так, что смещения параллельны его пьезоактивному направлению, снабжено делителем электрического напряжения, фазосдвигающим устройством и управляемым усилителем электрических сигналов, причем

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в ультразвуковой дефектоскопии, медицинской акустике и акустоэлектронике.

Известно устройство для генерации ультразвуковых импульсов, выполненное в виде возбуждаемого от высокочастотного генератора через элемент связи активного пьезоэлемента, акустически нагруженного на внешнюю среду через последовательно размещенные акустический резонатор и управляющий пьезоэлемент с управляемой активно-индуктивной электрической нагрузкой, причем управляющяй пьезоэлемент ориентирован относительно смещений в ультразвуковой волне так, что смещения параллельны его пьезоактивному направлению (1).

Недостатком известного устройства является малая амплитуда генерируемых ультразвуковых импульсов из-за размещения полуволнового активного пьезоэлемента с наружной стороны акустического резонатора.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для генерации ультразвуковых импульсов, содержащее акустический резонатор, активный пьезоэлемент, расположенный в узле смещений акустического резонатора, и (51) М.Кл. Н 04 R,17(00

777884 управляемая активно-индуктивная электрическая нагрузка управляющего пьезоэлемента электрически соединена с входом делителя электрического напряжения, выход делителя электрического напряжения электрически соединен с входом фазосдвигающего устройства, выход фазосдвигающего устройства электрически соединен с входом уцра вляемого усилителя электрических сигналов, а выход управляемого усилителя электрических сигналов электрически соединен с проводящими электродами активного пьезоэлемента, При этом для генерации ультразвуковых импульсов объемных волн активный пьезоэлемент, акустический резонатор и управляющий пьезоэлемент выполнены за одно целое,.например, в виде сплошного стержня из пьезоактивного материала с проводящими электродами на боковых поверхностях.

Кроме того, для генерации ультразвуковых импульсов поверхностных волн активный пьезоэлемент, акустический резонатор и управляющий пьезоэлемент выполнены в виде системы встречно-штыревых проводящих электродов, нанесенных на пьезоактивный материал.

На фиг. 1 схематически представлено устройство для генерации ультразвуковых импульсов; на фиг. 2 — конкретный пример выполнения предлагаемого устройства стержневого типа для генерации ультразвуковых импульсов объемных волн; на фиг.

3 — конкретный пример выполнения предлагаемого устройства для генерации ультразвуковых импульсов поверхностных волн.

Устройство для генерации ультразвуковых импульсов содержит активный пьезоэлемент 1, расположенный в узле смещений акустического резонатора 2. Между акустическим резонатором 2 и внешней средой

8 расположен управляющий пьезоэлемент

4 с управляемой активно-индуктивной электрической нагрузкой 5. Управляемая активно-индуктивная электрическая нагрузка 5 электрически соединена с входом делителя электрического напряжения б, выход делителя электрического напряжения б электрически соединен с входом фазосдвигающего устройства 7, выход фазосдвигающего устройства 7 электрически соединен с входом улравляемого усилителя электрических сигналов 8, а выход управляемого усилителя электрических сигналов 8 электрически соединен с проводящими электродами активного пьезоэлемента 1. Причем пьезоэлемент

1 активный, акустический резонатор 2 и уп равляющий пьезоэлемент 4 в случае генерации ультразвуковых импульсов объемных волн выполнены в виде дискретных элементов (см. фиг. 1) либо в виде монолитной конструкции стержневого типа (см. фиг. 2) .

Кроме того, в случае генерации ультразвуковых импульсов поверхностных волн активный пьезоэлемент 1, акустический резо3р мого усилителя электрических сигналов 8

Г)

1О

l5

65 натор 2 и управляющий пьезоэлемент 4 выполнены в виде системы встречно-штыревых проводящих электродов, нанесенных на пьезоактивный материал (см. фиг. 3).

Предлагаемое устройство работает .следующим образом.

В исходном положении добротность управляемой активно-индуктивной электрической нагрузки 5 управляющего пьезоэлемента 4 устанавливают максимально возможной, причем одновременно путем подачи на шину управления 9 управляющего электрического сигнала открывают управляемый усилитель электрических сигналов

8. С помощью управляющего пьезоэлемента 4 преобразуют тепловые шумы акустического резонатора 2 в электрический сигнал, который в виде высокочастотного электрического напряжения снимают с управляемой а ктивно-индуктивной электрической нагрузки 5 и подают его на вход делителя электрического напряжения б. С помощью делителя электрического напряжения б, фа."".îñ;â:òàþùåãо устройства 7 и управляемого уснлителя электрических сигналов 8 путем последовательной обработки электрического сигнала упомянутыми устройствами увеличивают амплитуду и формируют фазу электрического сигнала, и с выхода управляеподают электрический сигнал на проводящие электроды активного пьезоэлемента 1.

С помощью активного пьезоэлемента 1 преобразуют электрический сигнал и излучают его в акустический резонатор 2 в виде ультразвука с амплитудой, превышающей первоначальный шумовой сигнал. При этом ультразвуковая волна почти полностью отражается от управляющего пьезоэлемента

4, и в акустическом резонаторе 2 за счет положительной обратной связи идет процесс накопления акустической энергии, который проявляется в многократном увеличении амплитуды стоячей ультразвуковой волны в нем. При достижении амплитуды стоячей ультразвуковой волны в акустическом резонаторе 2 стационарного значения резко уменьшают величину добротности управляемой активно-индуктивной электрической нагрузки 5 до минимального значения, причем одновременно путем подачи на шину управления 9 управляющего электрического сигнала запирают управляемый усилитель электрических сигналов 8. При этом коэффициент прохождения звука через управляющий пьезоэлемент 4 -возрастает до единицы и накопленную в акустическом резонаторе 2 энергию излучают во внешнюю среду 3 в виде прямоугольного ультразвукового импульса, Предлагаемое устройство для генерации ультразвуковых импульсов позволяет реализовать самонастраивающую ся ультразвуковую колебательную систему и устранить снижение амплитуды генерируемых ультра777884 звуковых импульсов из-за взаимной расстройки по частоте акустического резонатора и высокочастотнбго генератора.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет увеличить амплитуду генери- 5 руемых ультразвуковых импульсов по сравнению с известными устройствами, по крайней мере, в 1,4 раза.

Формула изобретения

1. Устройство для генерации ультразвуковых импульсов, содержащее акустический резонатор, активный пьезоэлемент, расположенный в узле смещений акустического 1Б резонатора, и управляющий пьезоэлемент с управляемой активно-индуктивной электрической нагрузкой, расположенный между акустическим резонатором и средой, ориентированный относительно смещений в ульт- 20 развуковой волне так, что смещения параллельны его пьезоактивному направлению, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения амплитуды генерируемых импульсов, оно снабжено делителем электрическо- 25 го напряжения, фазосдвигающим устройством и управляемым усилителем электрических сигналов, причем управляемая активно-индуктивная электрическая нагрузка управляющего пьезоэлемента электрически 30 соединена с входом делителя электрического напряжения, выход делителя электрического напряжения электрически соединен с входом фазосдвигающего устройства, выход фазосдвигающего устройства электрически соединен с входом управляемого усилителя электрических сигналов, а выход управляемого усилителя электрических сигналов электрически соединен с проводящими электродами активного пьезоэлемента.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью генерации ультразвуковых импульсов объемных волн, активный пьезоэлемент, акустический резонатор и управляющий пьезоэлемент выполнены за одно целое в виде сплошного стержня из пьезоактивного материала с проводящими электродами на боковых поверхностях.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью генерации ультразвуковых импульсов поверхностных волн, активный пьезоэлемент, акустический резонатор и управляющий пьезоэлемент выполнены в виде системы встречно-штыревых проводящих электродов, нанесенных на пьезоактивный материал.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР № 489272, кл. Н 04 R 17/00, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР № 558423, кл. Н 04 R 17/00, 1976 (прототип) .

777884 иа

Составитель Е. Артамонова

Техред И. Заболотнова Корректор И. Осиповская

Редактор Т. Клюкина

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Заказ 227/210 Изд. № 227 Тираж 729 Подписное

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

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