Ультразвуковой преобразователь для работы в воздушной среде

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК с Ъ ТЕН ИЗ А ЕЛЬСТВ АВТО МУ СВ высоту и ширсловий группаыбираю полоса рупп 48 р, % Ьп остранения колебаний асующего с стота 1 -й й- ширинапо- длиначастот лоски,а резонансн ол- длинаф колеба лны ульт звуковыхена реэой в возд частоте,нансн- ширина групп. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИИ(72) В.П.Аксенов и В.П.Волосский (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт(56) 1. Доклады Ч 1 ЕХ Всесоюзной конференции по нераэрушаюцим физическим методам и средствам контроля, 7-10 июня 1977, с. 444-447;2. Авторское свидетельство СССР У 819708, кл. С 01 й 29/04, 1979 (прототип),(54)(57) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ РАБОТЫ В ВОЗДУИНОЙ СРЕДЕ,содержащий пьезоэлемент и контактирующий с его излучающей поверхностьюсогласующий четвертьволновой слой,о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, сцелью повьшения разрешающей способности, согласующий четвертьволновойслой выполнен в виде набора объединенных в идентичные группы размещенных параллельно .разновысоких полосокпрямоугольного сечения, а количество ЯО, 1167494 где й - количество полосок в группах,дГ в . заданный частотный диапазой,й- средняя полоса пропусканияпойоски,11 - высота полоски,гр - группаСсл "корость распрультразвуковых вматериале согл лоя,11- резонансная чаполоски,Изобретение относится к испытаниями измерениям и может быть примененопри ультразвуковой бесконтактцой дефектоскопии.Известен ультразвуковой преобраэователь для работы в воздушной среде,содержащий пьезоэлемент, контактирующий с его излучающей поверхностьюсогласующий четвертьвояновой слой иперфорированный экран 11,Наиболее близким по технической 10Й)- - ; 31 Ь 2 щ 50От Ьогде щ - количество полосок в группах;заданный частотныйдиапаэоц;Ьр- средняя полоса пропусканияполоскиЬ, - высота полоски,р группа; сущности и достигаемому результату к изобретению является ультразвуковой преобразователь для работы в воздушной среде, содержащий пьезо элемент, контактирующий с его излучающей поверхностью согласующий четвертьволцоцой слой и мембрану. При этом согласующий четвертьволновой слой со стороны рабочей поверх ности выполнен с коническими углублениями, а торцовые поверхности выступов расположены друг от друга ца расстоянии, це большем половины длины изгибной волны в мембране 25 на рабочей частоте 21.Недостатком известных преобразователей является низкая разрешающая способность, обусловленная узким диапазоном частот, излучаемых и при цимаемых колебаний.Цель изобретения - повышение разрешающей способности.Поставленная цель достигается тем,что в ультразвуковом преобразователе для работы в воздушной среде, содержащем пьезоэлемент и контактирующий с его излучающей поверхностью согласующий четвертьволцовой слой, согласующий четвертьволновой слой выполнен в виде набора объединенных в идентичные группы размещенных параллельно разновысоких полосок прямоугольного сечения, а количество полосок в группах, их высоту и ширину и ширину групп выбирают из условийьГ с(1 Сл С- скорость распространенияультразвуковых колебаний вматериале согласующего слоя,Е - резонансная частота-йполоскид; - ширина-й полоски,- длина волны усльтразвуковыхколебаний в воздухе на резонансной частоте,о/ - ширина групп.На фиг. 1 изображен ультразвуковой преобразователь, вид спереди; на фиг. 2 - то же, вид сверху.Преобразователь содержит пьезоэлемент 1 и контактирующий с его излучающей поверхностью согласующий четвертьволцовой слой 2, выполненный в виде набора размещенных параллельно разцовысоких полосок 3 прямоугольного сечения, обьединенных в идентичные группы 4.При этом параметры согласующего слоя выбирают следующим образом.Материал для выполнения согласующего слоя выбирают цз условия его максимальной акустической прозрачности2 1/возгде Е, - удельный акустический импедацс материала согласующего четвертьволнового слоя,7 20 - удельные акустические импедансы материалов пьезоэлемента и воздуха соответственна.Для определения количества в полосок в группах находят среднюю полосу 5 Е пропускания полоски.Для этого на рабочей поверхности пьезоэлемента размещают согласующий слой из выбранного материала высотой, равной четверти длины волны ультразвуковых колебаний в этом материале на одной из частот заданного частотного диапазона, снимают амплиткдночастотную характеристику пьезоэлемента с согласующим четвертьволновым слоем и определяют полосу пропусканця согласующего слоя на данной частоте. Аналогично находят попосы пропускация согласующих слоев на других частотахзаданного частотного диапазона, определяют среднюю полосу пропускания полоски и находят из условия (1) количество в полосок в группах.11 б 7494 Фиг Составитель И.АндрееваТехред О,Цеце Корректор М,Розман едактор Е.Коп 27/ Подписноемитета СССР Тираж 897 НИИПИ Государственного по делам изобретений 5, Москва, И, Раушсак открытинаб иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Для определения высоты %, каждой полоски заданный частотный диапазон а разбивают на т равных поддиапазонов, определяют для каждого поддиапазона среднюю частоту и, принимая 5 ее эа резонансную частоту Хсоответствующей полоски из условия (2), находят высоту этой полоски.Ширину полосок и групп выбирают соответственно из условий (3) и (4), 1 О эа счет чего обеспечивается условие ненаправленного излучениякаждой полоски по крайней мере в одной общей для всех плоскости и спектральная однородность акустического поля. 15Ультразвуковой преобразователь работает следующим образом.При подаче электрического сигнала от возбуждакцего генератора на пьезоэлемент 1 через каждую из согла сующих полосок 3 в воздушную среду излучаются в виде цилиндрических волн ультразвуковые колебания в диапазоне частот, который определяется высотой данной полоски. Цилиндричес кие волны, излучаемые разными. полосками в дальней зоне преобразователя, создают суммарное акустическое поле излучения в заданном частотном диапазоне л Г. Попадая в изделие, ультразвуковые волны отражаются от неоднородностей и дефектов и, пройдя воздушную среду, принимаются аналогичным приемным преобразователем. По параметрам принятых сигналов определяют параметры дефектов. Для расширения заданного частотного диапазона излучаемых и принимаемых колебаний целесообразно использовать широкополосные пьезоэлементы или расширить полосу пропускания с плоскопараллельными поверхностями пьезоэлементов с помощью корректирующих цепей из перестраиваемых резистора и индуктивности. В качестве материала для изготовления согласующих полосок может быть выбран пенопласт.Таким образом, предлагаемый ультразвуковой преобразователь для работы в воздушной среде обладает более высокой разрешающей способностью за счет излучения и приема более коротких импульсов вследствие более широкой полосы пропускания.