Устройство для излучения и приема ультразвуковых импульсов

(19) (11) в) 4 О 01 й 29/04 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ Я ЕЛЬСТВ ВТОРСКОМУ СВ ких пов ств обу ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ 2 1) 3963703/25-2822) 14.10,85(71) Институт горного дела им. А.А.Скочинского(56) Авторское свидетельство СССР В 1078314, кл. 6 01 й 29/04, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ .И ПРИЕМА УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИМПУЛЬСОВ (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при ультразвуковом эхолокационном контроле характеристик жидсред. Целью изобретения являетсяышение помехозащищенности устройа за счет снижения уровня помех,словленных радиальными колебаниями. Согласно изобретению устройство снабжено демпфером 4, установленным в дне корпуса 1, выполненного в виде стакана. За счет акустической связи корпуса 1 с пассивной зоной 11 пьезопластины 3 и выполнения корпусао с фасками 6 и 7 под углами 45 и 40 возникает эффективная трансформация энергии радиальных колебаний в энергию кольцевого ультразвукового поля нулевой антисимметричной волны Лэмба.Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при ультразвуковом эхолокационном контроле характеристик жидких сред, например уровнеметрии, и при испытаниях различных материалов.Цель изобретения - повышение помехозащищенности устройства за счет снижения уровня помех, обусловленных 10 радиальными колебаниями.На чертеже схематично представлено устройство для излучения и приема ультразвуковых импульсов.Устройство содержит цилиндричес кий корпус 1, закрепленные в нем протектор 2 и пьезопластину 3 в виде диска. Кроме того, устройство снабжено демпфером 4 из материала с акустиЪческим импедансом, равным импедансу 20 пьеэопластины 3, например, из титана. Корпус выполнен в виде стакана, в в дне которого установлен демпфер 4. Внутренняя поверхность стакана со стороны открытого торца выполнена с 25 кольцевой проточкой 5, в которой установлена пьезопластина 3, сопряженная внешней плоскостью с протектором 2. Наружная и внутренняя поверхности стакана выполнены с фасками 6 и 7 30опод углами 45 и 40 соответственно 35 Устройство работает следующим образом,В режиме излучения на пьезопластину 3 через высокочастотный разъем 8.подают возбуждающий видеоимпульс иактивная эона 10 излучает ультразвуковой импульс,относительно его оси.Толщина д цилиндрической части стакана выполнена с возможностью возбуждения нулевой антисимметричной волны Лэмба Корпус 1 и протектор 2 выполнены из материала с акустическим импедансом, близким к импедансу пьезопластины 3. Пьезопластина 3 подключена к регистрирующей аппарату ре (не показана) при помощи высокочастотного разъема 8.На пьезопластину 3 нанесен токо- проводящий слой 9, Центральная активная зона 10 пьезопластины 3 электри чески изолирована от пассивной короткозамкнутой периферийной зоны 11, Для крепления разъемов 8, пьезоплас. тины 3 и протектора 2 к корпусу 1 использован токопроводящий клей с обеспечением герметизации. При излучении в жидкость у пьеэопластины 3 имеются две частоты колебаний. Одна иэ них вызвана возбуждением активной зоны 10 на толщинном резонансе и благодаря демпфированию ее пассивной зоны 11 обеспечивается уменьшение послезвучания на основной частоте.Вторая частота колебаний вызвана радиальным возбуждением активной зоны и при недостаточном демпфировании пассивной зоны 11 она может значительно ухудшить форму основных колебаний толщинного резонанса, вызывая вследствие пьезоэффекта дополнительную помеху в виде переиэлучения на толщинном резонансе, Выполнение корпуса 1 иэ материала с акустическим импедансом,близким к импедансу пьезопластины 3, и с фасками 6 и 7 подоуглами 45 и 40 придает конструкции корпуса волноводные свойства.Внешние и внутренние фаски 6 и 7 способствуют улучшению перехода акустической энергии радиальных колебаний в корпус 1 через пассивную зону 11, При этом выбор внутренней фаски .опод углом 40 является оптимальным для перехода радиальных колебаний в энергию колебаний нулевой антисимметричной волны Лэмба, Это вызвано тем, что отражение на конусной поверхности направлено вдоль боковой стенки корпуса 1, т.е, в направлении распространения волны Лэмба, В результате зеркальное отражение от стенки корпуса 1 незначительно и уменьшается уровень реверберационных помех.Для обеспечения эффективной трансформации радиальных колебаний пьезопластин 3 в волну Лзмба толщина стенки д корпуса 1 выбирается из условия гг 13 для нулевой антисимметричной волны Я где г - частота, д - толщина стенки корпуса, Ъ - длина волны.Благодаря близости акустических импедансов корпуса 1 и пьезопластины 3 отсутствуют отражения от поверхностей их акустического контакта друг с другом и коэффициент прохождения колебаний через эти поверхности близок к единице.За счет акустической связи корпуса с пассивной зоной 11 и описанной формы корпуса возникает эффективная трансформация энергии радиальных колебаний в энергию кольцевого ультра1335867 Составитель В.БабинаТехред М Дидык Редактор П,Гереши Корректор В.Бутяга Тираж 776 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, У(-35, Раушская наб., д,4/5Заказ 4041/37 Производственно-полиграФическое предприятие, г,Ужгород, ул.Проектная,4 звукового поля нулевой антисимметричной волны Лэмба в стенке корпуса 1,Демпфирование днища корпуса коль 5цевой проточкой 5 исключает возникновение объемной импульсной реверберационной волны Лэмба,Таким образом, использование устройства позволяет снизить уровеньпомех, обусловленных радиальными колебаниями при видеоимпульсном электрическом возбуждении пьеэоэлемента,включая и повторное переизлучениена толщинном резонансе, что повышаетпомехозащищенность уравномеров и,следовательно, точность контроля. Формула изобретения 20Устройство для излучения и приемаультразвуковых импульсов, содержащеецилиндрический корпус, закрепленные в нем протектор и пьезопластину в виде диска, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехозащищенности, оно снабжено демпфером, корпус выполнен в виде стакана, в дне которого установлен демпфер, внутренняя поверхность стакана со стороны открытого торца выполнена с кольцевой проточкой, в которой установлена пьеэопластина, сопряженная внешней плоскостью с протектором, наружная и внутренняя поверхности стакана выполнены с фасками под уголами 45 и 40 соответственно относительно его оси, толщина цилиндрической части стакана выполнена с возможностью возбуждения в ней нулевой антисимметричной волны Лэмба, а протектор и пьезопластина выполнены из материала с акустическим импедансом, близким к импедансу пьезопластины.