Пъезопреобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК ЯО 14049 4 б 01 М 29/00, 29/О ИЯ тит роко- зова 145. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля. Целью изобретения является повышение разрешающей способности преобразователя вследствие формирования узкого слаборасходящегося пучка ультразвуковых колебаний благодаря снабжению пьезопреобразователя дополнительными электродами и делителями, выбором размеров электродов, амплитуд и фаз и подаваемых на них напряжений. Генератор 20 через делители 12 - 15 возбуждает пьезоэлемент 1. Вследствие того, что круговые и кольцевые электроды 4 - 11 на каждом основании 2 и 3 расположены аксиальносимметрично один под другим, образуя пары, и размеры их выбраны специально, а коэффициент деления К-го делителя2 - 15 обратно пропорционален К-му экстремуму функции Бесселя 10 первого рода нулевого порядка, пьезоэлемент 1 формирует узкий слаборасходящийся пучок ультразвуковых колебаний. Аналогичным образом в соответствии с обратным пьезоэффектом происходит прием колебаний и передача эквивалентно-го им электрического сигнала в прием.ный блок 21. 3 ил,Изобретение относится к акустическим методам неразрушаюшего контроля и может быть использовано, например, при ультразвуковой дефектоскопии или толщинометрии.Целью изобретения является повышение разрешающей способности преобразователя за счет формирования узкого слаборасходящегося пучка акустических колебаний.На фиг. 1 схематично представлен пьезопреобразователь; на фиг. 2 представлены сечение пьезопреобразователя и графики распределения вдоль радиуса г нормальной к основаниям составляющей напряженности возбуждающего электрического поля Е,(г) на нижнем основании преобразователя, т.е. при 2=0 (сплошная линия) и график функции Бесселя о (х) (пунктирная линия); на фиг. 3 представлена схема делителя пьезопреобразователя.Пьезопреобразователь содержит дисковый пьезоэлемент 1 с основаниями 2 и 3, круговые электроды 4 и 5 и кольцевые электроды 6 - 11, Пьезопреобразователь также содержит делители 12 - 15. На основании 2 пьезоэлемента 1 аксиально-симметрично расположены электроды 4, 6, 8 и 10 с минимальным зазором друг относительно друга. На основании 3 пьезоэлемента 1 также аксиально-симметрично расположены электроды 5, 7, 9 и 11. Расположенные друг напротив друга электроды 4 и 5, 6 и 7, 8 и 9, 10 и 11 образуют пары, которым присвоен порядковый номер, начиная с первого для круговых электродов и кончая К-ым. Средние диаметры парных кольцевых электродов 6 и 7, 8 и 9 и 10 и 11 равны. Внешний радиус каждого К-го электрода 4, 6, 8 и 10 на основании 2 пьезоэлемента 1 соответствует К-му нулю функции Бесселя о первого рода нулевого порядка, причем внешний радиус последнего кольцевого электрода 10 также равен радиусу пьезоэлемента 1. Ширина каждого электрода 4, 6, 8 и 10 превышает ширину парного ему электрода 5, 7, 9 и 11 в 2,5 - 3,5 раза. Количество делителей 12, 13, 14 и 15 соответствует количеству пар электрод.эв 4 и 5, 6 и 7, 8 и 9, 10 и 11, а коэффициент деления Кго делителя обратно пропорционален К-му экстремуму функции Бесселя о первого рода нулевого порядка. Выходы делителей 12 - 15 соединены парами с электродами 4 - 11 таким образом, что расположенные на основании 2 соседние электроды, например, 2 и 4 или 4 и 6 связаны с разноименными концами делителей 12 - 14. Каждый делитель включает в себя диодный ограничитель 16 и сопротивления 17, 18 и 19. Позицией 20 на фигурах обозначен генератор, а позицией 21 - приемный блок.Преобразователь работает следуюшим образом.В качестве пьезоэлемента 1, например, используют пьезопластину из керамики ЦТС - 19 радиусом К=15 мм и толщиной 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0,72 мм с резонансной частотой 2,5 МГц. Выбрав количество пар электродов 4 - 11 К=4, выясняют, что внешний радиус электрода 10, равный 15 мм, соответствует 4-му нулю функции (х), т.е, величине х=11,8, внешний радиус электрода 6 соответствует 3-му нулю функции о(х), т.е. величине х=8,7, и равен 11 мм, внешний радиус электрода 6 соответствует 2-му нулю функции О(х), т,е. величине х=5,3, и равен 7,2 мм, а радиус электрода 4 соответствует 1-му нулю функции О(х), т.е. величина х=2,5, и равен 3,6 мм. Величину сопротивлений7 - 19 делителей 12 - 15 выбирают, например, из таблицы.Поперечные размеры узких электродов 5, 7, 9 и 11, например, в 3 раза меньше размеров, соответствующих им парных электродов 4, 6, 8 и 10, В режиме возбуждения сигнал с зондирующего генератора 20 через диодные ограничители 16, например, на диодах КД 522 А и сопротивления 18 и 19 делителей 12 в 15 поступает на электроды 4 - 11, Номиналы сопротивлений 18 обеспечивают подачи гармонического напряжения с частотой 2,5 МГц и амплитудой с первого делителя 12 на первую пару электродов 4 и 5, причем плюс подается на электрод 4, напряжения амплитудой 0,4 и с второго делителя 13 на вторую пару электродов 6 и 7, причем плюс подается на электрод 7, напряжения амплитудой 0,3 ц с третьего делителя 14 на третью пару электродов 8 и 9, причем плюс подается на электрод 8, напряжения амплитудой 0,25 ц с четвертого делителя 15 на четвертую пару электродов 10 и 11, причем плюс подается на электрод 11.Внутри пьезоэлемента 1 возникает сложное распределение напряженности Е,(г) возбуждающего электрического поля, которое мало отличается от функции Бесселя о(х). Возбуждающее поле формирует излучаемый узкий слаборасходящийся пучок ультразвуковых колебаний. В режиме приема пьезоэлемент 1 трансформирует ультразвуковые колебания в электрический сигнал, который через сопротивления 17 и 18 делителей 2 - 15 поступает в приемный блок 21. При работе пьезоэлемента в режиме приема диодные ограничители 16 отключают генератор 20.Описанный в ходе работы пример реализации преобразователя при подключении к генератору и блоку приема ультразвукового дефектоскопа УД в ПУ и измерениях в совмешенном режиме ввода на отражателе, в качестве которого используется шарик диаметром 1,5 мм, формирует на расстояниях от 15 до 275 мм ультразвуковой пучок по уровню 0,1 А диаметром 8 - 13 мм.Формирование узкого слаборасходящегося ультразвукового пучка обусловлено как специальным выбором размеров электродов,1404926 Формула изобретения Величина сопротивления делителя, Омс второго 13 третьего 14 Сопротивление четвертого 15 первого 12 17 15 12 0 19 1 б езоэлеленвфиг. Ю/47 Тираж 847осударственного комитета СССР по дела113035, Москва, Ж - 35, Раушскаятвенно-полиграфическое предприятие, г. ревскииКорректорПодписноеи изобретенийнаб., д. 41 оужгород, ул. П РедакторЗаказ 30ВНИИПИ утя и открытш роектная, 4 Произво так и выбором амплитуд и фаз подаваемых на них напряжений.Применение пьезопреобразователя в ульт развуковой дефектоскопии позволяет повысить фронтальную разрешающую способность и довести ее до 3 мм по стали на глубине 50 мм. Пьезопреобразователь, содержащий дисковый пьезоэлемент и размещенные на каждом его основании аксиально-симметричные электроды, выполненные в виде расположенных на противоположных сторонах друг напротив друга кругов и колец, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности путем формирования узкого слаборасходящегося пучка акустических колебаний, он снабжен дополнительными концентричными, расположенными на противоположных сторонах попарно друг напротив друга кольцевыми электродами и делителями по количеству пар электродов, коэффициент деления К-го делителя обратно пропорционален К-му экстремуму функции Бесселя 1 о первого рода нулевого порядка, средние диаметры парных кольцевых электродов равны, на одном основании электроды расположены с минимальным зазором, внешний радиус каждого К-го электрода соответствует К-му нулю функции Бесселя 1 о, внешний радиус последнего электрода равен радиусу пьезоэлемента, ширина электрода на этом основании превышает в 2,5 - 3,5 раза ширину пар ного электрода на противоположном основании, а выходы делителей соединены с электродами так, что каждый соседний электрод, расположенный на одном основании, связан с разноименными концами делителя.