Многоэлементный пьезоэлектрический преобразователь

) 4 (т 01 И 29/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН 2 ецкас 8) СССР1983.ГР ель ств 29/04 ги ьство 29/О 19 аллек нераз зобрете киеуютобразуются в электричкоторые синйазно суммем электроде 4 данно та 1, пр льтраз нал выполне матрицы ду го а, что повьвает ампли ского сигнала, снимае пьезоэлемента. 1 ил. зоэлемен электрич ктрическо нескольк анногаейв ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТГЮ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР Н А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение относитсярушающему контролю, Целью иния является повьппение чувствителности. В режиме излучения уковых колебаний вследствиения каждого пьезоэлемента ногоэлементного пьезоэл о преобразователя в вид 801490618 одинаковых прямоугольных параллел пипедов 2, акустически изолированных друг от друга, но электрически объединенных в один элемент за счет электрического соединения их электродов, а также выбора размеров прямоугольных параллелепипедов энеря поперечных колебаний параллелепипедов 2 трансформируется в энергию продольных колебаний, что приводит к излучению одночастотного короткого акустического импульса повышенной амплитуды, В режиме приема колебания, принятые каждым пар лепипедом 2 какого-либо пьезоэлемен 1490618ческого соединения их с помощью токопроводящего клея, а длина й и размерЬ поперечного сечения параллелепипедов выбраны из условия 30 О 5(- -- ( О 7. Ь 1 дПозицией 5 на чертеже обозначена схема возбуждения и приема ультразву ковых колебаний.Толщину Б акустически изолирующих слоев 3, длину й пьезоэлементов 1, линейный шаг пьезоэлементов (У + + Б) и ( + Б), соотношение размеыров пьезоэлементов --и --- выл й бирают из условий:Б; Б ( М; Ба=- ; (м + Б) = (3-;4)Ъ; 45(11 + Б 1 = (3-;4)Ъ; (2) ь 50- 1 5-2- = 1 5-;2Я фф,1. = е 1 где Ъ и Ъ - длина продольной волныГв материале пьеэоэлемен. та и длина волны ультра. 5звука в рабочей средесоответственно.Определение оптимальной для используемого типа пьезоэлектрическоИзобретение относится к неразрушающему контролю и может быть исполь. зовано для ультразвуковой дефектоскопии с электрическим сканированием направления контроля и медицинской диагностики.Цель изобретения - повышение чувствительности.На чертеже изображен многоэле ментный пьезоэлектрический преобразователь.Преобразователь содержит матрицу одинаковых пьезоэлементов 1 с длиной й и поперечными размерамии 15 1 , размещенных на расстоянии Б один от другого и выполненных каждый в виде девяти одинаковых прямоугольных параллелепипедов 2 с квадратным сечением и длиной, равной длине Й пьезоэлементов, которые акустически изолированы и жестко связаны между собой с помощью слоев 3 акустически изолирующего клея толщиной Би имеют электроды, электрически объединен ные в один электрод 4 путем электри го материала величины отношения Ь6производят путем численного рекения системы дисперсионных уравнений видаР(К,Г) = О, при К= (К ) = О при К Э р Я 1 1(3) где р(К,) = О - дисперсионноеуравнение для основной продольной электроакустической волны с волновым числом Краспространяющейся в плоском металлизированномпьезокерамическом поперечно поляризованном волноводе толщиной й; К(К , ) = О - дисперсионноеуравнение для основной продольной электроакустической волны с волновым числом К, распространяющейся в плоском п ь ез ок ерамич ескОмпродольно поляризованном волноводетолщиной Ь;рабочая частота пьезоэлемента.По найденным для заданной рабочей частоты из дисперсионных уравнений волновым числам Ки Копределяют размеры Ь и 6 прямоугольных параллелепипедов.Многоэлементный пьезоэлектрический преобразователь работает следукг щим образом,В режиме излучения поступающие со схемы 5 возбуждения ультразвуковых колебаний электрические импульсы создают переменное электроакустическое поле в прямоугольных параллелепипедах 2, заключенных между электродами 4, вызывая колебания параллелепипедов в продольном направлении. Одновременно в каждом прямоугольном параллелепипеде 2 из-за ограниченности его поперечных размеров возникают колебания в направлении поперечных размеров Ь, Выбор отношения Ь/йСоставитель М.АндрееваТехред М,Яндык Корректор М.Максимишинец Р едактор М.Андрушенко Заказ 3749/52 тираж 789 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 11 1015, Москва, Ж, Раушская наб., л. 4/5 Производственно в издательск комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 из условия (3) приводит к тому,чточастоты колебаний каждого прямоугольного параллелепипеда в направленииразмеров Й и Ь совпадают. Зто означает, что на рабочей частоте многоэлементного пьезоэлектрического преобразователя в каждом параллелепипеде 2 устанавливаются стоячие волны,имеющие максимум смещения частиц на 10его границах, При этом колебания параллелепипеда 2 в направлении й отличаются по фазе на 1 80" относительно колебаний в направлении размеровЬ и сжатие или растяжение параллелепипеда 2 в направлении размера Ьприводит к растяжению или сжатию егов направлении размера Й.Таким образом, энергия поперечныхколебаний параллелепипедов 2 трансформируется в энергию продольных колебаний и каждый параллелепипед 2,а вместе с ним и пьезоэлемент 1излучает одночастотный короткий акустический импульс повыпенной амплитуды,В режиме приема падающие на поверхность какого-либо пьезоэлемента 1 ультразвуковые колебания преобразуются каждым параллелепипедом 2, 30принадлежащим данному пьезоэлементу,в электрические сигналы, которые синфазно суммируются на электроде 4 данного пьезоэлемента, Благодаря выборуотношения размеров Ьй из условия (3)амплитуда колебаний принимающей поверхности параллелепипеда 2 будетмаксимальна, что приведет к максимальной амплитуде электрическогосигнала на электроде 4. Рассчитанные по условию 13) оптимальные соотношения размеров Ь/6 многоэлементного пьезоэлектрического преобразователя из распространенных на практике типов пьезокерамики имеют следующие значения: 0,57 - для ЦТС НВ; 0,58 - для ЦТС; 0,6 - для ЦТБСи 0,69 - для ТБК-З.Таким образом, предлагаемый многоэлементный пьезоэлектрический преобразователь обладает повышенной чувствительностью,Многоэлементный пьезоэлектрический преобразователь, содержащий матрицу одинаковых пьезоэлементов с электродами, предназначенными для подключения к схеме возбуждения и приема ультразвуковых колебаний, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения чувствительности, каждый пьезоэлемент выполнен в виде не менее двух одинаковых прямоугольных жестко соединенных между собойф и акустически изолированных параллелепипедов с квадратным сечением и длиной, равной длине пьезоэлементов, электроды нанесены на меньшие поверхности параллелепипедов, в каждом пьезоэлементе электроды, образующие одну сторону, соединены электрически между собой, а длина й и размер Ь поперечного сечения параллелепипедов выбраны из условия