Пьезоэлектрический преобразователь

) скии ин стит (72) (53) (56) У 73 айнаус кас етельство ССС В 1/06, 1978. ре образ ов ател дляред,ние,рол я, Под ностроеаш(57) Изобретенизвуковой контрнике. Цель - пности и расшир РИЧЕСКИИ ПРЕОБРАЗОВА е относится к ультрально-измерительной техьппение чувствител ние частотно па-,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГГИЯПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 4454256/24-1004,07.88 15.10.90. Бюл. Каунасский полут им. Антанаса А.И.Лукошявичю 534.232 (088.8 Авторское свид8195, кл. В 06льтразвуковые пнеразрушающего И.Н.Ермалова1986, с; 201. 51)5 В 06 В 1/06, 6 01 М 29 2зона, Преобразователь содержит дискообразный пьезоэлемент 1 с вогнутойтыльной поверхностью и кольцеобразный пьезоэлемент 2. Между боковой поверхностью пьезоэлемента 1 и внутренней боковой поверхностью пьезоэлемента 2 расположен жестко связанный сними электрод 3. Внешняя поверхностькольцевого пьезоэлемента 2 скошенапо отношению к его рабочей поверхности под углом не менее 45 . Два электрода 4 и 6 расположены на рабочей итыльной поверхностях. дискообразногопьезоэлемента 1 соответственно. Электрод 5 находится на рабочей поверх -ности кольцевого пьезоэлемента 2, Врежиме излучения напряжение подается на электроды 3-5, В режиме приемасигнал снимается с электродов 4 и 6,1 ил,Изобретение относится к ультразву -ковой контрольно-измерительной технике и может быть использовано для ультразвукового контроля материалов и изделий, для диагностических эхоскопов.Целью изобретения является повышение чувствительности и расширение часготного диапазона преобразования.На чертеже схематично представлен 1 рпредлагаемлй преобразователь.Пьезопреобразователь состоит издискообразного пьезоэлемента 1, тыльная поверхность которого осесимметрично вогнута и кольцевого пьезоэлемента 2, жестко прикрепленного к пьзоэлементу 1 осесимметрично по цилиндрической поверхности через электрод 3, Направления поляризации соединенныхпьезоэлементов 1 и 2 противоположны 2 Ои параллельны оси преобразователя.Внешняя боковая поверхность кольцевого пьезоэлемента 2 скошена по отношению к его рабочей поверхности под углом , который составляет не менее 2545, Рабочие электроды 4, 5 и 6 также нанесены на рабочие поверхностидискообразного 1 и кольцевого 2 пьезоэлементов, а также на вогнутую поверхность дискообразного пьезоэлемента 1.Соединение дискообразного и кольцевого пьезоэлементов осуществляется,например, токопроводящим клеем на основе мелкодисперсного сеРебРа, приэтом важно выдержать зазоры между таким образом полученным электродом 3и рабочих поверхностей электродов 4и 5. Зазоры должны быть ьинимальны,т, е, обусловлены электрической прочностью на пробой. Чтобы уменьшитьвероятность пробоя, узкую зону стыка электродов 3, 4 и 5 можно залитьизолирующим материалом, прочным на,электрический пробой. Для обеспечения механической прочности преобразователя и полного отвода ультразвуковых колебаний, распространяющихсяк тыльной стороне преобразователя имогущих создать акустические помехипри преобразовании сигналов, тыльную сторону следует залить демпфирующей массой, например полимеризующейся смолой с наполнителями,Преобразователь Работает следую 55щи м обр аз ом.Электрическое напряжение, возбуждающее преобразователь, подается наэлектрод 3 и соединенные электроды 4 и 5. При этом в материале пьезоэле ментов 1 и 2 создается неоднородное электрическое поле, наивысшая напряженность которого наблюдается в непосредственной близости к окружности, образованной близлежащими краями электродов 3, 4 и 5. Эта зона в виде тонкого кольца является основным источником ультразвуковых волн, которые, распространяясь синфазно, складываются только при продолжении геометрической оси преобразователя в рабочей среде. Поэтому по направлению этой оси формируется узкий, слаборасходящийся ультразвуковой пучок, диаметром много меньше диаметра преобразо - вателя. Поскольку напр авления поляризации дискообразного и кольцевого пьезоэлементов противоположны, а направление линий электрического поля, заканчивающихся в электродах 4 и 5, одинаковое, то деформация пьезоэлемента у внутреннего края электрода 5 и соответствующая пьезодеформация у внешнего края электрода 4 имеют противоположные полярности. К каждой точке оси формируемого узкого ультразвукового пучка сначала приходят синфазные волны от внешнего края электрода 4, затем соответствующие волны противоположной полярности с внутреннего края электрода 5, Это повышает размах сигнал.а на оси в случае возбуждения преобразователя короткими импульсами, амплитуда сигнала повышается в два раза.1Пре образ ов авшие энергии в пьез опреобразователе происходит нерезонансным, апериодическим способом, а многократные отражения ультразвуковых волн в пьезоэлементах с переизлучением в рабочую среду практически исключаются. Это обусловлено тем, что ультразвуковая волна, распространяющаяся от внутреннего края электрода 5 к тыльной стороне преобразователя, эффективно гасится, отражаясь от боковой поверхности кольцевого элемента в сторону узкой тыльной части кольца, Условия для такого отражения составляет ориентация боковой поверхности кольца под углом о, большим, чем 45 к излучающей передней повер хно сти, Волна от внешнего края электрода 5 р ас сеи в ает ся криволинейной в огнутой поверхностью. Гашению поля в преобразователе способствует противоположная их полярность в пьзоэлементах159928 Составитель И,ИгумноваТехред М,дидык Корректор Т.Малец Редактор Ю,Середа Подписное Заказ 308 Тираж 395 РцИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 оПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 1 и 2, а также наличие возможногодемпфер а,В режиме приема работает дискообразный пьезоэлемент 1. К усилителюподключены электроды 4 и 6. Посколькуприем осуществляется всей площадьюэлектрода 4, небольшие отклонения отраженного пучка от оси преобразователя не уменьшают эффективности преобразования узким ультразвуковым пучкомтаких поверхностей, которые не перпендикулярны оси ультразвукового пучка.Это особенно важно в дефектоскопии,медицинской диагностике, где объектисследования сложной форьы и необходимо высокое поперечное разрешение.Поскольку работающий в режиме приемапьезоэлементимеет вогнутую тыльнуюповерхность, он обладает равномерной 20частотной характеристикой и хорошейчувствительностью, При этом диаграмма направленности мало зависит отчастоты, поскольку к составляющимспектра высших частот более чувствительна центральная чаСть пьезоэлемента, где его толщина меньше, а к составляющим низших частот - периферийная часть, т, е. с понижением частотыдиаграмма направленности сужается, 30поскольку увеличивается диаметр принимающей алертуры, Поскольку диаграммы направленности в режимах излучения и приема умножаются, диаграммав режиме излучение-прием является узкой в большом диапазоне глубин (этообусловливается характеристиками излучающей части), а также мало зависит от частоты и не чувствительна кнебольшим отклонеиям узкого отражен - 4 Оного луча. Увеличению чувствительности способствует также то, что торцовые электроды 4 и 5 могут быть соединены в корпус, обеспечивая экранирова-. ние от электромагнитных помех, а цепи электрического генератора и приемного усилителя могут быть развязаны путем использования отдельных электродовПрименение широкополосного пьезоэлектрического преобразователя позволяет решить ряд задач ультразвуковой контрольно-измерительной техники, в которых требуется излучение и прием узконаправленных пучков ультр аз вуковых колебаний, обладающих широким и равномерным частотным спектром. Ф о.р мул а и з о б р.е т е ни я Пьезоэлектрический преобразователь, . содержащий две пары электродов, коль-. цевой и дискообразный . пьезоэлементы, поляризованные по толщийе в противоположных направлениях, причем боковая поверхность дискообразного пьезоэлемента жестко связана с внутренней боковой поверхностью кольцевого пьезоэлемента, два электрода размещены на рабочей и тыльной поверхностях диско- образного пьезоэлемента, а третий электрод расположен на рабочей поверхности кольцевого элемента, о т л и - ч а ю, щ и й с я тем, что, с целью повышения. чувствительности и расширения частотного диапазона, тыльная поверхность дискообразного пьезоэлемента выполнена вогнутой, внешняя боковая поверхность кольцевого пьезоэлемента скошена по отношению к его рабочей поверхности под углом не менее 45 , а четвертый электрод размещен между боковой поверхностью кольцевого пьезоэлемента.и внутренней боковой поверхностью кольцевого пьезоэлемента и жестко свяэж с ними.