Пьезоэлектрический преобразователь

.,Ж 1668938 А 9/2 51) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Т повышение чувствительности за счет повыщения эффективности преобразования. Преобразователь содержит выполненные в виде прямоугольных пластин пьезоэлемент с электродами и протектор и представляет собой слоистую пирамидальную структуру с расширяющимися по площади в направлении от верхнего электрода к протектору пластинами, при этом соотношения суммарной толщины Ь преобразователя с шириной Ь 1 верхнего электрода, а также ширины Ь каждой последующей пластины с шириной Ьпредыдущей пластины выражаются зависимостями Ь/Ь 10,36 10" и)и (с);ЛЬ Ь 3600/сГ, где Ь = Х Ь - суммарная толщина преобразователя; Ь 1 - толщина 1-й пластины; Ь -1-и пластины; с - скорость сд олн в 1-й пластине м/с; ЛЬ1)/2,1 1, 1 з,п. ф-лы,2 ил,ширговы(Ь разователь со скошеннойостью,ический преобразовательенные в виде круглых пряин слои верхнего электрота 2, нижнего электрода 3,трическии преоб боковой поверхн Пьезоэлектр содержит выполн моугольных плас да 1, пьезоэлеме протектора 4. Преоб разов верхности конт имеет толщины и ственно. Активна ля определяет пьезоэлемента 2 риной Ь 1 верхне ширина каждой соответственно.Целью изобре ние равномерност характеристики в тот.На фиг.1 схем угольный пьезоэле тель со ступенчато на фиг. 2 - схемати ения является повыше- и амплитудно-частотной широком диапазоне частически показан прямотрический преобразовабоковой поверхностью; ески показан пьезоэлекСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ И ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТ(56) Авторское свидетельство СССР М 1128159, кл. 6 01 й 29/04, 1980.Авторское свидетельство СССР М 819708, кл. 6 01 й 29/04, 1979.(57) Изобретение относится к средствам измерений и может быть использовано для приема акустических импульсных сигналов, упругих вЬлн Рэлея и Лэмба, а также для измерения динамических деформаций при акустическом контроле тонкостенных и объемных конструкций. Цель изобретения -Изобретение относится к средствам измерений и может быть использовано для приема акустических импульсных сигналов и упругих волн Рэлея и Лэмба, а также динамических деформаций при акустическом контроле тонкостенных и объемных конструкций. тель установлен на поолируемого объекта 5 и ластик Ь), п 2, пз, п 4 соответя ширина преобразоватеся активной шириной или, что одно и то же, шио электрода 1; Ь 2, Ьз, Ь 4 - из последующих пластин Преобразователь сцеплен(1) ггде ЛЬ - .",1 1,Выражение (1) характеризует фактичеоски величину минимального уширения 1-йпластины по отношению к (1-1)-й пластинеили ширину полоски, окаймляющей (Н)-ю и1-а пластины,.Ширина верхнего электрода Ь 1 (активная ширина) должна удовлетворять соотношениюЬ, ="- (2)где 4 и, =- -- минимальная длина волнысятЬчастотного диапазона преобразователя;1 ь - верхняя граница частотного диапазона,Кроме того, для повышения эффективности преобразования суммарная толщина 50 своей нижней поверхностью протектора 4 с поверхностью обьекта 5 по всей площади контакта, например, надежным приклеиванием,Преобразователь работает следующим образом,Акустические колебания, например волны Рэлея и Лэмба, вызывают деформации поверхности объекта 5, Эти деформации через протектор 4 и далее через электрод 3 передаются пьезоэлементу 2, который за один период волны то сжимается, то растягивается,Деформации поверхности объекта 5 передаются через протектор 4 со скоростью с сдвиговых волн в материале протектора, затем через электрод 3 со скоростью сз и далее со скоростью с принимаются пьезоэлементом 2, При этом чем тоньше суммарная толщина й преобразователя и чем выше скорости сГ в пластинах преобразователя, тем быстрее (с меньшей задержкой) и без искажения передается акустический сигнал пьезоэлементу 2.ЬЗа время а = - прохождения сигналомс1-й пластины поверхностная волна со скоростью ся перемещается по объекту на рассто,Ьяние св в , Это обусловливает краевойсэффект в 1-й пластине, играющий отрицательную роль при передаче акустического воздействия, Для уменьшения краевого эффекта ширина (1-1)-й и 1-й пластин выбирается из соотношения 5 10 15 20 25 30 35 0 и преобразователя должна удовлетворять соотношению-0,36 10 мин (с 1).Ь(3)Нормальные смещения точек поверхности объекта 5 под действием акустической волны вызывают толщинные колебания в объеме пьезоэлемента 2. Однако их вклад в электрический сигнал на выходе незначительный. Физически это следует из-за малой разности фаз колебаний по толщине пьезоэлемента 2 в частотном диапазоне преобразователя, По этой причине преобразователь не чувствителен к приему продольных волн, приходящих из глубины объекта.5, которые являются помехой при приеме поверхностных волн. Радиальные переотражения, обусловленные конечностью элементов преобразователя, шунтируются самим обьектом 5, чему способствует использование пирамидальной слоистой структуры преобразователя и выполнение соотношений (1)-(3).Преобразователь в силу своей незначительной толщины и массы не влияет на поле деформаций объекта, Таким образом, обеспечивается высокая степень адекватности преобразования акустического сигнала в электрический.Эффективность работы преобразователя можно повысить за счет более интенсивного отвода радиальных переотражений в элементах преобразователя в объект. Это достигается тем, что боковые поверхности слоев выполняются со скосами под углами а к поверхности основания (а90). Однако наиболее технологичен преобразователь, у которого боковые поверхности слоев имеют общую образующую (фиг.2) с углом скоса а к нижней поверхности, удовлетворяющим соотношениюмин сйагст 9 Формула изобретения 1. Пьезоэлектрический преобразователь, содержащий выполненный в виде прямоугольных пластин пьезоэлемент с двумя активными параллельными поверхностями, верхний и нижний электроды, установленныее на активных поверхностях пьезоэлемента, и протектор, на который установлен пьезоэлемент, о т л и ч а,ю щ и й с я тем, что, с целью повышения равномерности амплитудно-частотной характеристики в широком диапазоне частот, слои электродов, пьезоэлемента и протектора выполнены увеличивающимися по площади в1668938 Гхагст 9 36 фмин сГ Фаг,гСоставитель С. ВолковТехред М.Моргентал Корректор Т, Палий актор И, Шул Тираж ЯФ Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж. Раушская наб 4/5 аказ 2653 ВНИИПИ ательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарин Производствен направлении протектора, а суммарная толщина Ь слоев электродов пьезоэлемента и протектора, ширина Ь 1 верхнего электрода и ширины Ьи Ьсмежных слоев преобразователя выбраны удовлетворяющими следующим условиям:(0,36 10 мин (сГ):ЬЬ 1й 3600сггде Ь, Ь - соответственно ширина и толщина 1-го слоя преобразователя; сГ - скорость сдвиговых волн в материале -го слоя, м/с;2. Преобразователь по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что боковые поверхности слоев электродов, пьезоэлемента и протектора выполнены со скосом и имеют общую образующую под углом а к рабочей поверхности преобразователя, удовлетворяющим следующему условию: