Широкополосный ультразвуковой преобразователь

(УЗ) аппаратуре, в том числе в УЗ дефектоскопах, работающих в широком диапазоне частот. Целью изобретения является упро- щение технологии изготовления при обеспечении однородности возбуждающего поля в объеме пьезоэлемента. Цель достигается благодаря тому, что в широкополосном УЗ преобразователе, представляющем собой пьезоэлемент с плоской рабочей и вогнутой тыльной поверхностями, поляризованный перпендикулярно поверхностям электродов, боковые поверхности пьезоэлемейта выполнены плоскопараллельными и ориентированыперпендикулярно рабочей поверхности, а электроды нанесены на боковые поверхности. Технология нанесения электродов вследствие плоскопараллельности боковых поверхностей значительно упрощается. 2 ил. 6 КО ике излужет быть звуковой Сзв- (1) где 1 в, Ьн - соответственно, верхняя и нижняя рабочие частоты пьезоэлемента;Сзв - скорость звука в пьезоматериале; Мп, взх - соответственно, минимальная и максимальная высоты пьезоэлемента, измеряемые между рабочими псверхностяГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Московский энергетический институт (72) А.И.Питолин, В.П,Попко и Г.Ю.Рябов (56) Домаркас В,И., Кажис Р.-ЙЛО. Контрольно-измерительные пьезоэлектрические преобразователи, Вильнюс, Минтис, 1975, с,202-207.Ультразвуковые преобразователи для неразрушающего контроля. /Под ред. И.Н.Ермолова, М,: Машиностроение, 198, . с. 86-87. 54) ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УЛЬТРАЗВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ57) Изобретение относится к технчения и приема ультразвука и моиспользовано в различной ультра Изобретение относится к технике излучения и приема ультразвука (УЗ) и может быть использовано в различной УЗ аппаратуре, в том числе, в ультразвуковых дефектоско пах, работающих в широком диапазоне частот..Известны широкополосные УЗ преобразователи, обладающие широкой полосой рабочих частот, что достигается за счет их механического и/или/ электрического демпфирования,К недостаткам этих способов следует отнести значительное снижение коэффициента преобоазования и, следовательно, низкую эффективность широкополосных УЗ преобразователей.Наиболее близким по технической сущности является преобразователь в виде пьезоэлемента переменной толщины, одна рабочая (излучающая) поверхность которого выполнена плоской, а вторая - сферически вогнутой (выпуклна рабочие повеции пьезоэлеменской рабочейпьезоэлемент, раколебаний, опреС 1 зз, при сравнитетах Кпр(электроаклектрического)широкую полосуЮ= в - н 1 в ой), электроды нанесены рхности, вектор поляризата перпендикулярен плоповерхности. Такой ботая на продольной моде деляемой пьезомодулем льно высоких коэффициенустического)и Кри(акустоэ- . преобразования имеет . рабочих частот Ь 1С 382 Ьюп10 подгонки частотного диапазона пьезоэлемента необходимо после каждого контроль 20 25 30 35 Формула изобретения Широкополосный ультразвуковой преобразователь, представляющий собой пьезоэлементс плоской рабочий и вогнутой тыльной поверхностями, поляризованный перпендикулярно поверхностям электро дов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюупрощения технологии изготовления при обеспечении однородности возбукдающего поля в обьеме пьезоэлемента, боковые поверхности пьезоэлемента выполнены плоскопараллельными и ориентированы перпендикулярно рабочей поверхности, при этом электроды нанесены на боковые поверхности. 40 50 Этот пьезоэлемент нашел применение в качестве активного элемента в широкополосных УЗ искателях,Недостатки данного пьезоэлемента заключаются в неравномерности частотной 5 характеристики, что снижает достоверность контроля, и небольшой сроке службы. Все это является следствием существенной неравномерности электрического поля по плотности и направленности в сечении пьезоэлемента.Кроме того, изготовление таких пьезоэлементов сопряжено со значительными технологическими трудностями, т,к. для точнои ного испытания полностью разрушать . металлизированный слой (электрод) рабочей поверхности, подлежащей дополнительной механической обработке и после проведения такой операции каждый раз наносить его заново,Целью настоящего изобретения является упрощение технологии изготовления приобеспечении однородности возбуждающего поля в объеме пьезоэлемента,Поставленная цель достигается тем, что в широкополосном ультразвуковом преобразователе, представляющем собой пьезоэлемент с плоской рабочей и вогнутой тыльной поверхностями, поляризованный перпендикулярно поверхностям электродов, боковые поверхности пьезоэлемента выполнены плоскопаргллельными и ориентированы перпендикулярно рабочей поверхности, а электроды йанесены на боковые поверхности,На фиг, 1 схематически показан пьезоэлемент широкополосного УЗ преобразователя; на фиг. 2 - экспериментальна полученная амплитудно-частотная характеристика (АЧХ),Такой пьезоэлемент, работая на поперечной моде колебаний, определяемой пьезомодулем бз 1, который с учетом технологического разброса для широко распространенной пьезокерамики ЦТС - 19 является близким по величине значению пьезомодуля бзз, излучает в широкой полосе частот К определяемых выражением (1). Наряду с этим вследствие параллельности электродов электрическое напряжение,прикладываемое к пьезоэлементу, создает в нем однородное по плотности и направленности электрическое поле, а, значит, пьезоэффект в таком пьезоэлементе проявляется одинаково на всех частотах.Таким образом, пьезоэлемент одинаково возбуждается на всех частотах рабочего диапазона, а однородность по плотности электрического поля в пьезоэлементе позволяет продлить срок его службы. Вследствие того, что электроды вынесены с рабочих поверхностей, технология изготовления пьезоэлемента зйачительно упрощается.Для проверки решения был изготовлен пьезоэлемент из плоскопараллельной пьезопластины с размерами 0 х 15 хЗ мм, у которого электроды 1 нанесены на поверхность с размерами 60 х 15 мм, при этом вектор поляризации перпендикулярен электродам.Одной из рабочих поверхностей пьезоэлемента является поверхность с размерами 60 хЗ мм, а второй. - противоположная ей механически обработанная вогнутая поверхность. При этом максимальная и минимальная высоты пьезоэлемента, измеряемые между рабочими поверхностями, соответственно, составили: абаях = 15 мм, 1 вп = 7 мм.Рассчитанныесогласно выражениям (1) полоса и крайние частоты рабочего диапазона при условии Вэ. = 3 мм/мкс составили;, Ь = 100 кГц; Ь = 200 кГц; Ь = 100 кГц.На фиг, 2 показана экспериментально снятая АЧХ изготовленного пьезоэлемента, Видно, что при практически равномерной АЧХ реальной диапазон рабочих частот составил ЬХ = 108 кГц при Юв = 203 кГц и 1 Н = =95 кГц, что достаточно хорошо согласуется с расчетными величинами.1786685 Составитель Н, ГусевТехред М. Моргентал едактор С. Кулаков ректо ственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ро з 258 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5