Пьезоэлектрический преобразователь

) Самарское специальное конструкторе бюро Научно-производственного объенения "Нефтехимавтоматика") Ермолов И.Н. Ультразвуковые преобраватели для неразрушающего контроля,) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРА(57) Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в измер телях скорости и затухания ультразвука в различных средах ультразвуковой эхоскопии, ультразвуковой расходометрии, Цель - повышение качества преобразователя, Преобразователь содержит корпус 1 и соосно расположенные в нем демпфер 2, пьезоэлемент 5 и протектор б, который выполнен из тканой металлической сетки толщиной А /4 с размером ячейки Л/2 Л/2, где Л - длина ультразвукдвой волны, излучаемой преобразователем, заполненной композитным материалом с акустическим импедансом, меньшим, чем акустический импеданс материала сетки, 2 ил.Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в измерителях скорости и затухания ультразвука в различных средах, ультразвуковой эхоскопии, ультразвуковой расходометрии.Известен преобразователь, содержащий в качестве протектора твердую акустическую линию.Известен также преобразователь, включающий пьезопластину, приклеенную к демпферу и протектор, помещенный между пьезоэлементами и контролируемой средой,Известный преобразователь обладает низкой помехоустойчивостью, возникающей из-за радиальных колебаний пьезоэле- мента, а также из-за рециркуляции эхо-сигнала между элементами преобразователя на границе пьезоэлемент-протектор, протектор-контролируемая среда. Возникающие помехи снижают качество преобразователя.Цель изобретения - повышение качества пьезоэлектрического преобразователя.Поставленная цель достигается тем, что в известном преобразователе, содержащем корпус и соосно установленные в нем демпфер, пьезоэлемент и протектор, протектор выполнен из тканой металлической сетки толщиной А/4 с размером ячеек л/2 Л /2, где Л - длина ультразвуковой волны, излучаемой преобразователем, заполненных композитным материалом с акустическим импедансом, меньшим, чем акустический импеданс материала сетки,Сущность изобретения поясняется фиг, 1 и 2, на которых представлен пьезоэлектрический преобразователь,Пьезоэлектрический преобразователь содержит корпус 1, размещенный в корпусе демпфер 2, выполненный из композитного материала, который с помощью прокладки 3 прижимается своим выступом к корпусу 1 стопорным кольцом 4. На лицевой части демпфера 2 крепятся пьезоэлемент 5 (заливается одновременно с демпфером 2) и протектор 6. состоящий из тканой металлической сетки 7 с ячейками, заполненными композиционным материалом для протектора. Пьезоэлектрический преобразователь работает следующим образом.При подаче рабочего импульса на пьезоэлемент 5 часть ультразвуковых колебаний проходит в контролируемую среду, а другая часть попадает в тело демпфера 2, где происходит затухание свободных колебаний пьезоэлемента 5. Поскольку выполнение протектора сячейками, заполненными композитным материалом, улучшает поле бегущей волны, то, подбирая акустическое сопротивление ком позитного материала для конкретной контролируемой среды, добиваются приближенных акустических сопротивлений, что приводит к увеличению коэффициента преобразования пьезоэлектрического 10 преобразователя и улучшению качества однонаправленного полезного сигнала, Выполнение протектора в виде металлических ячеек, заполненных композитным материалом, снижает радиальные колебания пьезо элемента, обусловленные тем, чтоультразвуковые волны, отражаясь от сторон металлических ячеек, гасятся в композитном материале, выполненном с меньшим акустическим импедансом по сравнению с 20 металлической ячейкой, что ведет к снижению общего уровня шумов(вызванных поперечными волнами) в преобразователе, Применение протектора, состоящего из тканой металлической сетки (скорость распро странения звука значительно выше, чемскорость распространения звука в полимерном материале), позволяет получить преобразователь, формирующий короткие импульсы, расширить полосу пропускания, 30 а заполнение ячеек сетки композиционнымматериалом со значительным коэффициентом затухания звука по сравнению с металлической сеткой позволило в достаточной мере снизить отраженный сигнал на грани це протектор-контролируемая среда, темсамым повысить помехоустойчивость преобразователя. Для конкретного выполнения предлагаемого устройства использовался пьезоэлемент ЦТСс резонансной часто той, равной 1 МГц. С целью оптимизацииполосы пропускания и коэффициента преобразования (чувствительности) толщина протектора выбиралась четвертьволновая, Для выбранного пьезоэлемента четверть волновая толщина протектора составляетЛ/4 = 1 мм. Следовательно, диаметр проволоки сетки следует брать равным 1 мм, что соответствует четвертьволновой толщине протектора. Выбирая диаметр проволоки 50 основы равным 1 мм = Л, /4, диаметр проволоки утка, равным 1 мм = Л /4 и квадратную ячейку сетки в свету при а = Ь = 2 мм = =Ю 2, получим1793367 Пр час ва пр ро но ско ше осл по рмула изобретения зоэлектрический преобразователь, ащий корпус и соосно установленем демпфер, пьезоэлемент и протекличающийся тем,что,сцелью ния качества преобразователя, провыполнен из тканой металлической/4 с размером ячейки длина ультразвуковой преобразователем, заным материалом с акунсом меньшим, чем анс материала сетки. сетки, толщиной Л/2 А/2, где Л - волны, излучаемой полненной компози стическим импеда акустический импед Ф П со ерж ны вн то, о по ыш те тор Фиа оставитель Н.Марьинехред М,Моргентал Корректор Л,Пилипе Редактор аказ 501 ВНИИП Тираж Подписное осударственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5НТ СССР оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1- размер ячейки в свету между проволок ми основы, мм;Ь - размер ячейки в свету между проволок ми утка, мм; б - диаметр проволоки основы, мм; с 2 - диаметр проволоки утка, мм. живом сечении более 45;ь амплитудноотная характеристика АЧХ) преобразоеля приближается к АЧХ образователя с полимерным протекто(увеличивается во времени длительть упругих импульсов, уменьшается ость распространения звука на повыных частотах с 1 МГц и выше наряду с аблением помех уменьшается также и езный сигнал), При живом сечении, рав Д, чувствительность преобразоватев 2 раза выше по сравнению с преобразователем с металлическим протектором, Помехи, вызванные радиальными колебаниями пьезоэлемента, отсутствуют.Способ нанесения протектора на пьезо 5 элемент заключается в следующем, По известной технологии готовится композитныйматериал для протектора. Акустическиесвойства (скорость распространения ультразвуковых колебаний, плотность) компо 10 зитного материала для лучшегосогласования с контролируемой средойможно получить путем применения наполнителя с большой плотностью и различнойконцентрацией на основе эпоксидных смол,15 Подготовленной массой заливается тканаяметаллическая сетка, помещенная на лицевую часть пьезоэлемента. После отверждения массы протектор отшлифовывают донеобходимой величины,20