Ультразвуковой преобразователь

ОПИСАНИЕИЗОЬЕЕтВНИЯК АетОВСКОМЮ СВИДИтильСтВЮ 11 539265 Сова Свветвкик Социалистических Республик(22) Заявлено 24.03,75 (21) 2115731/1051) М. Кл, 6 01 М 29,100 ем заявкис присоеди Государственный комите Совета Министров СССР ло делам изобретенийи открытий(088.8) ата опубликования описания 16. 72) Авторы изобретения А, И. Лукошевичюс и Р.-И. 1 О. Кажис унасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса1) Заявитсл 54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Изобретение относится к технике ультразвукового неразрушающего контроля качества материалов и изделий и, в частности, может быть использовано в дефектоскопии, измерениях толщины, спектрометрических исследованиях структуры материалов и т. д.Известен преобразователь (1), состоящий из тонкой пьезоэлектрической пластинки с нанесенными на противоположные поверхности электродами и прикрепленного демпфера из пьезокерамического материала. Недостатками такого преобразователя являются ограниченная полоса пропускания, так как она зависит от минимальной толщины пьезопластинки, а также значительные технологические трудности, возникающие при изготовлении тонкой пьезопластинки и обеспечении акустического контакта между ней и демпфером.Известен также широкополосный преобразователь (2), выполненный на основе пьезопластинки, частично деполяризованной при помощи определенного температурного градиента и металлического демпфера, припаянного к пластинке, К недостаткам такого преобразователя относятся низкая технологичность и повторяемость параметров пьезопластинки, а также трудности обеспечения демпфирования согласованным демпфером,Известен также преобразователь (3), в котором для расширения полосы пропускания пьезоэлектрический стержень с электродами на торцовых поверхностях поляризозан по длине нелинейно (например, при помощи специального способа поляризации поликристал ли 11 еского тЬсзоэлектрика, секционирОВани 11 ит. д.). При это,; вектор поляризации имеет иаиоольшее значеш 1 с у передней грани стержня и убывает по определенному закону до нуля в некотором расстоянии от нее. Это позво ляст при механическом демпфировании тыльной поверхности стержня расширить полосу пропускапия. Существенными недостатками этого преоб разователя являются технологические трудности изготовления пьезоэлемента с переменной по длине поляризацией. При этом следует отметить, что эффективное расширение полосы пропускания получается только прп оп ределенном законе изменения поляризации.Кроме того, иет принципиальной возможности изготовления таких преобразователей из мОнОкристалли 1 сских пьезоэлскриков, так как В иих Вектор пол 5 ризации постоянен. К 25 недосатках Относится также необходимостьмеханического демпфирования тыльной иовсрхпос ги пьсзоэлсмента отдельным дсмпфсром, обеспсченис хорошего акустического контакта с которым представляет значительные 30 трудности. При рабогс преобразователя в ре10 15 20 25 30 35 45 50 й 110 жиме излучение - прием возбуждак)щие и приемные электрические цепи не развязаны,Для расширения полосы пропускания в режиме излучение - прием в предлагаемом преобразователе на боковую поверхность пьезоэлектрического стержня нанесены электроды в виде двух токопроводящих полос, а демпфер выполнен из пьезоэлектрического материала в виде единой конструкции с пьезоэлектрическим стержнем,Пьезоэлектрический стержень поляризован равномерно, но при помощи электродов, нанесенных на торцовую и на боковую поверхности, внутри стержня создается неоднородное электрическое поле. Это позволяет расширить полосу пропускания, одновременно упрощая конструкцию преобразователя. Выполнение второго электрода в виде двух полос позволяет развязать возбуждающие и приемные электрические цепи в режиме излучение - прием, что нельзя осуществить с преобразователем, рассмотренным выше (3). Кроме того, демпфер не приклеивается к торцовой поверхности стержня, а выполнен в виде единого целого с преобразовательной частью пьезоэлемента и выполнен из того же пьезоэлектрического материала, который может быть как поликристаллическим, так и монокристаллическим.Изобретение поясняется чертежом. Преобразователь состоит из круглого пьезоэлектрического стержня 1, торцового электрода 2, боковых электродов 3 и 4 и демпфера 5, При этом из боковых электродов подключен к генератору возбуждающего напряжения б, а второй - к приемному усилителю 7.Преобразователь работает следующим образом.При подключении электрического напряжения к электродам 2 и 3 в пьезоэлектрическом стержне создается неоднородное электрическое поле. Величина компоненты напряженности этого поля, совпадающая с продольной осью преобразователя, имеет наибольшее значение у электрода 2 и постепенно уменьшается до нуля в зоне бокового электрода 3.Источником ультразвуковых волн в пьезоэлектрике являются те его места, где существует градиент произведения напряженности электрического поля на пьезомодуль, Поскольку из-за распределения силовых линий электрического поля этот градиент по оси преобразователя во много раз больше у электрода 2, чем в остальной части стержня, источником объемной ультразвуковой волны является торцовая поверхность пьезоэлектрического стержня у электрода 2, Ультразвуковая волна, распространяющаяся в стержне, поглощается интегральным согласованные демпфером, Таким образом, электроакустнческое преобразование производится в широком диапазоне частот, обуславливаемом физической структурой применяемого пьезоэлектрика. В режиме приема волна принимаемого колебательного давления вызывает появление элекгрического заряда па рабочих электродах только при переходе через торцовую поверхность преобразователя. При этом электрическое напряжение, соответствующее принимаемому ультразвуковому сигналу, снимается с электродов 2 и 4, Прп помощи согласованного интегрального демпфера 5 обеспечивается режим бегущей волны, и преобразователь в режиме приема тоже является апериодичным и широкополосным. Из-за наличия двух боковых электродов 3 и 4 достигается электрическая развязка возбуждающих и приемных цепей. Это позволяет уменьшить длительность мертвой зоны и перегрузку приемного усилителя во время действия зондирующсго сигнала, а также улучшить согласование пьезопреобразователя с электрическими цепями в режиме излучение - прием,Предлагаемый широкополосный ультразвуковой преобразователь позволяет увеличить точность и разрешающую способность приборов неразрушающего контроля качества материалов и изделий. Возможность применения монокристаллических пьезоэлектриков позволяет изготовить преобразователи для сверхвысоких акустических частот, Это находит широкое применение в спектроскопических исследованиях структуры контролируемых материалов и изделий. Технология преобразователя проста и позволяет достичь хорошей повторяемости параметров, так как отсутствуют такие ответственные операции, как поляризация по заданному закону и клейка с обеспечением хорошего акустического контакта. Ф ор мул а изо брете ни я Ультразвуковой преобразователь, содержащий поляризованный по длине пьезоэлектрический стержень с нанесенным на его торцовую поверхность электродом, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения полосы пропускания в режиме излучение - прием, на боковую поверхность пьезоэлектрического стержня нанесены электроды в виде двух токопроводящих полос, а демпфер выполнен из пьезоэлектрического материала в виде единой конструкции с пьезоэлектрическим стержнем,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Л. 1. Вгогп апа Же 1 дп 1 1 Р., бепега 11 оп апс 1 гесер 6 оп о 1 кЫеЬапс 1 п 11 газоппс 1, 1111 гаэоп 1 с, 1974, .о 12, Хг 4, 1 б 1-1 б 3,2. Лвт. св, СССР Ло 381021, М. Кл, 6 01 К 29/04 1970.3. Патент Великобритании М 1208154, Н 04 К 17/00, 1970 (прототип).зд,1839 Тираж 102 рственного комитета Совета Мини делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб., д.