Широкополосный пьезоэлектрическийпреобразователь

11 АТИ"0 Т м"Щ 4780 оаз Советски циалистических РеспублиК К АВТОРСКОМУ СВИДЕфЛЬСТБ(22) Заявлено 29.11.78 (21) 2689447/18-1 51) М. Кл.зН 04 К 17/00 6 01 К 29/04 В 05 В 1/06 рисоединением заявки-осударствениый комитет СССР по делам изобретениЙ и открытий(23) Приоритет Опубликовано 07.01.81. БюллетеньДата опубликования описания 07.01.81 53) УДК 534.2321Изобретение относится к технике излучения и приема ультразвука и может быть использовано в различной ультразвуковой аппаратуре, работающей в широком диапазоне исследуемых глубин, включая нулевую, в частности в медицинских и дефектоскопических приборах с высокой разрешающей способностью по фронту и глубине.Известен широкополосный пьезопреобразователь, используемый в ультразвуко-.вой дефектоскопической аппаратуре, содержащий пьезоэлемент и два электрода, нанесенные на его плоскую и сферически вогнутую поверхность 11.Недостатком данного преобразователя является узкий диапазон контролируемых глубин и низкая чувствительность.Известен широкополосный пьезопреобразователь, содержащий пьезоэлемент в виде конуса и два электрода, нанесенные на его основание, который позволяет прозвучивать большие глубины исследуемых объектов, ограничиваемые чувствительно стью приемной аппаратуры, но вследствие наличия в его акустическом поле ближней 5 зоны диапазон прозвучиваемых глубин ог раничен снизу ее протяженностью 21,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является широкополосный пьезокерамический преобразова- з 0 тель, содержащий цилиндрический пьезоэлемент, коническую акустическую ловушку, прикрепленную к одному из оснований пьезоэлемента соосно с ним, причем диаметр пьезоэлемента превышает диаметр основания конической ловушки, а также первый и второй электроды, нанесенные соответственно на свободную часть основания пьезоэлемента со стороны ловушки и на его второе основание, при этом фронтальная часть пьезоэлемента выполнена в виде усеченного конуса с диаметром сечения, меньшим диаметра основания конической ловушки 3.Недостатком его является низкая чувствительность и ограниченный диапазон контролируемых глубин вследствие того, что он излучает расходящийся пучок ультразвуковых волн, поперечные размеры которого соизмеримы с диаметром пьезоэлемента.Целью изобретения является увеличение чувствительности преобразователя и расширение диапазона контролируемых глубин.Поставленная цель достигается за счет того, что широкополосный пьезокерамический преобразователь, содержащий цилиндрический пьезоэлемент, коническую акустическую ловушку, прикрепленную к од 79478055 60 65 ному из оснований пьезоэлемента сооспо с ним, причем диаметр пьезоэлемента прсвышаст диаметр основания конической ловушки, а также первый и второй электроды, нанесенные соответственно на свободную часть основания пьезоэлемента со стороны ловушки и на его второе основание, снабжен третьим электродом, нанесенным на боковую поверхность пьезоэлемента и электрически изолированным от элсктродов, нанссс 1 шых на его основания,На чертеже изображена конструкция шсзопрсобразоватсля.Пьсзопрсобразователь содержит цилиндрический пьезоэлемент 1, систему элсктродов 2, 3, 4 и акустическую ловушку 5, прикрепленную к одному из оснований пьезоэлемента 1 соосно с ним.Пьезопреобразователь изготавливается путем склеивания составом, не отражающим ультразвук, поляризованного по высоте пьезоэлемента 1 с акустической ловушкой 5. Далсе на пьезоэлемент 1 наносится сплошная металлизация, а электрическая изоляция между электродами получается в результате снятия фасок по периметру оснований пьезоэлемента. Ширина фасок должна быть минимальной, отвечающей требованиям электрической прочности. Высота конуса акустической ловушки 5 должна не менее, чем в пять раз, превышать диаметр основания.Преобразователь работает следующим образом.Электрическое напряжение, возбуждающее пьезопреобразователь, подается на кольцевой электрод 2 и электрод 3, покрывающий цилиндрическу 1 о поверхность пьезоэлемента. Между этими электродами возникает электрическое поле, причем наибольшая напряженность его получается там, где расстояние между электродами минимально. Известно, что продольные ультразвуковые колсбания в пьезоэлементах возникают там, где существует гради снт поляризации гпсзоэлемента или напряженности электрического поля, то есть, в частности, на поверхностях, где находятся электроды, Таких( образом, в предлагаемом пьсзопрсобразователе ультразвуковые колебания излучаются узкой кольцевой частью поверхности основания пьезоэлемента. При такой форме излучателя ультразвуковые волны на некотором расстоянии от него собираются в слаборасходящийся пучок диаметром в несколько раз меньшим диаметра получателя. Высота цилиндрического тела пьезоэлемента выби рается несколько большей этого расстояния, поэтому во внешшою среду выходит уже сформировавшийся ультразвуковой луч, т. е. вся ближняя зона акустического поля излучателя оказывается заключенной внутри пьезоэлемента. Часть энергии ультразвука при выходе во внешнюю среду 5 10 П 5 20 25 30 35 40 45 50 отражается от основания пьезоэлемента и благодаря узости ультразвукового пучка (его диаметр даже на низшей частоте рабочего диапазона не превышает половины диаметра пьезоэлемента) полностью поПадает в акустическую ловушку, устраняющую многократные отражения ультразвуковых волн внутри пьезоэлемента. Концентрация излучаемых ультразвуковых колебаний в узкий пучок обеспечивает повышснис чувствительности, высокое фронтальное разрешсние ультразвуковых приборов и способствует увеличению глубины прозвучивания, начиная нспосрсдственно с нуля.Для приема ультразвуковых колебаний в данном пьезопреобразователе служит основание пьезоэлемента 1, полностью покрытое электродом 4. На нем по отношению к электроду 3, расположенному на цилиндрической повсрхности пьезоэлемента, возникают электрические сигналы. Введснис специального приемного электрода нсобходимо, поскольку большая часть энергии ультразвуковых колебаний при отсутствии его попадала бы в акустическую ловушку и лишь незначительная ее часть на поверхность с кольцевым электродом 2. Введение этого электрода обеспечивает разделение электрических цепей генератора и усилителя в ультразвуковой аппаратуре, что облегчит построение последней и улучшит ее характеристики.Предлагаемый пьезопреобразователь обеспечивает высокую чувствительность и разрешающую способность ультразвуковой аппаратуры как по фронту, так и по глубине контролируемого объекта, имеет широкую полосу рабочих частот, большой диапазон прозвучиваемых.глубин, он несложен по конструкции и прост в изготовлении, Поэтому он может выполняться как унифицированный ультразвуковой искатель для аппаратуры нсразрушающего контроля. Им могут комплектоваться приборы как импульсного, так и непрерывного (при использовании двух искателей) излучения, приооры спектроскопической диагностики, а также универсальные толщинометры. Формула изобретения 1 цирокополосный пьезоэлектрический преобразователь, содержащий цилиндрический пьезоэлемент, коническую акустическую ловушку, прикрспленную к одному из оснований пьезоэлемента соосно с ним, причсм диаметр пьезоэлемента превышает диаметр основания конической ловушки, а также первый и второй электроды, нанесенные соответственно на свободную часть основания шезоэлемента со стороны ло вушки и на его второе основание, отл ич а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения794780 тавитель Техред И ЛитвиновПенчко Редактор О. Филиппова рректор Л. Кукли аказ 867 Изд.101 Тираж 712НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/ одписн Загорская типография Уп чувствительности, он снабжен третьим электродом, нанесенным на боковую поверхность пьезоэлемента и электрически изолированным от электродов, нанесенных на его основания.Источники информации,принятыс во внимание при экСпертизе 61, Вопилкин А. Х. и др, - Дсфектоскопия, изд-во АН СССР, 1977,3, с. 34.2. Авторское свидетельство СССР507815, кл, В 06 В 1/06, 1975.3. Авторское свидетельство СССР434623, кл. Н 04 К 17/00, 1972. лпграфиздата Мособлпсполкома