Ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 9) (1 А 51)5 601 й 29 ГОСУДАРСТВЕН ПО ИЗОБРЕТЕН ПРИ ГКНТ ССС Й КОМИТЕТМ И ОТКРЫТИ РПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СТВУ К АВТОРСКО 2 нстит ой конвуковой я, 1969,ЗОВАрольноыть исалов и мент, твердотею для контакта оторой острый ыбран из усло эле тактирующий с ней пье лую призму, предназна с исследуемой средой угол ажидкостной при вия в к мы в а= агс где С 1 - скорость прокостной призме;Ст 2 - скорость сдвителой призме,твердотелая призмаугольной с равными стлы ее жидкостной иусловий1 ольных волн в овых волн в твер нена прямо- и, а материавыбраны из выпорон таткам указ тся низкая ч У 2 с Ст лагаемому ульель сдвиговых ую призму, конСо)2 Стг(56) Труды Всесоюзной межвузовсференции по вопросам ультразспектроскопии. Каунас, 18 - 20 июнс, 60 - 61.Авторское свидетельство СССРйг 876201, кл. 0 01 М 29/04, 1980,(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРТЕЛЬ СДВИГОВЫХ ВОЛН(57) Изобретение относится к контизмерительной технике и может бпользован для контроля матер Изобретение относится к ультразвуковой контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля материало и иэделий, когда необходимо передать ультразвуковой луч через дугообразный или изгибаемый эвукопровод, например при контроле труднодоступных мест изделий,Известен ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн, содержащий жидкостную призму, контактирующий с ней пьезоэлемент и твердотелуи) призму, предназначенную для контакта с исследуемой средой,Недос анного преобразОвателя являе увствительность контроля.Наиболее близок к предтрузвуковой преобраэоватволн, содержащий жидкостн изделий, когда необходимо передать ультразвуковой луч криволинейной формы, например при контроле труднодоступных мест иэделий. Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей путем придания ультразвуковому лучу криволинейной формы, В корпусе ультразвукового преобразователя сдвиговых волн установлен пьезоэлемент, а корпус состоит из и элементов, каждый иэ которых содержит две жидкостные и одну твердотелую призму, сопряженную с жидкостными. Все жидкостные призмы идентичны другдругу, и все твердотелые призмы идентичны друг другу. Все твердотелые призмы имеют в основании равнобедренный треугольник, Все элементы корпуса установлены вгерметизирующую трубку. 1 э.п,ф-лы, 1 ил.где р 1 - плотность жидкостной призмы;рг - плотность материала твердотелой призмы.Недостатком известного преобразователя является невозможность передачи ультразвукового луча дугообразной формы, который необходимо использовать при контроле труднодоступных мест обьектов.Цель изобретения - Расширение функциональных возможностей и повышение надежности.Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн, содержащий установленные в корпусе пьезоэлемент и сопряженные между собой треугольные жидкостную и твердотелую призмы, материалыкоторых выбраны из условий:2 С(-") - ;0 - 4Стг) СРг Си г СтгСтггде С 1 - скорость продольных волн в жидкостной призме;Стг - скоростьсдвиговых волн в твердотелой призме;р 1 - плотность материала жидкостнойпризмы;рг - плотность материала твердотелойпризмы,а угол жидкостной призмы между гранью,контактирующей с торцом корпуса, игранью, сопряженной с твердотелой призС,мой, выбран из условия а= агсэич 2 Стгснабжен 2 п), где л = 1, 2, жидкостнымипризмами, каждая из которых полностьюидентична основной жидкостной призме, и(и) твердотелыми призмами, каждая из которых идентична основной твердотелойпризме, все жидкостные призмы имеют восновании равнобедренный прямоугольный треугольник, корпус выполнен изп элементов, сопряженных между собойвкаждом из которых установлены две жидкостные и одна твердотелая призма, равныестороны которой сопряжены с жидкостными призмами, при этом пьезоэлемент установлен в центре торца корпуса.Все элементы корпуса установлены вгерметизирующую трубку.На чертеже изображен ультразвуковойпреобразователь сдвиговых волн, разрезвдоль его геометрической оси.Ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн содержит пьезоэлемент 1 продольных волн, первую основную)жидкостную призму 2, контактирующую с45 призмы.Ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн работает следующим образом,Пьезоэлемент 1 излучает продольные ультразвуковые волны в жидкостную призму 2, которые распространяются со скоростью С 1, падая под углом С 1 а = агсве - = ч 2 Ст. пьезоэлементом, первую (основную) твердотелую призму 3, преломляющий угол которой равен 90 О, контактирующую с первойжидкостной призмой и расположенную та 5 ким образом, что ультразвуковой луч проходит через ее равные стороны и образует сними угол 45 О, вторую жидкостную призму 4(контактирующую с первой твердотелойпризмой), угол преломления ультразвуково 10 го луча в которой равенс,а= эгсзич 2 Стггде Сц - скорость продольных волн в жидкостной призме;Стг - скорость сдвиговых волн в твердо телой призме (равен углу падения в первойжидкостной призме),жидкостную. призму 5, идентичную по всемпараметрам призме 4 и призме 2, вторуютвердотелую призму 6, идентичную по всемпараметрам призме 3, жидкостную призму7; контактирующую с второй твердотелойпризмой, и т.д. Таким образом преобразователь, кроме основных жидкостной 2 и твердотелой 3 призм, снабжен (2 п), где и = 1, 2,, жидкостными призмами, каждая иэ которых полностью идентична основной жидкостной призме 2, и (и) твердотелымипризмами, каждая из которых иденТична основной твердотелой призме 3, при этом всетвердотелые призмы имеют в основанииравнобедренный прямоугольный треугольник, корпус выполнен из и элементов, со 35 пряженных между собой, в каждом изкоторых установлены две жидкостные и одна твердотелая призма, равные стороны которой сопряжены с жидкостнымипризмами, причем пьезоэлемент 1 установ 40 лен в центре торца корпуса. Материалыжидкостных и твердотелых призм выбраныиз условий;С,нэ призму 3, а после прохождения границы раздела между призмами 2 и 3 преломляются в твердотелой призме 3 под углом 3= 45 О и полностью трансформируются в сдвиговые волны, распространяющиеся в твердотелой призме 3 со скоростью Ст. При этом преломленных продольных волн в призме 3 не существует, так как при ф= 45 коэффициент прозрачности продольных волн равен нулю. Кроме того, при выполнении условий:Рг СоСт .Стне существует также отраженных от границы раздела между призмами 2 и 3 продольных волн, так кэк коэффициент отражения продОльных волн в этом случае равен нулю.Поэтому в призме 3 распространяются только сдвиговые волны, которые, если пренебречь потерями в материалах призм, получают всю энергию продольных волн, излучаемых пьезоэлементом 1. Пришедшие границу раздела призм 3 и 4 сдвиговые волны пэдают под углом 45 и преломляются в жидкостной призме 4 под углом а, Продольные волны распространяются в приэмах 4 и 5 и падают на границу раздела призм 5 и 6 под углом а, преломляются в призме 6 под углом 45 О, также полностью трансформировавшись в сдвиговые волны, затем падают на границу раздела призм 6 и 7 под углом 45 О, преломляются в призме 7 под углом а в виде продольных волн и выходят через рабочую плоскость призмы 7 перпендикулярно этой плоскости, При использовании большего количества призм можно получить более значительное искривление пучка ультразвуковых волн,Рабочей может быть (при выходе сдвиговых волн) тэкке грань твердотЕлой призмы.При подбОре материалов твердотелой и жидкостноц призл таким образом, чтобы скорость продольных волн в жидкостйой призме превышала скорость сдвиговых волн в твердотелой призме, можно получить большее изменение направления ультразвукового луча. т,е, большее искривление луча. Однако необходимо одновременно подобрать также и плотность материалов, чтобы было удовлетворено указанное условие полной трансформации продольных волн е жидкостной призме в сдвиговые волны, распространяющиеся в твердотелой призме.Предлагаемым ультразвуковым преобразователем контролируемый объект может быть облучен как продольными, так исдвй- говыми ультразвуковыми волнами, так как через рабочую плоскость эвукопровода мо 20 между собой треугольных жидкостной и твердотелой призм, материалы которых выбраны иэ условий2 - 25) 30 35 контактирующей с торцом корпуса, и гранью, сопряженной с твердотелой призмой, выбран из условия Са= агсэп2 Стз40 отличающийся тем,что,сцелью. полностью идентична основной жидкостной45 призме, и (и) твердотелыми призмами, каждая иэ которых идейтична основной 50 10 15 гут выходить как продольные (из жидкостной призмы), так и сдвиговые (из твердотелой призмы) волны. Технико-экономическая эффективность предлагаемого преобразователя по сравнению с известным повышается за счет возможности придания ультразвуковому лучу криволинейной формы, что расширяет функциональные возможности преобразователя, так как обеспечивается контролирование ультразвуком закругленных отверстий, например, при сверлении с помощью магнита, когда исключена возможноСть контролирования процесса сверления другими методами.Формула изобретения 1. Ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн, состоящий из установленных в корпусе пьезоэлемента сопряженных Со г;0 /2,тг Ст где С 1 - скорость продольныхволн в жид костной призме; Ст - скорость сдвиговыхволн в твердотелой призме; р 1 и р - плотности материала жидкостной и твердотелой призм соответственно,а угол ажидкостной призмы между гранью,расширения функциональных возможностей, он снабжен (2 п), где и = 1, 2, ,жидкостными призмами; каждая из которых твердотелой призме, все твердотелые приэмы имеют в основании равнобедренный треугольник, корпус выполнен из и элементов, сопряженных между собой, в каждом из которых установлены две жидкостные призмы и одна твердотелая призма, равные стороны которой сопряжены с жидкостными призмами, при этом пьезоэлемент устэновлен в центре торца корпуса 2, Преобразователь по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что с целью повышения надежности, все элементы корпуса установлены в герметизирующую трубку.-арина, 101 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгор Заказ 2889 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5