Ультразвуковой контактный преобразователь

Номер патента: 1772721

Автор: Липовко-Половинец

ZIP архив

Текст

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1772721 А 9) 51)5 601 Й 2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТОТКРЫТИЯМ ИЗОБРЕТЕЕТЕЛЬСТВУ ОПИС К АВТОРС(71) Научно-исследовательский институт физической и органической химии при Ростовском государственном университете (72) П.О.Липовко-Половинец(56) 1, Физическая акустика, т.1, ч,А, М Мир. 1966, с. 371 - 386,2. Авторское свидетельство СССР М 1073693, кл. О 01 И 29/00, 1982 (прототип). (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ(57) Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля. Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение точности и достоверности измерений за счет выбора формы и соотношения размеров преобразователя, В преобразователе осесимметричная пьезопластина Изобретение относится к ультразвуковой контрольно-измерительной технике и может быть использовано при исследовании жидкостей и неразрушающем контроле твердых материалов.Известен ультразвуковой контактный преобразователь для неразрушающего контроля, содержащий пьезопластину и акустически связанную с ней линию задержки в форме цилиндра с гладкой боковой поверхностью,Известен также ультразвуковой контактный преобразователь для исследования жидкостей с линией задержки в форме цилиндра с ребристой боковой поверхностью и сопряженного с ним усеченного конуса с гладкими поверхностями, причем угол межустановлена на контактном блоке с двумя предназначенными для контакта со средой гладкими поверхностями: первой - параллельной пьезопластине и второй - в виде боковой поверхности усеченного конуса или пирамиды под углом 135 к первой. Гладкие поверхности блока вводят в контакт со средой, Пьезопластина излучает колебания, которые отражаются от первой поверхности сразу обратно к пьезопластине, а также отражаются от одной стороны второй поверхности к другой ее стороне и только затем к пьеэопластине благодаря тому, что в основании, образующей вторую поверхность пира. миды, лежит выпуклый осесимметричнь;й 2 п-угльник (и = 2, 3, ). Отраженные колебания принимают пьезопластиной, измеряют их параметры и с их помощью определяют свойства исследуемой среды. 1 п.э,ф-лы, 1 ду боковой поверхностью конуса и его меньшим основанием составляет 150,Наиболее близким к предлагаемому является ультразвуковой контактный преобразователь для измерения акустических параметров биологических сред, содержащий две компланарные пьезопластины и акустически связанный с ними контактныи блок в форме призмы с двумя предназначенными для контакта со средой гладкими поверхностями, одна из которых параллельна пьезопластинам, а другая составляет с ней тупой угол,Недостатком указанного преобразователя является сложность конструкции, определяемая необходимостью использования двух пьезопластин, размеры которых, а так 1772721же расстояния пластин от грани призмы и между собой находятся в сложных математических соотношениях с геометрическими параметрами контактного блока, Такая конструктивная сложность известного преобразователя снижает точность измерений вследствие неизбежных погрешностей технологии и уменьшает достоверность результатов из-за несовпадения резонансных частот пьезопластин и проникновения на приемную пластину трансформированных при отражении параэитных акустических колебаний,Целью изобретения является упрощение конструкции преобразователя и повышение точности и достоверности измерений акустических параметров сред. Ожидаемый от использования изобретения положительный эффект состоит в экономии пьезоматериалов, упрощении технологии .изготовления ультразвукового .преобразователя при одновременном улучшении метрологических характеристик последнего.Поставленная цель достигается эа счет того, что ультразвуковой контактный преобразователь для измерения акустических па.раметров сред содержит пьезопластину и акустически связанный с ней контиактный блок с двумя предназначенными для контакта со средой гладкими поверхностями, одна иэ контактных поверхностей параллельна пьезопластине, а вторая образует с ней угол 135 и выполнена в виде боковой поверхности усеченного конуса или пирамиды, в основании которой лежит выпуклый осесимметричный 2 п-угольник (и = 2, 3), пьезопластина выполнена осесимметричной и установлена на блоке так; что ее ось симметрии совпадает с осью симметрии второй контактной поверхности, а поперечные размеры 0 контактного блока и Оо пьезопластины выбирают иэ условий где Н - расстояние от пьезопластины до первой контактной поверхности,б - поперечный размер первой контактной поверхности,р = агсзп(С/С П),С и С - соответственно скорости распространения продольных и поперечных колебаний в материале контактного блока,Таким образом, отличия предлагаемого преобразователя от прототипа. состоят в том, что угол между контактными поверхностями устанавливают 135, а пьезопластину и вторую контактную поверхность выполняют осесимметричными и располагают соос 2 Н+бО(2 тд(- Р)+11 (1)0 д 10 1.5 20 25 30 35 40 45 50 55 но, причем последнюю выполняют в виде усеченных конуса или пирамиды с 2 п боковыми гранями, а поперечные размеры контактного блока и пьезопластины выбираютиз соотношения (1)Дополнительным отличием предлагаемого преобразователя от прототипа является то, что боковую поверхность контактногоблока выполняют рассеивающей.На чертеже представлена конструкция и ход лучей в ультрафиолетовом контактном преобразователе (продольный разрез вдоль оси симметрии),Ультразвуковой контактный преобразователь состоит из пьезопластины 1 и контактного блока 2, акустически связанных друг с другом, Контактный блок 2 включает боковую поверхность 3, выполненную рассеивающей, например ребристой, и две гладкие поверхности 4 и 5, предназначенные для контакта с исследуемой средой (на чертеже не показана), Поверхность 4 параллельна пьезоп 1 астине 1, а поверхность 5 составляет с поверхностью 4 угол 135, В свою очередь, поверхность 5 выполнена в форме боковой поверхности усеченного конуса, сопряженного С цилиндрической частью контактного блока 2, Такая форма контактного блока наиболее технологична и проста. Возможно выполнение поверхности 5 в виде боковой поверхности усеченной пирамиды с 2 п гранями. В этом случае боковую поверхность 3 контактного блока 2 также выполняют 2 п-гранной.Высота Н и поперечный размер О контактного блока 2, а также размеры Р пьезопластины и б контактной поверхности 4 соотносятся друг с другом согласно выражениям (1), Рационально выбирать размер Оо пьеэопластины близким к размеру О контактного блока,Ультразвуковой контактный преобразователь работает следующим образом.Пьезопластина 1 излучает внутрь контактного блока 2 продольные ультразвуковые колебания, При этом центральная часть б этих колебаний падает нормально на контактную поверхность 4 блока 2 и, отражаясь от нее назад, возвращается к пьеэопластине 1, принимается ей и далее в форме электрического сигнала поступает в электроизмерительную аппаратуру (на чертеже не показана), связанную с пьезопластиной 1. Краевая часть 7 излученных колебаний падает под углом 45 на контактную поверхность 5 блока 2 и после переотражения от симметричного участка последней также достигает пьезопластины 1, преобразуется в электрический сигнал и поступает в электроизмерительную аппара 1772721туру. Вследствие наклонного падения рассматриваемых колебаний на контактную поверхность 5 часть падающей энергии трансформируется в энергию поперечных колебаний (на чертеже показаны пункти ром), распространяющихся под углом Р отражения от контактной поверхности 5. В соответствии с установленными по соотношениям (1) размерами контактного блока эти колебания рассеиваются на его боковой 10 поверхности 3 и достигают пьезопластины 1 пренебрежимо малыми; таким образом в дальнейшей работе устройства участия не принимают,Измерение акустических параметров 15 сред с помощью ультразвукового контактного преобразователя осуществляют следующим образом, Вначале излучают ультразвуковые колебания в импульсном режиме внутрь блока 2, граничащего кон тактными поверхностями 4 и 5 с воздухом. В этом случае вся энергия падающих колебаний испытывает отражение от контактных поверхностей и, частично поглощаясь в материале контактного блока 2, принимает ся пьезопластиной 1, Измеряют амплитуды Ао и Во сигналов, отраженных соответственно от контактных поверхностей 4 и 5 блока 2,. Затем осуществляют акустический контакт ультразвукового преобразователя с 30 исследуемой средой, например, жидкой (на чертеже не показана)по всей площади контактных поверхностей 4 и 5 блока 2, Повторяют процедуру измерений при сохранении остальных условий опыта и получают соот ветствующие значения А 1 и В 1 амплитуд принятых сигналов. Эти значения будут меньше значений Ао и В вследствие частичного преломления энергии падающих колебаний внутрь исследуемой среды. 40Измеренные значения амплитуд Ао, Во, А 1, 81, а также известные, например, из таблиц, акустические характеристики материала контактного блока 2 используют для нахождения параметров 2 х, рх и Сх соот ветственно акустического сопротивления и плотности среды и скорости звука в ней на основе следующих математических соотношений;50 а)2 х 2 + Р (2)Ао+А 1 где 2 с - акустическое сопротивление материала контактного блока для продольных55В 1 - УВо ) Сх=СсК 2 В 1 -- 1) В где.С - скорость продольных волн в материале контактного блока,М = зп 2 32 с 2 Ъ 2соз соз асоз 2 Р;М = з 1 п 2 ф+ соз 2 2 ф;соз соз а,8= агсзп(С/С 1 Г 2 ),а = 45;2 с и Сс - соответственно акустическое сопротивление материала контактного блока для поперечных волн и скорость в нем последних:в)рх = - . (4)2 хСхРасчеты по соотношениям (2) - (4) выполняются согласно указанной последовательности действий с учетом соотношения фаз зарегистрированных си.гналов,Экспериментальная апробация ультразвукового контактного преобразователя с размерами (в мм) О = Оо = 15, Н =12, б = 11, с контактным блоком из органического стекла, на рабочей частоте 2,5 МГц и при длительности импульса 2 мкс позволила с помощью серийной аппаратуры (ультразвуковой дефектоскоп ДУК - 66 и электронный осциллограф С 1 - 74) определить акустические параметры дистиллированной воды со следующим расхождением от табличных значений:для 2 х. 0%; для Сх. -1%; для р х, +1%, Таким образом, предложенный ультра звуковой контактный преобразователь позволяет на основе простой конструкции и минимального количества пьезоматериалов с вьссокой точностью определять одновременно акустическое сопротивление и плотность исследуемой среды и скорость распространения в ней ультразвука.Данный ультразвуковой контактный преобразователь может также применяться при неразрушающем контроле твердых материалов, например, в ультразвуковой дефектоскопии. В этом случае контактный блок 2 (см,рис,1) по площади контактной поверхности 4 прижимают к исследуемому изделию (на чертеже не показано) либо через тонкий слой контактной жидкости, либо (если позволяют акустические условия) без нее (сухой контакт). Как вариант, возможно полное покрытие поверхности 5 удерживаемой на ней жидкостью, например, магнитной. С помощью электроизмерительной аппаратуры (на чертеже не показана), связанной с преобразователем, излучают через контактный блок 2 внутрь изделия акустические колебания и принимают отраженные от неоднородностей сигналы, по которым1772721 П,Липовкооргентал КорректорМ,Макси мишинец оставит ехред М едактораказ 3842 ВНИИ Тираж Подписное Государственного комитета по изобретениям и открытиям при Г 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5роизводственно-изда кий комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 судят о наличии и размере дефектов в контролируемом изделии. При этом пьезопластиной 1 будут приниматься и сигналы от свободной (или покрытой жидкостью) кон.тактной поверхности 5 и от поверхности 4, контактирующей с изделием, По величинам этих сигналов и их соотношению можно с высокой помехозащищенностью контролировать стабильность как акустического контакта между преобразователем и изделием, так и. режима работы радиоаппаратуры.Формула изобретения Ультразвуковой контактный преобразователь, содержащий пьезопластину и акустически связанный с ней контактный блок с двумя предназначенными для контакта со средой гладкими поверхностями, одна из контактных поверхностей параллельна пьеэопластине. а вторая - образует с ней угол, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения точности и достоверности измерений, вторая контактная поверхность образует с первой угол 135 и выполнена в виде боковой поверхности усеченных конуса или пирамиды,в основании которой лежит выпуклый осесимметричный (2 п)-угольник (и = 2, 3, ),пьезопластина выполнена асесимметрич 5 ной и установлена на блоке так, что ее осьсимметрии совпадает с осью симметриивторой контактной поверхности, а поперечный размер О контактного блока и Оо пьезопластины выбирают из условий,2 Н+ бОГ 219( д -В)+ 13Ообгде Н - расстояние от пьезопластины допервой контактной поверхности,15 б - поперечный размер первой контактной по 8 ерхностиф= агсзп(Сс/С А)С 1, С, - скорости распространения .продольных и поперечных колебаний в матери 20 але блока соответственно.2, Преобразователь по и, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что боковая поверхностьконтактного блока выполнена рассеивающей,

Смотреть

Заявка

4633627, 09.01.1989

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ФИЗИЧЕСКОЙ И ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ ПРИ РОСТОВСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ УНИВЕРСИТЕТЕ

ЛИПОВКО-ПОЛОВИНЕЦ ПЕТР ОСМАНОВИЧ

МПК / Метки

МПК: G01N 29/02, G01N 29/04

Метки: контактный, ультразвуковой

Опубликовано: 30.10.1992

Код ссылки

<a href="https://patents.su/4-1772721-ultrazvukovojj-kontaktnyjj-preobrazovatel.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Ультразвуковой контактный преобразователь</a>

Похожие патенты