Устройство для генерации ультразвуковых импульсов

П И С Д Н И Е 777884ИЗОБР ЕТЕ Н И Я Соки Советских Социалистических Ресоублик.Кл.з Н 04 117 Государственный конит СССР о делан изобретени и открытий5) Дата опубликования писания 72) Автор изобретения ищенк(71) Заявител УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРАЦИ ЬТРАЗВУКОВЫХ ИМПУЛЬСОВ вляется увеых льт аз о устезонженизон Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в ультразвуковой дефектоскопии, медицинской акустике и акустоэлектронике.Известно устройство для генерации ультразвуковых импульсов, выполненное в виде возбуждаемого от . высокочастотного генератора через элемент связи активного пьезоэлемента, акустически нагруженного на внешнюю среду через последовательно 0 размещенные акустический резонатор и управляющий пьезоэлемент с управляемой активно-индуктивной электрической нагрузкой, причем управляющяй пьезоэлемент ориентирован относительно смещений в ультразвуковой волне так, что смещения параллельны его пьезоактивному направлению 1).Недостатком известного устройства является малая амплитуда генерируемых йО ультразвуковых импульсов из-за размещения полуволнового активного пьезоэлемента с наружной стороны акустического резонатора.Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для генерации ультразвуковых импульсов, содержащее акустический резонатор, активный пьезоэлемент, расположенный в узле смещений акустического резонатора, и зО управляющий пьезоэлемент с управляемой активно-индуктивной электрической нагрузкой, ориентированный относительно смещений в ультразвуковой волне так, что смещения параллельны его пьезоактивному направлению (21Недостатком данного устройства является снижение амплитуды генерируемых импульсов из-за временной нестабильности частоты высокочастотного генератора и взаимной расстройки по частоте высокочастотного генератора и акустического резонатора. Целью изобретения я личение амплитуды генерируем у р вуковых импульсов.Это достигается тем, чт ройство, содержащее акустический р атор, активный пьезоэлемент, располо ый в узле смещений акустического ре атора, и управляющий пьезоэлемент с управляемой активно-индуктивной электрической нагрузкой, расположенный между акустическим резонатором и средой, ориентированный относительно смещений в ультразвуковой волне так, что смещения параллельны его пьезоактивному направлению, снабжено делителем электрического напряжения, фазосдвигающим устройством и управляемым усилителем электрических сигналов, причемуправляемая активно-индуктивная электрическая нагрузка управляющего пьезоэлемента электрически соединена с входом делителя электрического напряжения, выход делителя электрического напряжения электрически соединен с входом фазосдвигающего устройства, выход фазосдвигающего устройства электрически соединен с входом уцра)вляемого усилителя электрических сиг налов, а выход управляемого )усилителя электрических сигналов электрически соединен с проводящими электродами активного пьезоэлемента,При этом для генерации ультразвуковых импульсов объемных волн активный пьезоэлемент, акустический резонатор и управляющий пьезоэлемент выполнены за одно целое, например, в виде сплошного стержня из пьезоактивного материала с проводящими электродами на боковых поверхностях. Кроме того, для генерации ультразвуковых импульсов поверхностных волн активный пьезоэлемент, акустический резонатор и управляющий пьезоэлемент выполнены в виде системы встречно-штыревых проводящих электродов, нанесенных на. пьезоактивный материал.На фиг. 1 схематически представлено устройство для генерации ультразвуковых импульсов; на фиг. 2 - конкретный пример выполнения предлагаемого устройства стержневого типа для генерации ультразвуковых импульсов объемных волн; на фиг.3 - конкретный пример выполнения предлагаемого устройства для генерации ультразвуковых импульсов поверхностных волн,Устройство для генерации ультразвуковых импульсов содержт активный пьезоэлемент 1, расположенный в узле смещений акустического резонатора 2. Между акустическим резонатором 2 и внешней средой д расположен управляющий пьезоэлемент 4 с управляемой активно-индуктивной электрической нагрузкой б. Управляемая активно-индуктивная электрическая нагрузка б электрически соединена с входом делителя электрического напряжения б, выход делителя электрического напряжения б электрически соединен с входом фазосдвигающего устройства 7, выход фазосдвигающего устройства 7 электрически соединен с входом удравляемого усилителя электрических сигналов 8, а выход управляемого усилителя электрических сигналов 8 электрически соединен с проводящими электродами активного пьезоэлемента 1. Причем пьезоэлемент 1 активный, акустический резонатор 2 и уп равляющий пьезоэлемент 4 в случае генерации ультразвуковых импульсов объемных волн выполнены в виде дискретных элементов (см. фиг. 1) либо в виде монолитной конструкции стержневого типа (см. фиг, 2). Кроме того, в случае генерации ультразвуковых импульсов поверхностных волн активный пьезоэлемент 1, акустический резо зО мого усилителя электрических сигналов 8 Г) 1 О 15 20 25 35 40 45 50 55 60 65 натор 2 и управляющий пьезоэлемент 4 выполнены в виде системы встречно-штыревых проводящих электродов, нанесенных на пьезоактивный материал (см. фиг, 3).Предлагаемое устройство работает .следующим образом.В исходном положении добротность управляемой активно-индуктивной электрической нагрузки б управляющего пьезоэлемента 4 устанавливают максимально возможной, причем одновременно путем подачи на шину управления 9 управляющего электрического сигнала открывают управляемый усилитель электрических сигналов 8. С помощью управляющего пьезоэлемента 4 преобразуют тепловые шумы акустического резонатора 2 в электрический сигнал, который в виде высокочастотного электрического напряжения снимают с управляемой а ктивно-индуктивной электрической нагрузки 5 и подают его на вход делителя электрического напряжения б. С помощью делителя электрического напряжения б, фазос;вгающего устройства 7 и управляемого уснлителя электрических сигналов 8 путем последовательной обработки электрического сигнала упомянутыми устройствами увеличивают амплитуду и формируют фазу электрического сигнала, и с выхода управляеподают электрический сигнал на проводящие электроды активного пьезоэлемента 1. С помощью активного пьезоэлемента 1 преобразуют электрический сигнал и излучают его в акустический резонатор 2 в виде ультразвука с амплитудой, превышающей первоначальный шумовой сигнал. При этом ультразвуковая волна почти полностью отражается от управляющего пьезоэлемента 4, и в акустическом резонаторе 2 за счет положительной обратной связи идет процесс накопления акустической энергии, который проявляется в многократном увеличении амплитуды стоячей ультразвуковой волны в нем, При достижении амплитуды стоячей ультразвуковой волны в акустическом резонаторе 2 стационарного значения резко уменьшают величину добротности управляемой активно-индуктивной электрической нагрузки Б до минимального значения, причем одновременно путем подачи на шину управления 9 управляющего электрического сигнала запирают управляемый усилитель электрических сигналов 8. При этом коэффициент прохождения звука через управляющий пьезоэлемент 4 возрастает до единицы и накопленную в акустическом резонаторе 2 энергию излучают во внешнюю среду 3 в виде прямоугольного ультразвукового импульса,Предлагаемое устройство для генерации ультразвуковых импульсов позволяет реализовать самонастраивающуюся ультразвуковую колебательную систему и устранить снижение амплитуды генерируемых ультра777884 1 О 6 Ы/ звуковых импульсов из-за взаимной расстройки по частоте акустического резонатора и высокочастотнбго генератора.Таким образом, предлагаемое устройство позволяет увеличить амплитуду генери руемых ультразвуковых импульсов по сравнению с известными устройствами, по крайней мере, в 1,4 раза. Формула изобретения 1, Устройство для генерации ультразвуковых импульсов, содержащее акустический резонатор, активный пьезоэлемент, расположенный в узле смещений акустического 15 резонатора, и управляющий пьезоэлемент с управляемой активно-индуктивной электрической нагрузкой, расположенный между акустическим резонатором и средой, ориентированный относительно смещений в ульт развуковой волне так, что смещения параллельны его пьезоактивному направлению, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью увеличения амплитуды генерируемых импульсов, оно снабжено делителем электрическо го напряжения, фазосдвигающим устройством и управляемым усилителем электрических сигналов, причем управляемая активно-индуктивная электрическая нагрузка управляющего пьезоэлемента электрически ЗО соединена с входом делителя электрического напряжения, выход делителя электрического напряжения электрически соединен с входом фазосдвигающего устройства, выход фазосдвигающего устройства электрически соединен с входом управляемого усилителя электрических сигналов, а выход управляемого усилителя электрических сигналов электрически соединен с проводящими электродами активного пьезоэлемента.2, Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью генерации ультразвуковых импульсов объемных волн, активный пьезоэлемент, акустический резонатор и управляющий пьезоэлемент выполнены за одно целое в виде сплошного стержня из пьезоактивного материала с проводящими электродами на боковых поверхностях.3, Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью генерации ультразвуковых импульсов поверхностных волн, активный пьезоэлемент, акустический резонатор и управляющий пьезоэлемент выполнены в виде системы встречно-штыревых проводящих электродов, нанесенных на пьезоактивный материал. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1, Авторское свидетельство СССР489272, кл. Н 04 К 17/00, 1974,2, Авторское свидетельство СССР558423, кл. Н 04 К 17/00, 1976 (прототип).777884 Составитель Е. АртамоноваТехред И. Заболотнова Корректор И. Осиповская Редактор Т. Клюкина Тип. Харьк. фил. пред, Патент Заказ 227/210 Изд.227 Тираж 729 Подписное НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4(5