Ультразвуковой преобразователь

Ультразвуковой преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

))!) 595880

Союз Советских

Социалистические

Республнн (61) gO!IOJIIIIITC.II>HOC K 3!37 . Свпд-)Зу (22) Заявлено 05.10.76 (21) 2410555 18-10 с присоединением заявки М (23) Приоритет (43) Опубликовано 28.02.78. Ь)оллетень М 8 (45) Дата опубликования оп)гсянпя 23.03.78 (51) М. Кл з Н 04K 17/00

G 01X 29/00

ЙсудЬрстеенный комитет бенета Министров СССР по делам изобретений н отирытнй

53) Ч,К 620 179 16 (088.8) (72) Автор изобретения

v.-и. в. к (71) ЗаяВитсль

Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (54) УЛ ЬТРАЗ ВУКО ВОЙ И Р ЕОБРАЗО ВАТЕЛЬ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в ультразвуковых измерительных приборах, в частности в медицинских диагностических приборах, дефектоскопах, толщиHOмср ах.

Известен монолитный пьезокерамический преобразователь 11), состоящий из двух плоскопараллельных электродов и акустической ловушки.

Недостатком преобразователя является то, что задний электрод является источником паразитной ультразвуковой волны, которая с помощью отражающих поверхностей направляется в акустическую ловушку. Для выполнения этого требования необходимо, чтобы расстояние между> плоскопараллсльпыми электродами было не меньше заданной величины, из-за чего напряженность электрического поля внутри преобразователя и соответственно коэффициент преобразования получаются небольшими.

Наиболее близким Ilo технической сущности к изобретени)о является ультразвуковой преобразователь t 2), содержащий поляризованный по длине пьезоэлектрический стержень с электродами, нанесенными пя его торцовую и боковую поверхности. и демпфер, выполненный в виде единой конструкции с пьезоэлектрическим стержнем. Широкополосность преобразователя достигается за счс1 неодн0130дностп электрического поля. Для получения узкой диаграммы направленности такогÎ преооразоватсля необходимо у)3сличивать диаметр стержня, вследствие чего при заданной амплитуде возбуждающего электрического напряжения уменьшается напряженность электрического поля внутри преобразователя. )то Вызываст уменьшение ам10 плптуды волны. излучаемой в рабочую среду, т. е. снижает коэффициент преобразования прсооразоватсля.

Цель изобретения — — увеличение коэффициента прсоорязогяпия ультра".âóêîâîãî преоб15 рязователя.

3То достигается Tcì. что на торце стержня

В1>)ПО, IIICI!3 СПП >) Я, ))>ЦЯ 5! КЯ)1! Я)3КЯ С П с)ИСССНПЬ! Х! и 1 се ОокОВу)0 ПОВсрх!!Ость -)1 "кт )од!).3), элс) . ГPEI ICCI!Ei C0P3Ill!CIllI1>1 М С Э.1СКТРО >ОМ Ill) 00КО20 Воц пОВep .I!Ос! ! с :) ж)! l I! !I.30 1)!!)OÂ)) пи ь! 3!

От торцового электр!)1à.

11я фиг. 1:)окязя I прсдг)ягясмый преобраПр010Л)>.II>ill р я >I)C3; H Il фиг. 2 прсдставлсня торцовая часть преобрязоватс25 ля; ii>) фцг. 3;;!ii . з-л I:пя !1)пг, 1 )3 3вслпчспПО)! Впдс с р ic)!pi )с1сн))см с, ), IOI)i>I_#_,1пний

Э,1СКТР)iЧCСКОГО !Iо, :5!.

П1) собр 2 >0)3;- гс;I i со;:cp l!)IT )i!>!)зоэ;! сктри)сскпй продол.,;!) Поляризованный цигп H Ipl!30 c c! !! !!ll cTc р)к си)> 1, папpli 3I3. p II > кс>р с)) )! ° кп

595880

30 дЕ дЕ %, dZ zo OZ г о типа ЦТС, на торцовой поверхности которого сделана спиральная канавка. Боковая поверхность канавки покрыта токопроводящим электродом 2, который имеет электрический контакт с кольцевым электродом 3 на внешней поверхности стержня 1. Торцовая часть стержня покрыта токопроводящим электродом 4, не имеющим электрического контакта с электродами 2 и 3.

Преобразователь работает следующим образомм.

При подаче электрического напряжения мс>кду электродами 2, 3 и торцовым электродом 4 в каждом сечении спирального выступа возникает электрическое поле (распределение силовых линий поля изображено на фиг. 3, где Е,, Š— компоненты вектора напряженности электрического поля) . Источниками ультразвуковой волны и пьезоэлемента являются то его участки, где дЕ

0Z (Е 4 зз) 7- 0

,d4, — пьезомодуль) . Указанное условие остается в силе и для других компонент электрического поля и пьсзомодуля.

В частности, в предлагаемом преобразователе источником ультразвуковой волны является только передняя грань, поскольку

Эта грань создает две ультразвуковые волны, распространяющиеся соответственно в пьезоэлектрический стержень и в рабочую среду, которая контактирует с торцовой спиральной поверхностью. Волна, распространяющаяся вглубь стержня, в нем поглощается.

Таким образом, пьезоэлектрический стержень выполняет и функции согласованного демпфера, составляющего единое целое с генерирующей частью преобразователя. Из-за этого в прсобразоватсле отсутствуют многократно отраженные ультразвуковые волны.

Амплитудное значение колебательного давления в рабочей среде равно

Р= eEz, ZI

Л, + Ую где е — пьезокопстанта;

Е г, — величина компоненты электрического поля прп Z=O;

Zi u Ео - — волновые акустические сопротивления соответственно раоочей среды и пьезоэлектрического материала. Увеличение коэффициента преобразования

P

У(=— (U — возбуждающее электрическое напряжение) по сравнению с известным преобразователем в предлагаемом достигается за счет размещения электродов на боковых стенках канавки, сделанной в пьезоэлектрическом стер кне. Благодаря этому значительно увеличивается напряженность электрического поля у торцовой поверхности преобразователя при той же величине возб г>кдающего электри веского напряжения, что в свою очередь вызывает увеличение коэффициента преобразования К

Меняя ширину и шаг спиральной канавки, можно получить электрический импеданс преобразователя, наиболее подходящий для возбу>кдающего генератора. При этом широкополосность преобразователя остается неизменной. При работе с электропроводящими жидкостями спиральная канавка заполняется электроизоляцио иным материалом, например эпоксидной смолой.

Формула изобретения

Ультразвуковой преобразователь, содержащий поляризованный по длине пьезоэлектрический стержень с электродами, нанесенными ца его торцовую и боковую поверхности, и демпфер, выполненный в виде единой конструкции с пьезоэлектрическим стержнем, о т40 л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения коэффициента преобразования, на торце стержня выполнена спиральная канавка с нанесенным на ее боковую поверхность электродом, электрически соединенным с электродом

45 на боковой поверхности стержня и изолированным от торцового электрода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство ¹ 434623, кл.

50 Н 04R 17/00, 1972.

2. Авторское свидетельство № 539265, кл.

G 01Е 29/00, 1975.

595880

Pl/2 1

Составитель Е. Артамонова

Тскред Л. Гладкова

Редактор Т. Рыбалова

Корректоры: Л. Котова п И. Позняковская

Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 190/17 Изд. № 299 Тираж 820

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4 5