Широкополосный фокусирующий пьезопреобразователь
Иллюстрации
Реферат
Еаез Сееетсюа
Сввциалистичесва
Реслублин
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДИЕЛЬСТВУ
<1Ц 700917 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 13.06.78 (21) 2629296/18-23 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл е
Н 03 Н 9/04
В 06 В 1/06
1 ааударотоввный коиотИ
СССР ао делам ивоорвтвнвй и открытии (53) УДК 621.372. .412:620.179. . 16: 534. 232. .4 (088.8) Опубликовано 30.11.79. Бюллетень ¹ 44
Дата опубликования описания 05.12.79 (72) Автор изобретения
М. В. Королев (71) Заявитель (54) ШИРОКОПОЛОСНЬ1Л ФОКУСИРУЮЩИй
ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
Изобретение относится к области радиоэлектроники и может использоваться в ультразвуковой аппаратуре для излучения и приема ультразвуковых импульсов.
Известны пьезопреобразователи, содержащие плоский пьезоэлемент с электродами, обеспечивающие излучение широкого фронта ультразвуковых колебаний в узкой полосе частот (1).
Такие пьезопреобразователи не обеспечивают фокусирования ультразвуковых колебаний.
Известен также широкополосный фокусирующий пьезопреобразователь, содержащий пьезоэлемент, одно из оснований которого выполнено плоским,а другое — сферически изогнутым, и два электрода (2).
Недостатком этого пьезопреобразователя являются недостаточно широкие диапазоны рабочих частот и длительностей излучаемых импульсов. Это связано с тем, что он представляет собой резонансную пьезопластину переменной толщины, в силу чего в диапазоне частот излучают и принимают ультразвуковые колебания только те участки ее поверхности, где толщина пластины соответствует акустическому резонансу для данной частоты. Поэтому полоса его рабочих частот ограничена сверху частотами 10—
15 МГц, снизу 0,5 МГц, а минимальная длительность излучаемых ультразвуковых импульсов — величиной порядка 20 нс.
Целью изобретения является расширение диапазонов рабочих частот и длительностей излучаемых импульсов.
Эта достигается тем, что электроды расположены концентрично на сферически изогнутом основании пьезоэлемента и отделены друг от друга выполненным в нем щелевидным углублением.
На фиг. 1 показан предложенный пьезопреобразователь, вид сбоку; на фиг. 2 — то
15 же, вид сверху.
Пьезопреобразователь содержит пьезоэлемент 1 и два электрода 2 и 3. Между электродами выполнено щелевидное углубление
4, в данном случае имеющее форму кольца.
Пьезоэлемент 1 может быть выполнен цилиндрическим. При этом углубление 4 и электрод 3 имеют форму кольца, а электрод 2 — форму круга. Основание с электроaàìè 2 и 3 может быть выполненным как
7009
3 сферически выпуклым, как на ф:r. 1, так и сфери.ески вогнутым.
Работает пьезопреобразователь следующим образом.
При приложении электрического„например импульсного поля к электродам 2 и 3
5 они вместе с основанием пьезоэлемента 1, на котором расположены, смещаются вверх или вниз в зависимости от полярности прилагаемого напряжения. В силу линейности пьезоэффекта смещения в точности повторяют форму возбуждающих электрических импульсов длительностью до единиц нс и частотой заполнения до сотен МГц, если длительность этих импульсов меньше времени пробега ультразвуковых импульсов по телу пьезоэлемента 1 от верхнего основания до нижнего. Время задержки (пробега) ультразвуковых ймпульсов в теле пьезоэлемента, являющегося одновременно ультразвуковой линией задержки, определяется высотой цилиндра 1 и скоростью звука в его материале. Так как основание, несущее электроды 2 и 3, имеет сферическую форму и электроды имеют круговую симметрию, то излучаемые этой поверхностью колебания фокусируются так, как это показано пунктиром на чертеже. Таким образом, собственно фокусирующий пьезопреобразователь, Н которым является поверхность, несущая электроды, оказывается естественным образом без какого-либо сочленения (склейкой, пайкой и т. д.), соединенным без переходных слоев с твердотельйой ультразвуковой линией задержки. Радиус кривизны поверхности с электродами и высота пьезоэлемента выбираются такими, чтобы точка фокуса лежала несколько ниже нижнего основания пьезоэлемента, т. е. в изделии, с которым он контактирует этим основанием.
Г1ринципиальной особенностью изготовления предложенного пьезопреобразователя является то, что он поляризуется приложением постоянного электрического напряжения к тем же электродам 2 и 3. В результате этого вектор поляризации P у их поверхностей имеет разное направление, и
17
4 вся поверхность под электродами 2 и 3 колеблется синфазно.
Щелевое углубление 4 необходимо для обеспечения возможности поляризации высоким постоянным напряжением. Кроме того, наличие такого углубления существенно выравнивает напряженность поляризующего электрического поля по площади электродов, а значит и распределение степени поляризации пьезоэлемента под электродами, что в свою очередь обеспечивает высокую равномерность амплитуды акустического давления во фронте излучаемых ультразвуковых колебаний.
С помощью предложенного пьезопреобразователя удается излучать и принимать акустические видеоимпульсы длительностью от 1 — 2 нс до 1 — 2 мкс и радиоимпульсы длительностью 2 — 3 мкс с частотой заполнения от 0,5 до 250МГц. Предложенный пьезопреобразователь несложен в изготовлении.
Формула изобретения
Широкополосный фокусирующий пьезопреобразователь, содержащий пьезоэлемент, одно из оснований которого выполнено плоским, а другое — сферически изогнутым, и два электрода, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазонов рабочих частот и длительностей излучаемых импульсов, электроды расположены концентрично на сферически изогнутом основании пьезоэлемента и отделены друг от друга выполненным в нем щелевидным углублением.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Домаркас В. И. и др. Контрольно-измерительные пьезоэлектрические преобразователи. Вильнюс, «Минтис», 1975, с. 192—
197.
2. Вопилкин А. Х. и др. Теоретические исследования широкополосных преобразователей;«Дефектоскопия», 1977, № 2, с. 7 — 12.
ЦHNNAN Заказ 7394 40 Тираж 3066 Подписное
Филиал П П П с Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4