Спосіб виготовлення фокусуючого перетворювача

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при ультразвуковой дефектоскопии в различных отраслях промышленности. Известен способ изготовления фокусирующего преобразователя, заключающийся в сборке последнего с плоским пьезоэлементом и поляризации пьезоэлемента при температуре 300-500°К с постепенным охлаждением в сферическом, электрическом поле с радиусом кривизны где R - радиус кривизны, а - радиус пьезоэлемента, l - длина волны в контролируемом материале, принятый нами за прототип [2], Известное решение обладает следующими недостатками: 1. Так как поляризация пьезоэлемента происходит в составе собранного преобразователя, невозможно осуществить фокусировку контактных преобразователей, имеющих звукопровод или протектор. (Например, невозможно изготовить контактный раздельно-совмещенный преобразователь с фокусир ующими пьезоэлементами). 2. Задание сферического поля по формуле ограничивает возможность выбора фокусного расстояния преобразователя как функции от R - можно для одного типоразмера пьезоэлемента задать только одно фокусное расстояние. 3. Использование формулы не позволяет определить явной зависимости фокусного расстояния от R. Например, рассмотрим пьезоэлементы одинакового размерах различными сечениями h. Co -1 Известно, что частота f пьезоэлемента обратно пропорциональна его сечению f = f (h )= 2h где С о - скорость ультразвука в пьезо-элементе. где с - скорость ультразвука в материале изделия, т.к. деформация поляризации имеет конечный предел, следовательно максимальное сближение доменов для каждого типа пьезокерамики определяется конечной величиной I. Очевидно, что угол a фокусировки будет определяться соотношением таким образом, с ростом h минимальное фокусное расстояние должно расти. В прототипе с учетом проведенных выше преобразований с увеличением h происходит уменьшение кривизны поля R, следовательно, для больших h выбор R по известной формуле будет обеспечивать минимальное фокусное расстояние, а для малых h - фокусное расстояние что искусственно ограничивает выбор фокусных расстояний для пьезоэлементов. 4. Так как при поляризации пьезокерамика деформируется, следовательно, если акустический контакт пьезоэлемента с демпфером осуществляется путем склеивания или полимеризацией демпфера на пьезоэлементе, возможны микроразрывы в соединении пьезоэлемента с демпфером, что ведет к ухудшению характеристик преобразователя. 5. Известно, что в процессе поляризации пьезоэлементов возможен пробой пьезопластины. Следовательно, поляризация пьезоэлемента в составе преобразователя увеличивает трудоемкость и материальные затраты на изготовление фокусирующих преобразователей подобного типа. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать способ изготовления фокусирующего преобразователя путем поляризации плоского пьезоэлемента в сферическом электрическом поле с определенным радиусом кривизны так, чтобы обеспечить возможность фокусировки плоских пьезоэлементов любой конфигурации. Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления фокусирующего преобразователя, заключающемся в поляризации плоского пьезоэлемента и сборке преобразователя, согласно изобретению, пьезоэлемент перед сборкой преобразователя поляризуют при помощи двух электродов: плоского, размеры рабочей поверхности которого соответствуют размерам поверхности пьезоэлемента, и электрода, создающего сферическое поле, радиус R кривизны которого выбирают из условия для дискового пьезоэлемента, где μ - коэффициент Пуассона материала пьезоэлемента, ε - деформация поляризованного пьезоэлемента, а - радиус пьезоэлемента, Сo - скорость ультразвука в материале пьезоэлемента, f - частота пьезоэлемента, с - скорость ультразвука в контролируемом материале, - для прямоугольного пьезоэлемента, где 2а1, 2а2 - длины его сторон, а1 s1+s2. Значит, учитывая, что e' = e3 (где ε - деформация полностью поляризованной пьезокерамики), (где а - радиус дискового пьезоэлемента), (где μ - коэффициент Пуассона), частота ультразвуковых колебаний), h= Co 2f (где Со - скорость ультразвука в материале пьезоэлемента, f – С другой стороны, фокусировка дает выигрыш в чувствительности до F = 5Z6 (где Z6 - ближняя зона преобразователя). Тогда, учиты вая, что (где с - скорость ультразвука в контролируемом материале), Следовательно, радиус кривизны электрического поля, обеспечивающего фокусировку плоского дискового пьезоэлемента определяется соотношением Аналогично задача решается для прямоугольного пьезоэлемента где 2a1, 2а2 - стороны прямоугольного пьезоэлемента. Способ осуществляется следующим образом. В зависимости от размеров и конфигурации используемого пьезоэлемента и требовании к величине его фокусного расстояния из условия (1) или (2) определяют выбор сферического электрода с радиусом R (см. чертеж). Пьезоэлемент 1 помещают между плоским электродом 2 и сферическим электродом 3 соосно с последними. Электроды с зажатым между ними пьезоэлементом помещают в ванну 4, наполненную жидким диэлектриком 5, подключают к поляризатору 6 и осуществляют поляризацию пьезоэлемента. Затем, по известной технологии, собирают преобразователь. Таким образом, предлагаемый способ изготовления фокусирующего преобразователя позволяет обеспечить возможность фокусировки плоских пьезоэлементов любой конфигурации.