Ультразвуковий перетворювач для безконтактного вимірювання товщини матеріалів при використанні повітряно-акустичного зв’язку

1. Ультразвуковий перетворювач для безконтактного вимірювання товщини матеріалів при використанні повітряно-акустичного зв'язку, що складається з корпусу, з'єднувача та демпфера, п'єзоелектричного елемента, багатошарового узгоджуючого шару, який відрізняється тим, що використано п'єзоелектричний елемент з резонан 3 40002 4 джуючий шар, який кріпиться до корпуса перетвоПроте даний перетворювач призначений тільрювача за допомогою фіксуючого кільця. ки для вимірювання фізичних характеристик та Корисна модель ілюструється кресленнями, товщини не металічних матеріалів. До недоліків де на Фіг.1 зображена конструкція ультразвукового даного перетворювача також слід віднести малий перетворювача для безконтактного вимірювання діапазон контрольованих товщин матеріалів та товщини матеріалів при використанні повітрянонизьке значення робочої частоти перетворювача, акустичного зв’язку, на Фіг.2 зображена схема вияке не перевищує 100кГц, що спричиняє виникмірювання товщини матеріалів (ОК - об’єкт контнення високих значень похибок при вимірюванні ролю - досліджуваний матеріал). товщини матеріалів. Конструктивно ультразвуковий перетворювач Найбільш близьким по суті до запропонованої складається з корпусу 1, з’єднувача 2, корпуса є конструкція перетворювача, призначеного для резонатора 3, демпфера 4, п’єзоелектричного контролю товщини виробів, виготовлених з сталі, елемента 5, виготовленого, наприклад, з титанату заліза, алюмінію, пластику, однорідних об’єктів у барію ТБК-3 діаметром 20мм, резонансна частота вигляді листів чи пластин [3] і складається з корпуякого складає 1МГц, багатошарового узгоджуючосу, з’єднювача, демпфера, п’єзоелемента та го шару, який складається з трьох пластин дискотрьохшарового узгоджуючого шару. Для контролю подібної форми, виготовлених з алюмінію 6, товтовщини матеріалів використовується прохідний щиною 0,78мм, поліетилену 7, товщиною 0,65мм, акустичний метод. В якості середовища для акуспаперу вторинної переробки 8, товщиною 0,085мм, тичного зв’язку ультразвукового перетворювача з діаметр, яких рівний діаметру п’єзоелектричного досліджуваним матеріалом використовується повіелемента та фіксуючого кільця 9. Електричне тря. Для зменшення втрат енергії акустичних коз’єднання п’єзоелемента з відповідними контакталивань, які виникають на границі розділу ми закріпленого на корпусі з’єднувача, виконане за п’єзоелемент-повітря використовується трьохшадопомогою тонких провідників 10 (Фіг.1). Демпфер, ровий узгоджуючий шар, який представляє собою п’єзоелемент та багатошаровий узгоджуючий шар скріплені одна з одною три тонких пластини. Персклеюються між собою за допомогою епоксидної ша пластина узгоджуючого шару, яка безпосередсмоли і утворюють резонатор, який розміщується в ньо кріпиться до п’єзоелемента, виготовлена з корпусі резонатора. Резонатор кріпиться в корпусі органічного скла, товщиною 0,533мм. Друга пласперетворювача за допомогою фіксуючого кільця. тина виготовлена з алюмінію товщиною 1,067мм. Встановлено, що така конструкція ультразвуОстання пластина - виготовлена з коркового дерекового перетворювача забезпечує зменшення ва, товщиною 1,27мм. втрат енергії акустичних коливань на границі розНедоліком даної конструкції є низький робочий ділу п’єзоелемент-повітря на 32дБ, що дозволяє частотний діапазон перетворювача - до 250кГц, проводити вимірювання товщини досліджуваних що спричиняє виникнення великих значень похиматеріалів товщиною до 10мм [4, 5]. бок при вимірюваннях товщини, а також малий Визначення товщини ОК прохідним методом діапазон контрольованих товщин - до 3мм. здійснюється наступним чином. Безконтактні ультЗадача даної корисної моделі полягає в удоразвукові перетворювачі, випромінюючий та присконаленні конструкції ультразвукового перетвоймаючий, розміщуються один навпроти іншого на рювача шляхом використання п’єзоелемента, рефіксованій відстані L=20мм, так щоб їхні акустичні зонансна частота якого складає 1МГц та пластин осі співпадали. Випромінюючий перетворювач за алюмінію, поліетилену та целюлози вторинної педопомогою з’єднувача приєднується до роз’єму реробки для виготовлення багатошарового узго«вихід» а приймаючий - до роз’єму «вхід» серійноджуючого шару, що дозволить вимірювати товщиго ультразвукового дефектоскопа (наприклад УД2ну різного роду матеріалів безконтактним 70). Вмикається ультразвуковий дефектоскоп та акустичним способом при використанні повітря в відбувається вимірювання часу проходження ульякості середовища для створення акустичного тразвукових коливань Т1 від випромінюючого до контакту між перетворювачем та досліджуваним приймаючого перетворювача - за допомогою дематеріалом та зменшити похибку вимірювань. фектоскопа цей час визначається за різницею чаДля вирішення поставленої задачі у корисній сів появи пройшовшого від випромінюючого до моделі ультразвукового перетворювача, що склаприймаючого перетворювача ехо-імпульсу та зондається з корпусу, з’єднувача та демпфера, дуючого ехо-імпульсу (Фіг.2,а). п’єзоелектричного елемента, багатошарового узПісля цього між перетворювачами розміщугоджуючого шару який відрізняється тим, що викоється досліджуваний матеріал у вигляді пластини, ристано п’єзоелектричний елемент з резонансною так щоб його поверхні були перпендикулярні до частотою 1 МГЦ, багатошаровий узгоджуючий акустичних осей перетворювачів та проводиться шар, який виготовлений з скріплених між собою вимірювання часу проходження ультразвукових трьох дископодібних пластин, товщини яких рівні коливань (УЗК) Т2, який буде рівний сумі часу прочверті довжини хвилі акустичних коливань у відпоходження УЗК від випромінюючого перетворювача відних матеріалах, значення акустичних опорів до OK-t1, часу проходження УЗК в OK-t2 та часу матеріалів яких утворюють спадаючу геометричну поширення ультразвукових коливань від об’єкта прогресію зі знаменником рівним 2 -0,5 та першим контролю до приймаючого перетворювача - t3 членом, рівним акустичному опору матеріалу (Фіг.2,б): п’єзоелектричного елемента та додатково викориT2 = t1+t2+t3. стано корпус резонатора, в якому розміщуються та За допомогою дефектоскопа цей час визначаскріплюються між собою демпфер, ється за різницею часів появи пройшовшого через п’єзоелектричний елемент та багатошаровий узго 5 40002 6 3. Патент Сполучених Штатів Америки ОК ехо-імпульсу та зондуючого ехо-імпульсу №4594897 G01N29/04. (Фіг.2,б). 4. О.М. Карпаш, І.В. Рибіцький, М.О. Карпаш. Визначення товщини OK h проводиться за Безконтактний ультразвуковий перетворювач для формулою: вимірювання глибини корозійного пошкодження та æ c ×c ö товщини// Тези доповідей міжнародної науковоh = ( T1 - T2 ) × ç ОК П ÷ çc - c ÷ Пø. è ОК технічної конференції «Міцність та надійність магістральних трубопроводів «МТ-2008», Київ, Україде сОК, сП - швидкість поширення УЗК в матена, 5-7 червня 2008р. - С.49-51. ріалі ОК та повітрі відповідно. 5. О.М. Карпаш, І.В. Рибіцький, М.О. Карпаш. Перелік посилань Експериментальна установка для вимірювання 1. Патент Сполучених Штатів Америки товщини металоконструкцій безконтактним акус№5664456 G01F23/28. тичним методом// Методи та прилади контролю 2. Патент Сполучених Штатів Америки якості. - 2008. - №20. - С.7-12.b. №4976150 G01N29/00. Комп’ютерна верстка В. Мацело Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601