Перетворювач збудження і прийому ультразвукових акустичних хвиль

Перетворювач збудження та прийому ультразвукових акустичних коливань, який складається зі збуджуючого електрода (верхньої пластини конденсатора), діелектричної плівки та об'єкта контролю (нижньої пластини конденсатора), який відрізняється тим, що збуджуючий електрод виконаний у вигляді кругової пластини, а приймальний електрод виконаний у вигляді плоского кільця, середній радіус якого розташований в зоні максимальної амплітуди акустичних коливань поверхні об'єкта контролю, яка знаходиться зі співвідношення:     2R 2R sin r 1  cos2   1  cos r 1  cos2   a  a  r r      2R  2R r 2 r 1 cos2  r 1 cos2  2  0U0 cos 2t a r a r Uz R   ddr , 16d2K 0 2R 0 0 r 1 cos2  r (13) 60639 ном використовується повітряно-акустичний зв'язок. В другому (конденсаторному) варіанті однією з обкладок конденсатора слугує сам об'єкт контролю. На ємнісний перетворювач подають поляризуючу напругу (постійну і змінну у часі), що створює тиск на поверхню об'єкта контролю електростатичного походження, який збуджує в поверхневому шарі зразка пружні коливання. Після зняття напруги ємнісний перетворювач переходить в режим прийому акустичних коливань, тобто коливання поверхні модулюють повітряний прошарок між обкладинками конденсатору, що змінює його ємність. (11) Корисна модель належить до методів неруйнівного контролю і може бути використана в ультразвуковій дефектоскопії. На сьогодні відомі два основні типи електростатичних перетворювачів безконтактного збудження і прийому ультразвукових коливань [1]. Перший - перетворювач мікрофонного типу, що працює як конденсаторний мікрофон. Рухливий елемент в ньому - тонка фольга, натягнута над плоскою основою та відділена від нього дуже малим зазором. Фольга з основою утворюють конденсатор. При подачі на обкладинки конденсатора змінної електричної напруги фольга притягається до основи. Коливання від фольги до об'єкта контролю передаються повітряним шляхом, таким чи UA r - радіус збуджуючого електрода;  - параметр інтегрування; R - середній радіус приймального електрода; K0 - хвильове число K 0  a 2   ;  - щільність матеріалу об'єкта контролю. (19) де  - циклічна частота збуджуючої напруги; U0 - амплітуда поляризуючої напруги;  - діелектрична проникність прошарку; 0- діелектрична проникність вакууму; d - відстань між електродом і поверхнею об'єкта контролю; a - швидкість звуку в матеріалі об'єкта контролю; U  3 Найбільш близьким до запропонованого перетворювача в режимі збудження пружних коливань є перетворювач виконаний у вигляді круглого електрода, який разом з діелектричним прошарком притиснутий до металевого зразка силою 10 Н [2]. Найбільш близьким приймачем до запропонованого пристрою являється ємнісний приймач ультразвуку, який складається з електрода, металізованої поверхні зразка та паперової чи полімерної плівки, розташованої між ними. Приймач працює наступним чином. Повітряний конденсатор поляризований постійною напругою, що подається через великий опір. Ультразвукові імпульси змушують вібрувати поверхню об'єкта контролю і тим самим модулюють повітряний зразок. Високочастотний імпульс, що виникає на клемах конденсатора може бути посилений та виміряний [3]. Недоліком таких перетворювачів є те, що збудження та прийом ультразвукових коливань здійснюється іншими пристроями (п'єзодатчик, лазер), а об'єднання режимів збудження та прийому по 60639 4 перше ускладнюється низькою чутливістю перетворювача, а по-друге складністю створення високої напруги електричного поля в режимі збудження. В основу корисної моделі поставлено завдання створити конденсаторний перетворювач, використання якого дозволило б забезпечити максимальну чутливість в режимі збудження та прийому. Для вирішення поставленої задачі пропонується перетворювач збудження та прийому ультразвукових акустичних коливань, який складається зі збуджуючого електрода (верхньої пластини конденсатора), діелектричної плівки та об'єкта контролю (нижньої пластини конденсатора), який відрізняється тим, що збуджуючий електрод виконаний у вигляді кругової пластини, а прийомний електрод виконаний у вигляді плоского кільця, середній радіус якого розташований в зоні максимальної амплітуди акустичних коливань поверхні об'єкта контролю, яка знаходиться зі співвідношення:     2R 2R sin r 1  cos2   1  cos r 1  cos2   a  a  r r      2R  2R r 1 cos2  r 1 cos2   U2 cos 2t r 2 a r a r R  0 02 Uz ddr,  2R 16d K 0 0 0 r 1 cos2  r де  - циклічна частота збуджуючої напруги; U0 - амплітуда поляризуючої напруги;  - діелектрична проникність прошарку; 0 - діелектрична проникність вакууму; d - відстань між електродом і поверхнею об'єкта контролю; a - швидкість звуку в матеріалі об'єкта контролю; r - радіус збуджуючого електрода;  - параметр інтегрування; R - середній радіус прийомного електрода; 2 K0 - хвильове число K0=a ·;  - щільність матеріалу об'єкта контролю. На фіг.1 зображено зовнішній вигляд перетворювача для збудження і прийому ультразвукових акустичних хвиль, а на фіг.2 графічна залежність амплітуди Uz коливань поверхні об'єкта контролю, які розраховані за наданою формулою. На фіг.1 позначені: 1 - збуджуючий електрод, 2 - прийомний електрод, 3 - діелектричний прошарок, 4 - об'єкт контролю, 5 - генератор, 6 - вимірювач ємності. Даний спосіб реалізується наступним чином. З генератора 5 на збуджуючий електрод 1 подається синусоїдальна напруга амплітудою U0 та частотою . В поверхні об'єкта контролю 4 збуджуються акустичні коливання з заданим поверхневим розподілом, які модулюють діелектричний прошарок 3 між об'єктом контролю 4 та прийомним електродом 2. Сигнал у вигляді змінної ємності прийомного електрода 3 подається на вимірювальний пристрій 6. Розташування прийомного електрода (відстань R) та його розміри (площа) обираються за зоною максимальної амплітуди акустичних коливань поверхні об'єкта контролю, яка розташована за зоною збуджуючого електрода. Таким чином, даний спосіб та пристрій при дотриманні заданих параметрів забезпечує максимальну чутливість ємнісного перетворювача в режимі прийому пружних акустичних коливань поверхні об'єкта контролю. Джерела інформації: 1. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7т. Под общ. ред. В.В. Клюева. Т.3: Ультразвуковой контроль / И.Н. Ермолов, Ю.В. Ланге. - М.: Машиностроение, 2004. - 864с. 2. Дробот Ю.Б., Кондратьев А.И., Луговой В.А. Возбуждение коротких упругих импульсов емкостным методом. // Дефектоскопия. - 1983. - №3. С.35-37. 3. Гитис М.Б., Добромыслов В.М., Сажин В.В. Определение некоторых параметров датчиков ультразвуковых дефектоскопов. // Дефектоскопия. - 1971. - №1. - С.51-57. 5 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 60639 6 Підписне Тираж 24 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