Матриця малоапертурних магнітострикційних перетворювачів

Реферат: Винахід належить до неруйнівного ультразвукового контролю і може використовуватися для визначення параметрів та конфігурації акустичної хвилі в системах ультразвукової діагностики та контролю. Матриця малоапертурних магнітострикційних перетворювачів містить корпус, хвилевід з магнітострикційного матеріалу, котушку збудження, розташовану на хвилеводі, ультразвукове дзеркало, з'єднане з корпусом, демпфер, розташований на кінці хвилеводу та постійний магніт, закріплений на котушці збудження, також оснащена (n-1) хвилеводами з магнітострикційного матеріалу, (n-1) котушками збудження, розташованими на хвилеводах, (n1) демпферами, розташованими на кінцях хвилеводів та (n-1) постійними магнітами, закріпленими на котушках збудження. Технічним результатом винаходу є забезпечення можливості акустичного сканування контрольованого зразка без механічного переміщення первинного перетворювача. UA 107629 C2 (12) UA 107629 C2 UA 107629 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до неруйнівного ультразвукового контролю і може використовуватися для визначення параметрів та конфігурації акустичної хвилі в системах ультразвукової діагностики та контролю. Відомий багатоелементний ультразвуковий перетворювач, який містить n п'єзоперетворювачів, що дозволяє виконувати секторне акустичне сканування контрольованого зразка без механічного переміщення (фазована антенна ґратка) [Pesque P. Methodology for the characterization and design of linear arrays of ultrasonic transducers / P. Pesque, R.H. Coursant, C. Mequio // Acta Electronica. - 1983. - V.25, №4. - Р.325-340]. Елементи цього перетворювача мають значні розміри (зазвичай їх площа контактної поверхні становить 0,1 x 20 мм), що накладає значні вимоги до контрольованого зразка: він повинен мати плоску шліфовану поверхню. Крім того, в силу значної протяжності, кожний п'єзоперетворювач формує акустичне поле з діаграмою напрямленості у формі півциліндра, що дозволяє проводити сканування контрольованого зразка лише в одній площині без механічного переміщення перетворювача. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого винаходу є одноелементний малоапертурний магнітострикційний перетворювач, який складається з хвилеводу з магнітострикційного матеріалу, котушки збудження, розміщеній на хвилеводі, та постійного магніта, закріпленого на котушці збудження, при цьому один кінець хвилеводу вмонтований в ультразвукове дзеркало, а на другому кінці розташований демпфер. Цей перетворювач має малу площу акустичного контакту з. контрольованим зразком та може використовуватись для контролю зразків складної форми [Бабак В.П., Богачев И.В. Амплитудно-фазовый анализ ультразвуковых систем контроля с использованием магнитострикционных преобразователей // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - №3/10 (51), 2011. - С. 66-68.]. Крім того цей перетворювач має діаграму напрямленості у вигляді півсфери, що дозволяє прозвучувати значний об'єм зразка. Такий перетворювач дозволяє визначити факт наявності чи відсутності дефекту, але не дозволяє визначити його просторове положення в зразку. Крім того, для визначення розмірів та місцезнаходження дефекту необхідно виконувати механічне сканування поверхні контрольованого зразка та застосовувати складні алгоритми розрахунку. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення малоапертурного ультразвукового магнітострикційного перетворювача шляхом додаткового оснащення його n подібними магнітострикційними перетворювачами, розташованими у вузлах прямокутної ґратки і розміщеними в одному корпусі, залитими наповнювачем і розділеними магнітними екранами з метою розширення його функціональних можливостей, що дозволить здійснювати контроль нагрітих поверхонь складної форми без її механічного сканування. Поставлена задача вирішується тим, що малоапертурний магнітострикційний перетворювач, який складається з хвилеводу з магнітострикційного матеріалу, котушки збудження, розміщеній на хвилеводі, та постійного магніта, закріпленого на котушці збудження, при цьому один кінець хвилеводу вмонтований в ультразвукове дзеркало, а на другому кінці розташований демпфер, згідно з винаходом, додатково оснащений n магнітострикційними перетворювачами, розташованими у вузлах прямокутної ґратки і розміщеними в одному корпусі, залитими наповнювачем і розділеними магнітними екранами. Розміщення в одному корпусі n+1 малоапертурних магнітострикційних перетворювачів дозволяє приймати сигнали одночасно з n+1 точки на поверхні зразка, що забезпечує можливість електронного управління акустичним променем в режимах випромінювання та прийому без механічного сканування поверхні контрольованого зразка перетворювачем. Виготовлення ультразвукового дзеркала та наповнювача з еластичного матеріалу дозволяє приймаючій поверхні матриці за незначних механічних зусиль в певних межах приймати форму об'єкту контролю, що дає можливість використання матриці малоапертурних магнітострикційних перетворювачів для якісного контролю об'єктів, які мають складну форму. На кресленні представлена матриця малоапертурних магнітострикційних перетворювачів, де 1 - корпус, 2 - ультразвукове дзеркало, 3 - хвилевід, 4 - котушка збудження, 5 - постійний магніт, 6 - наповнювач, 7 - демпфер, 8 - магнітний екран. Принцип роботи запропонованої матриці малоапертурних магнітострикційних перетворювачів полягає в наступному: Акустична хвиля, що потрапляє на ультразвукове дзеркало 2, віддзеркалюється від усієї поверхні дзеркала, крім ділянок поверхні, де розташовані приймаючі кінці хвилеводів 3 малоапертурних магнітострикційних перетворювачів, тому що акустичний імпеданс хвилеводів близький до акустичного імпедансу об'єкта контролю, а акустичний імпеданс ультразвукового дзеркала значно відрізняється від акустичного імпедансу об'єкта контролю. При цьому на приймаючих кінцях хвилеводів збуджується повздовжня акустична хвиля, яка поширюється 1 UA 107629 C2 5 10 15 20 вздовж хвилеводів зі швидкістю с. Через інтервал часу t=1/c від моменту прийому акустичного сигналу, де 1 - відстань між приймаючими кінцями хвилеводів та котушками збудження 4, в котушках збудження виникають електричні сигнали, пропорційні акустичним сигналам внаслідок дії ефекту магнітострикції. Акустичні сигнали, що досягли других кінців хвилеводів, поглинаються демпферами 7. Таким чином паразитних сигналів, відбитих від других кінців хвилеводів не виникає, що сприяє підвищенню роздільної здатності малоапертурних магнітострикційних перетворювачів. Використання постійних магнітів 5, закріплених на котушках збудження 4, забезпечує роботу перетворювачів на лінійній ділянці кривої намагніченості, що зменшує похибку перетворення акустичних сигналів в електричні. Всі малоапертурні перетворювачі розміщені в одному корпусі 1, розділені магнітними екранами 8 та залиті наповнювачем. Конструкція матриці магнітострикційних перетворювачів дозволяє використовувати її для контролю як рідинних об'єктів, так і твердих. Якщо ультразвукове дзеркало та наповнювач виготовити з еластичного матеріалу, то за незначних механічних зусиль приймаюча поверхня матриці може в певних межах викривлятись і повторювати форму об'єкта контролю. Цим забезпечується можливість використання матриці малоапертурних магнітострикційних перетворювачів для контролю об'єктів складної форми. Електричний контакт матриці з зовнішньою вимірювальною схемою може здійснюватись крізь (n+1) електричних з'єднувачів або крізь один багатоконтактний з'єднувач. Котушки збудження можуть бути розташованими на достатній відстані від приймаючої поверхні матриці, що дозволить використовувати матрицю для контролю нагрітих об'єктів. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 Матриця малоапертурних магнітострикційних перетворювачів, що містить перетворювач, який складається з хвилеводу з магнітострикційного матеріалу, котушки збудження, розміщеній на хвилеводі, та постійного магніту, закріпленого на котушці збудження, при цьому один кінець хвилеводу вмонтований в ультразвукове дзеркало, а на другому кінці розташований демпфер, яка відрізняється тим, що додатково оснащена n магнітострикційними перетворювачами, розташованими у вузлах прямокутної ґратки, розміщеними в одному корпусі, залитими наповнювачем і розділеними магнітними екранами. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2