Спосіб вимірювання розподілу акустичного тиску на поверхні ультразвукового перетворювача

Реферат: Винахід належить до неруйнівного ультразвукового контролю і може знайти застосування в системах ультразвукової діагностики та контролю акустичних параметрів ультразвукових перетворювачів. Спосіб вимірювання розподілу акустичного тиску на поверхні ультразвукових перетворювачів полягає у збудженні ультразвукового перетворювача та скануванні його поверхні вимірювальним перетворювачем. Поверхня ультразвукового перетворювача сканується малоапертурним магнітострикційним перетворювачем з акустичним навантаженням, а акустичний сигнал перетворюється в електричний сигнал, за параметрами якого визначається рівень акустичного тиску. Технічним результатом винаходу є можливість досліджувати розподіл акустичного тиску на поверхні ультразвукових перетворювачів в умовах їх реального акустичного навантаження, що забезпечує підвищення просторової роздільної здатності вимірювального перетворювача. UA 105611 C2 (12) UA 105611 C2 UA 105611 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до неруйнівного ультразвукового контролю і може знайти застосування в системах ультразвукової діагностики та контролю акустичних параметрів ультразвукових перетворювачів. Відомий спосіб вимірювання акустичного тиску ультразвукових перетворювачів з використанням акустичного навантаження у вигляді тестових зразків, який передбачає збудження ультразвукового перетворювача, сканування вимірювальним перетворювачем поверхні тестового зразка, перетворення акустичної енергії в електричну та визначення акустичного тиску за амплітудою електричного сигналу (ГОСТ 23702-90. Преобразователи ультразвуковые. Контроль неразрушающий. Методы испытаний. - М: Изд-во стандартов, 1991. 35 с.). Відомий спосіб призначений для визначення акустичного тиску в дальній зоні перетворювача і не дозволяє вимірювати розподіл акустичного тиску на поверхні ультразвукових перетворювачів. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого винаходу є спосіб вимірювання розподілу акустичного тиску на поверхні ультразвукового перетворювача, який полягає у електричному збудженні ультразвукового перетворювача, безконтактному скануванні його поверхні оптичним сигналом, визначенні мікропереміщень ділянки поверхні перетворювача і перерахунку цих переміщень в тиск акустичного поля (Jungerman R.L. Measurement of normal surface displacements for the characterization of rectangular acoustic array elements / R.L. Jungerman, P. Bennet, A.R. Selfridge, B.T. Khuri-Yakub, G.S. Kino // J. Acoust. Soc. Am. - 1984. Vol.76, № 2. - P. 516-524.). Цей спосіб має значну похибку вимірювання розподілу акустичного тиску на поверхні ультразвукового перетворювача, оскільки здійснюється без акустичного навантаження перетворювача, тобто на холостому ході, що веде до відмінності роботи ультразвукового перетворювача в цьому режимі та в умовах реального акустичного навантаження, а також за рахунок виникнення додаткової похибки при виконанні непрямих вимірювань. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу вимірювання розподілу акустичного тиску на поверхні ультразвукового перетворювача шляхом сканування його поверхні малоапертурним магнітострикційним перетворювачем з акустичним навантаженням, при цьому акустичний сигнал перетворюється в електричний сигнал, за параметрами якого визначається рівень акустичного тиску, з метою зменшення похибки вимірювання, що дозволяє визначати розподіл акустичного поля на поверхні ультразвукового перетворювача в умовах його реального акустичного навантаження. Поставлена задача вирішується тим, що у способі вимірювання розподілу акустичного тиску на поверхні ультразвукового перетворювача, що передбачає збудження ультразвукового перетворювача, сканування його поверхні вимірювальним перетворювачем, згідно з винаходом, поверхня ультразвукового перетворювача сканується малоапертурним магнітострикційним перетворювачем з акустичним навантаженням, при цьому акустичний сигнал перетворюється в електричний сигнал, за параметрами якого визначається рівень акустичного тиску. Використання малоапертурного магнітострикційного перетворювача дозволяє вимірювати розподіл акустичного тиску на поверхні контрольованого ультразвукового перетворювача в умовах акустичного навантаження, що забезпечує підвищення просторової роздільної здатності вимірювального перетворювача. На фіг. 1 зображено структурну схему пристрою, на якому реалізується спосіб, яка містить формувач зондуючих імпульсів, контрольований ультразвуковий перетворювач, двокоординатний пристрій переміщення останнього, акустичне навантаження, в яке закарбований малоапертурний магнітострикційний перетворювач, блок обробки інформаційних сигналів та пристрій управління. На фіг. 2 наведено: фіг. 2а - розподіл акустичного тиску у відносних одиницях на поверхні досліджуваної 12-елементної фазованої антенної ґратки за умови збудження одного з її елементів, а на фіг. 2б - розподіл акустичного тиску у відносних одиницях на поверхні досліджуваної 12-елементної фазованої антенної ґратки за умови одночасного збудження всіх елементів. Спосіб вимірювання розподілу акустичного тиску на поверхні ультразвукового перетворювача реалізується наступним чином. Формувач зондуючих імпульсів формує електричний сигнал збудження контрольованого ультразвукового перетворювача, який розташовується на поверхні акустичного навантаження. Досліджуваним перетворювачем може бути, наприклад, як окремий п'єзоелектричний перетворювач, так і фазована антенна ґратка. В акустичне навантаження закарбовано акустично розв'язаний з ним малоапертурний магнітострикційний перетворювач, що сприймає 1 UA 105611 C2 5 10 15 акустичний сигнал з ділянки поверхні ультразвукового перетворювача та трансформує його в електричний сигнал. Останній в блоці обробки інформаційних сигналів підсилюється, вимірюються його параметри та візуалізується отриманий розподіл акустичного тиску на поверхні досліджуваного перетворювача. Пристрій переміщення призначений для закріплення та переміщення контрольованого перетворювача відносно приймаючого торця хвилеводу малоапертурного магнітострикційного перетворювача. Процесом сканування, вимірювання та візуалізації отриманих результатів керує пристрій управління. Даний спосіб дозволяє вимірювати та досліджувати розподіл акустичного тиску на поверхні ультразвукових перетворювачів в умовах їх реального акустичного навантаження. Принциповим в реалізації даного способу є використання малоапертурного магнітострикційного перетворювача, чутливим елементом якого є хвилевід (дріт з магнітострикційного матеріалу) малого діаметра (за звичай не більше 0,5 мм), який контактує з досліджуваною поверхнею своїм торцем. Спосіб забезпечує підвищення просторової роздільної здатності вимірювального перетворювача за рахунок використання малоапертурного магнітострикційного перетворювача, що дає можливість вимірювати розподіл акустичного тиску по поверхні контрольованого ультразвукового перетворювача в умовах реального акустичного навантаження. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 Спосіб вимірювання розподілу акустичного тиску на поверхні ультразвукового перетворювача, згідно з яким збуджують ультразвуковий перетворювач, сканують його поверхню вимірювальним перетворювачем, який відрізняється тим, що сканування поверхні ультразвукового перетворювача виконують малоапертурним магнітострикційним перетворювачем з акустичним навантаженням, при цьому акустичний сигнал перетворюють в електричний сигнал, за параметрами якого визначають рівень акустичного тиску. 2 UA 105611 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 3