УЛЬТРАЗВУКОВОД

Полезная модель - ультразвуковод относится к устройствам и материалам, обеспечивающим акустическую связь между источником или приемником ультразвуковых (УЗ) колебаний и объектом для решения задач толщинометрии, дефектоскопии и т.п.
При УЗ исследовании объектов с целью определения их размеров или обнаружения в них дефектов между электроакустическим преобразователем (ЭАП), являющимся источником или приемником УЗ колебаний, и поверхностью объекта обычно устанавливают ультразвуководы, которые обеспечивают:
1. акустический контакт ЭАП с поверхностью объекта.
2. требуемый угол передачи (приема) УЗ колебаний.
В дефектоскопии и толщинометрии для решения первой задачи, как правило, применяют различные смазки - плотные жидкости: машинное масло, солидол или УЗ гель [1]. Для экономии часто используют воду [2]. В медицине для УЗ процедур применяют вазелиновое масло, ланолин, глицерин, специальные УЗ гели и воду. При отсутствии смазки воздушная прослойка между ЭАП и поверхностью объекта становится препятствием для высокочастотных УЗ волн.
Для решения второй задачи между ЭАП и объектом обычно устанавливают ультразвуководы акустические призмы или цилиндры (в зарубежных источниках wedge - клины), в которые с одной стороны вводятся, а с другой выводятся УЗ колебания. Если плоскости ввода и вывода не параллельны, то образовавшийся угол, обеспечивает излучение (прием) УЗ колебаний под заданным углом. Акустические призмы обычно выполняются из оргстекла [3], [4], полиимида [5], полиэфирэфиркетона [6] и других материалов. Все перечисленные материалы являются твердыми, так что задачу обеспечения акустического контакта между ЭАП и призмой, а также между призмой и объектом приходится решать с использованием описанных выше жидкостей.
Для построения ультразвуководов могут использоваться гидрогели, которые представляют собой коллоидные гели, средой которых является вода, а дисперсная фаза частично соединяется с водой с образованием желеобразного материала. Дисперсная фаза имеет свойство впитывать воду с постепенным ее возвратом. Обычно гидрогели представляют собой желеобразную массу. Гидрогели применяются в сельском хозяйстве для накопления и постепенной отдачи воды для растений, в контактных линзах, в медицине для сбора избытков влаги и т.д.
Известен ультразвуковод [7], расположенный между ЭАП и объектом исследования, выполненный в виде емкости с жесткими гранями, заполненной желеобразным гидрогелем. Ультразвуковод [7] применяется в медицине для оценки кровотока.
Недостатком ультразвуковода [7] является необходимость в использовании контактных жидкостей, поскольку емкости с жестким корпусом, не обеспечивают хороший контакт ЭАП с объектом.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является ультразвуковод [8], расположенный между ЭАП и объектом исследования - телом пациента, выполненный в виде листа гидрогеля. Такой ультразвуковод обеспечивает прохождение УЗ колебаний между ЭАП и объектом через гидрогель а отсутствие воздушных зазоров достигается за счет упругости тела пациента.
Недостатком такого ультразвуковода является ограниченная область применения, связанная с тем, что они пригодны только для упругих или гладких объектов. Отсутствие воздушных зазоров между ЭАП и объектом в первом случае обеспечивает упругость объекта, например, тело пациента, а во втором гладкость поверхностей ЭАП и объекта.
В широком спектре применений указанные условия не выполняются, и поверхность объекта оказывается жесткой, не плоской и не гладкой. В этих условиях передача и прием УЗ сигналов оказывается затруднительной. Кроме того, для технических применений - дефектоскопии, толщинометрии и других оказывается необходимым ввод (прием) УЗ излучений под определенным углом. Эту задачу не позволяет решить ультразвуковод [8] без использования призм.
Задачи, решаемые заявляемой полезной моделью, состоят в создании ультразвуковода, обеспечивающего акустический контакт ЭАП с объектами, в том числе, имеющими шероховатую, не плоскую, и т.п. поверхность, а также способные передавать (принимать) УЗ колебаний под выбранным углом.
Для решения поставленных задач ультразвуковод, расположенный между электроакустическим преобразователем и объектом исследования, выполнен из эластичного, упругого композиционного материала, содержащего гидрогель, причем форма ультразвуковода соответствует форме объекта исследования и (или) требуемому углу ввода ультразвуковых колебаний.
Существенными отличиями заявляемого ультразвуковода являются:
Ультразвуковод выполнен из эластичного, упругого композиционного материала, содержащего гидрогель. В результате чего сам ультразвуковод обеспечивает акустический контакт с поверхностью объекта, как за счет упругости, так и за счет содержащейся в нем жидкости (воды).
Известные авторам ультразвуководы выполнены из твердых материалов, которым для акустического контакта с объектом необходимы жидкости, вводимые извне.
Форма ультразвуковода соответствует форме объекта исследования и (или) требуемому углу ввода ультразвуковых колебаний. Этот признак позволяет ультразвуководу в наилучшей степени соответствовать форме исследуемого объекта и (или) обеспечить требуемый угол между ЭАП и поверхностью исследуемого объекта.
Известные авторам ультразвуководы имеют плоскую поверхность, как со стороны контакта с ЭАП, так и со стороны объекта исследования.
Заявляемую полезную модель иллюстрируют следующие графические материалы:
Фиг.1 ультразвуковод между ЭАП и объектом.
Фиг.2 ультразвуковод, над шероховатой поверхностью.
Фиг.3 ультразвуковод, сформированный под объект.
Фиг.4 ультразвуковод с заданным углом передачи (приема) УЗ колебаний,
где: 1 - ЭАП, 2 - ультразвуковод, 3 - объект, 4 - гильза.
В качестве материала для заявляемого ультразвуковода может использоваться высокомолекулярное соединение, способное к влагоудержанию и образованию гидрогелей, например, композиционный материал [9] созданный на основе целлюлозы и синтетических гидрофильных полимеров. Полученные таким путем материалы представляют собой эластичные, упругие пластины, которые обладают высокими деформационно-прочностными характеристики и по механическим свойствам схожи с резиной. Такие материалы могут содержать до 90% воды или водных растворов и благодаря этому являются хорошими проводниками УЗ колебаний. Таким образом, указанные материалы способны плотно прилегать к поверхностям ЭАП и объекта и одновременно с этим за счет внутренней влаги обеспечивать надежный акустический контакт.
Заявляемую полезную модель иллюстрируют следующие графические материалы:
Фиг.1 - ультразвуковод между ЭАП и объектом.
Фиг.2 - ультразвуковод, над шероховатой поверхностью.
Фиг.3 - ультразвуковод, сформированный под объект.
Фиг.4 - ультразвуковод с заданным углом передачи (приема) УЗ колебаний,
где: 1 - ЭАП, 2 - ультразвуковод, 3 - объект, 4 - гильза.
ЭАП 1 предназначен для излучения приема УЗ колебаний и имеет плоскую жесткую поверхность в плоскости излучения.
Ультразвуковод - 2 предназначен для обеспечения передачи УЗ колебаний и плотного акустического контакта с ЭАП 1 с одной стороны и объектом 3 с другой.
Объект 3 является предметом УЗ исследований или обработки. Поверхность объекта 3 может быть ровной и плоской (фиг.1), шероховатой (фиг.2) или искривленной (фиг.3).
Гильза 4 закреплена на ЭАП 1 и предназначена для удержания ультразвуковода 2 под ЭАП 1 при перемещениях последнего по поверхности объекта 3. Ультразвуковод 2 изготавливают по размеру таким, чтобы он помещался в емкость образованную ЭАП 1 и гильзой 4 и по высоте выступал за нее.
Перед началом работ ультразвуковод 2 помещают в жидкость, например, в воду и удерживают до полного впитывания. Помещают ультразвуковод 2 в гильзу 4 и прижимают ЭАП 1 через ультразвуковод 2 к объекту 3. При этом за счет упругости ультразвуковода 2 обеспечивается плотный контакт, как с ЭАП 1, так и с объектом 3, а звукопроводность достигается, благодаря гидрогелю, фиг.1. Если поверхность объекта 3 - шероховатая, фиг.2, то прилегание обеспечивается за счет упругости ультразвуковода 2. Для объектов 3 сложной формы, например, труб, фиг.3 ультразвуковод 2 может быть выполнен соответствующей формы, а не идеальное сопряжение объекта 3 и ультразвуковода 2 обеспечивается за счет упругих свойств последнего. Наконец, если требуется передать (принять) УЗ колебания под определенным углом ультразвуковод 2 изготавливают соответствующей формы, фиг.4.
При перемещении ЭАП 1 по объекту 3 ультразвуковод 2 выделяет небольшое количество воды, обеспечивающее акустический контакт ЭАП 1 с объектом 3, причем вода расходуется достаточно экономно. При УЗ дефектоскопии заявляемый ультразвуковод может применяться при ручных измерениях, при которых продолжительность измерений и величина перемещений ЭАП 1 по поверхности объекта 3 невелики.
Преимущества заявляемого ультразвуковода заключаются в том, что используемый материал одновременно решает задачи плотного прилегания к поверхности объекта за счет упругих свойств, звукопроводности - за счет гидрогеля, а при необходимости - передачи (приема) УЗ колебаний под заданным углом.
Источники информации:
1. http://www.geopribori.ru/catalog.php?id=123/.
2. Кузембаев М.Р. Совмещенный вагон-дефектоскоп ПС-483 на Южно-Уральской железной дороге / В мире неразрушающего контроля" №1 (27), 2005, стр.77-78.
3. Патент RU 2264618
4. Патент RU 2284615
5. АС СССР SU 1762227
6. Патент RU 80957
7. Патент US 4459854 (GB 2102657)
8. Патент СА 2173900 (А1)
9. Патент RU 2298022