МНОГОКАНАЛЬНЫЙ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области ультразвукового контроля, и может быть использовано при контроле труб, листов, круглой и квадратной заготовки.
Известен ультразвуковой преобразователь, в котором набор пьезоэлектрических элементов сформирован на цельной пластине из пьезоэлектрического материала с низким значением взаимной акустической связи между соседними областями в направлении плоскости пластины, причем пластина имеет металлическое покрытие на обеих ее сторонах, а металлическое покрытие на одной из сторон пластины представляет собой, как правило, единственный, электрически цельный элемент, выполняющий функцию общего электрода, а металлическое покрытие на другой стороне пластины образует параллельные, электрически изолированные друг от друга элементы, длина которых приблизительно равна размеру пластины в месте расположения элемента, а ширина удовлетворяет условию: 10 мм≥H≥0,2 мм, причем количество элементов N, сформированных на пластине удовлетворяет условию: N=2…64 [1].
В известной полезной модели достигается усовершенствование конструкции преобразователя для повышения его эффективности и получения высоких направленных свойств за счет согласования формы ультразвуковой решетки преобразователя с геометрической формой призмы.
Известен многоканальный ультразвуковой преобразователь, принятый нами за прототип, в котором пьезоэлектрические элементы на каждой из призм организованы как минимум в две функциональные группы, расположенные на разных, не параллельных друг другу поверхностях призм, причем одна из призм содержит как минимум одну группу из одного или более только излучающих элементов, а другая призма - как минимум одну группу только приемных элементов, при этом в каждой призме сформирована как минимум еще одна группа приемоизлучающих элементов, причем, по крайней мере, одна из призм содержит как минимум одно отверстие-канал для подвода контактной жидкости в рабочую зону преобразователя [2].
В известной полезной модели достигается повышение качества и достоверности автоматизированного ультразвукового контроля, снижение влияния «человеческого фактора», упрощение конфигурации, сокращение времени на настройку системы.
Однако известные преобразователи не в состоянии с достаточной степенью надежности обнаруживать разнообразно ориентированные несплошности, поскольку количество эффективных направлений возбуждения и приема ультразвука в них ограничено.
Преобразователь, как правило, должен работать в раздельном режиме, когда пьезоэлементы одной призмы излучают упругие импульсы, а другой - принимают сигналы из объекта контроля. Однако это не устраняет полностью проблему достаточно высокого реверберационного фона в преобразователе, обусловленного большим количеством конструктивных отражателей внутри призм, которые являются следствием пилообразного профилирования поверхности призм. Положительной стороной такого преобразователя является возможность осуществлять контроль акустического контакта: например, пьезоэлементы первой группы первой призмы обмениваются частью акустической энергии с элементами второй группы второй призмы. Отрицательной его стороной является ограниченная чувствительность к дефектам, «маскируемых» реверберацией в призмах.
Для снижения уровня реверберационного фона до приемлемого уровня, частота, с которой на ПЭ подаются зондирующие импульсы, должна быть достаточно низкой, что ограничивает скорость сканирования и, как следствие, производительность ультразвукового контроля.
Эти преобразователи не позволяют обнаруживать несплошности, ориентированные иначе, чем поперечно по отношению к оси призм. Ввиду высокого реверберационного фона и наличию акустического экрана, деление элементов на полоски не даст положительного эффекта: новые направления прозвучивания (впрочем, существенно ограниченные наличием экрана) только еще более повысят реверберацию в призмах и снизят чувствительность к несплошностям).
Целью настоящей полезной модели является создание ультразвукового преобразователя, позволяющего эффективно, с высокой производительностью, обнаруживать поперечные, а так же разнообразно ориентированные несплошности.
Указанная цель достигается тем, что в ультразвуковом многоканальном многофункциональном преобразователе, имеющем, по крайней мере одну призму и по крайней мере одну группу пьезоэлементов, по крайней мере один электрод каждого из которых разделен на полоски, как минимум две из которых имеют ширину (0,1÷3)·λ, где λ - длина ультразвуковой волны, излучаемой в призму, пьезоэлементы указанной группы находятся в разных, но почти параллельных друг другу плоскостях, причем пьезоэлементы этой группы размещены в специально организованных нишах-отверстиях, выполненных в призмах таким образом, что все они отделены друг от друга материалом призмы и окружены материалом призмы как минимум с четырех сторон.
Цель достигается так же тем, что призма, в которую интегрированы пьезоэлементы по п.1, выполнена как минимум из двух частей, акустически и механически связанных между собой с помощью клеевого соединения.
Достижению цели способствует так же то, что, по крайней мере, на одной из призм сформирована одна дополнительная группа пьезоэлементов, расположенных в плоскости, параллельной той поверхности призмы, которая предназначена для осуществления акустического контакта с объектом контроля. Эта группа применяется для толщинометрии и/или мониторинга акустического контакта - в том числе для группы, пьезоэлементы которой расположены в нишах.
Цель достигается так же за счет того, что в призме/призмах сформированы специальные технологические каналы, соединяющие ниши с наиболее удаленной от объекта контроля поверхностью призм. Эти каналы используются для подвода инструмента, обеспечивающего давление на поверхность ПЭ в процессе их приклейки к призме.
Рисунки
Фиг.1а), 1б), - конструкция преобразователя - аналога полезной модели (призма состоит из одной части), (пила).
Фиг.1c), 1d), 1e) - конструкция преобразователя - аналога полезной модели (призма состоит из двух частей), (пила).
Фиг.2а), 2б) - конструкция преобразователя - прототипа.
Фиг.3-фиг.12 - варианты конструкций преобразователя - предлагаемой полезной модели. Показаны технологические каналы, обеспечивающие давление на поверхность ПЭ в процессе их приклейки к призме.
Фиг.13 и фиг.14 - ход лучей внутри призмы, который демонстрирует отсутствие реверберации в призме полезной модели.
Описание конструкции предлагаемой полезной модели преобразователя.
В ультразвуковой многоканальном многофункциональном преобразователе, имеющем по крайней мере одну призму 1 и по крайней мере одну группу пьезоэлементов 2, по крайней мере один электрод (условно не показан) каждого из которых, разделен на полоски 3, как минимум две из которых имеют ширину (0,1÷3)·λ, где λ - длина ультразвуковой волны, излучаемой в призму 1, пьезоэлементы 2 указанной группы находятся в разных, но параллельных друг другу плоскостях, причем пьезоэлементы 2 этой группы размещены в специально организованных нишах-отверстиях 4, выполненных в призмах 1 таким образом, что все они отделены друг от друга материалом 5 призмы 1 и окружены материалом 5 призмы 1 как минимум с четырех сторон.
Кроме того, призма 1, в которую интегрированы пьезоэлементы 2, может быть выполнена как минимум из двух частей 6 и 7, акустически и механически связанных между собой с помощью, например, клеевого соединения.
По другому варианту, по крайней мере, на одной из призм 1 сформирована дополнительная группа пьезоэлементов 8, расположенных в одной плоскости, параллельной поверхности призмы, входящей в акустический контакт с объектом контроля, применяющаяся для толщинометрии и/или мониторинга акустического контакта, как для дополнительной группы пьезоэлементов 8, так и группы, пьезоэлементы 2 которой расположены в нишах 4.
Дополнительно, согласно другому варианту, в призме/призмах могут быть сформированы специальные технологические каналы 9, соединяющие ниши 4 с наиболее удаленной от объекта контроля поверхностью призм 1. По одному из вариантов для установки пьезоэлементов 8 дополнительной группы предусмотрены вставки 10.
Источники информации
1. Патент РФ 113585
2. Патент РФ 136582