МНОГОКАНАЛЬНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области ультразвукового контроля и может быть использована для автоматизированного или автоматического ультразвукового контроля труб, листового и сортового проката.
Известен ультразвуковой преобразователь, так называемый, «раздельно-совмещенный преобразователь» (PC), содержащий в одном корпусе две призмы, разделенные экраном, и с наклеенными на призмы активными элементами. На одну из призм обычно наклеивают только излучающие элементы (один или более), на другую - только приемные (один или более) [1].
Такая конструкция, а именно, наличие двух призм, разделенных электромагнитным и/или акустическим экраном, позволяет максимальным образом избавиться от так называемых реверберационных шумов, характерных для совмещенного преобразователя, и минимизировать «мертвую зону» вдоль направления излучения/приема. Как правило, такие преобразователи возбуждают и принимают ультразвук по направлению нормали к поверхности объекта контроля, и используются в основном для обнаружения дефектов, а так же при толщинометрии стенок труб, листов, а так же изделий, имеющих приблизительно параллельные друг другу поверхности. Эти поверхности отражают упругие волны в направлении излучения, которые регистрируются приемными элементами преобразователя, формируя информационные сигналы, по которым определяют исправность акустических и электронных каналов, наличие или отсутствие дефектов, толщину стенки, а так же состояние акустического контакта преобразователя с поверхностью объекта контроля.
Недостатком такого преобразователя является невозможность его использования для обнаружения дефектов, в общем случае непараллельных поверхности ввода ультразвука.
Известен ультразвуковой преобразователь, так называемый, «наклонный призматический преобразователь» (НП), содержащий корпус и находящуюся в нем призму с наклеенными на нее одним или несколькими активными приемо-излучающими элементами, возбуждающий и принимающий упругие колебания, как правило, под некоторым углом к поверхности объекта контроля. Такие преобразователи широко применяются в промышленности, например, при контроле труб, стенок сосудов, котлов, сварных соединений. Недостатком такого преобразователя является то, что в большинстве практических случаев конструкция такого преобразователя не обеспечивает наличие «опорных» сигналов, а значит, возникает сложность в определении исправности преобразователя и состоянии его акустического контакта с изделием [2, 3].
Особенно неприятной является ситуация, когда диагностика качества и целостности изделий осуществляется с помощью многоканальных систем автоматического ультразвукового контроля. Достоверность и техническая корректность контроля при отсутствии надежной информации о качестве акустического контакта, часто вызывает возражения со стороны инспектирующих организаций.
Известен ультразвуковой преобразователь, призма которого содержит по крайней мере одну дополнительную пьезо-пластину для излучения в металл продольных волн приблизительно в том же месте, где вводится основная поперечная волна. Эта дополнительная пластина предназначена для оценки акустического контакта призмы с объектом контроля, имеющего, параллельные или квази-параллельные участки поверхности, позволяющие сформировать с помощью продольных волн опорные сигналы. К таким объектам контроля могут быть отнесены трубы, конструкции из листового или сортового проката [4].
К недостаткам такого технического решения относится невозможность его применения для оценки исправности и идентичности основных каналов электронно-акустического тракта.
Известен ультразвуковой преобразователь, принятый нами за прототип, содержащий корпус, электрический кабель с разъемом, призму, выполненную, например, из органического стекла, смонтированный на ней набор акустически изолированных друг от друга пьезоэлектрических элементов, 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. [5].
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.
В известной полезной модели достигается повышение качества и достоверности автоматизированного ультразвукового контроля, снижение влияния «человеческого фактора», упрощение конфигурации, сокращение времени на настройку системы.
Однако, известный преобразователь не в состоянии с достаточной степенью надежности обнаруживать разнообразно ориентированные несплошности, поскольку количество эффективных направлений возбуждения и приема ультразвука в нем ограничено.
Целью настоящего изобретения - полезной модели является создание многоканального преобразователя, не только обладающего всеми характеристиками и положительными свойствами прототипа, но и позволяющего осуществлять проверку исправности и идентичности всех каналов электронно-акустического тракта.
Указанная цель достигается тем, что в многоканальном ультразвуковом преобразователе, содержащем корпус, как минимум одну акустическую призму, и приемоизлучающие пьезоэлектрические элементы, внутри призмы, в пространстве между пьезоэлектрическими элементами и поверхностью призмы, примыкающей к объекту контроля, дополнительно размещен или сформирован, по крайней мере, один отражатель ультразвуковых импульсов, причем расстояние R между пьезоэлектрическими элементами и отражателем выбирается из условия R>C∗To/2, где C - скорость упругой волны в материале призмы, То - длительность переходных процессов в электронно-акустическом тракте после воздействия зондирующего импульса.
Цель достигается и тем, что отражатель/отражатели выполнен(ы) в виде цилиндра/цилиндров, ось которого/которых перпендикулярна акустической оси пьезоэлектрических элементов.
Достижению цели способствует так же то, что акустическая призма выполнена, например, из жидкости, отделенной от объекта контроля звуко-прозрачной мембраной, а отражатель/отражатели выполнены в виде, например, игл, из материала, акустический импеданс которого существенно отличается от импеданса жидкости, образующей призму. К таким материалам относится, например, стальная или медная проволока.
Полезный результат: ультразвуковой преобразователь, будучи подключенным к соответствующей генераторной/приемной электронной аппаратуре, позволяет в любой момент времени проверить исправность и идентичность любых каналов электронно-акустического тракта. Тем самым повышается надежность ультразвукового контроля, улучшается воспроизводимость его результатов.
Рисунки
Фиг.1, фиг.2 Возможный вариант преобразователя- полезной модели. В призмы внедрены проволочные отражатели (иглы), позволяющие отразить некоторую небольшую часть излученной в призму энергии в направлении пьезоэлектрических элементов, и сформировать дополнительные опорные сигналы, по амплитуде которых можно судить об исправности и/или идентичности каналов электронно-акустического тракта. Возможный вариант преобразователя - полезной модели. Отражатели выполнены в виде цилиндрических сверлений, материал заполнения которых существенно отличается по своему импедансу от материала призмы. В простейшем случае таким материалом может стать газ или воздух.
Фиг 3, фиг.4. Возможный вариант преобразователя - полезной модели. Призма выполнена из жидкости или геля. Отражатели выполнены в виде струн из материала, акустический импеданс которого существенно отличается от импеданса призмы.
Описание вариантов конструкции преобразователя.
Многоканальный ультразвуковой преобразователь содержит корпус 1, как минимум одну акустическую призму 2, и приемоизлучающие пьезоэлектрические элементы 3. Внутри призмы 2, в пространстве между пьезоэлектрическими элементами 3 и поверхностью П призмы 2, примыкающей к объекту контроля, дополнительно размещен или сформирован по крайней мере один отражатель 4 ультразвуковых импульсов, причем расстояние R между пьезоэлектрическими элементами и отражателем выбирается из условия R>C∗To/2, где C - скорость упругой волны в материале призмы, То - длительность переходных процессов в электронно-акустическом тракте после воздействия зондирующего импульса.
Отражатель/отражатели 4 выполнен(ы), может (могут быть) в виде цилиндрических сверлений - пустот (условно не показаны) 5, ось которого/которых перпендикулярна акустической оси пьезоэлектрических элементов 3.
Акустическая призма 2 может быть выполнена, например, из жидкости, отделенной от объекта контроля звуко-прозрачной мембраной 6.
Отражатель/отражатели 4 могут быть выполнены, например, в виде цилиндров (игл) 7, из материала, акустический импеданс которого существенно отличается от импеданса жидкости, образующей призму.
Отражатель/отражатели 4 могут быть выполнены, например, в виде струн 8, из материала, акустический импеданс которого существенно отличается от импеданса жидкости, образующей призму.
Для установки игл 7 предусмотрены кронштейны 8. Для установки струн 9 предусмотрены кронштейны 10.
Источники информации
1. А.С. СССР №1534388
2. А.С. СССР №603896
3. Патент США №2,667,780
4. А.С. СССР №415572
5. Патент РФ №113585