УЛЬТРАЗВУКОВАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА

Полезная модель относится к пьезоэлектрическим приборам для ультразвукового (УЗ) неразрушающего контроля металлических объектов путем их сканирования, в частности, в прокатном и трубном производстве при автоматизированном неразрушающем контроле труб, сортового и листового проката.
Из патентного документа RU 2335038 C1 известна УЗ антенная решетка, содержащая призму с пьезоэлементами, в которой призма выполнена в виде периодической ступенчатой структуры.
Однако известное устройство не позволяет обеспечить высокую равномерность чувствительности по всей длине решетки из пьезоэлементов, что вызвано невозможностью на практике существенного увеличения числа активных элементов на единицу площади рабочей поверхности антенной решетки, так как существует ряд ограничений физического характера, задающих минимально возможные размеры пьезоэлектрических пластин электроакустических преобразователей. По данной причине для снижения вероятности пропуска дефекта в объекте контроля выставляют более низкий порог срабатывания дефектоскопа, что приводит к неприемлемо высокому уровню перебраковки.
Задачей является уменьшение перебраковки в процессе контроля.
Обеспечиваемый настоящей полезной моделью технический результат заключается в повышении равномерности чувствительности УЗ антенной решетки на всем протяжении ее зоны захвата.
Технический результат достигается благодаря тому, что в УЗ антенной решетке, содержащей призму с пьезоэлементами, данная призма выполнена в виде периодической ступенчатой структуры, причем указанная призма разделена на по меньшей мере первую и вторую части, характеризующиеся равной периодичностью структуры и расположенные в плане параллельно с относительным сдвигом в половину периода, лежащие при этом в пересекающихся плоскостях.
В частном случае реализации решетки акустические оси пьезоэлементов первой части призмы расположены под углом 0<α≤38° к акустическим осям пьезоэлементов второй части призмы.
Полезная модель поясняется фиг. 1 и 2, на которых изображена конструкция устройства.
Осуществление полезной модели показано на следующем примере предпочтительной реализации настоящего технического решения.
УЗ антенная решетка представляет собой многоканальный пьезоэлектрический преобразователь и содержит призму 1 с пьезоэлементами 2.
Призма 1 выполнена из органического стекла в виде периодической ступенчатой структуры. При этом призма 1 разделена на первую и вторую части 3 и 4, образующие два параллельных ряда ступеней, с одинаковым периодом d структуры. Части 3 и 4 призмы 1 расположены с относительным сдвигом S, причем S=d/2.
Пьезоэлементы 2 являются активными элементами и представляют собой электроакустические преобразователи пьезоэлектрического типа. Благодаря сдвигу между рядами ступеней призмы 1 пьезоэлементы 2 размещены в шахматном порядке.
Первая часть 3 призмы 1 лежит в плоскости N, а вторая часть 4 призмы 1 расположена в плоскости M. Плоскость M пересекается с плоскостью N, в результате чего пьезоэлементы 2 установлены вразвал, а их акустические оси x и y находятся под углом α и пересекаются в точке F, образуя зону фокусировки устройства (прозвучиваемую не одним, а по меньшей мере двумя пьезоэлементами 2, как показано на фиг. 2), в зависимости от целей контроля, на поверхности или в толщине или на нижней поверхности объекта контроля. На практике 0<α≤38°. Нижняя поверхность призмы 1 выполнена профилированной по форме и радиусу объекта контроля для максимально полного прилегания призмы к его поверхности.
Данная реализация устройства работает следующим образом.
УЗ антенную решетку размещают на поверхности объекта контроля. На контакты пьезоэлементов 2 подают электрические сигналы, преобразуемые в упругие колебания. Затем регистрируют отраженные сигналы от внутренних дефектов объекта контроля. После этого перемещают устройство относительно объекта контроля, например вращая объект контроля с одновременным линейным сдвигом устройства перпендикулярно оси вращения. Данные действия повторяют и таким образом сканируют объект контроля.
При этом допустимы различные варианты хода УЗ луча, включая излучение сигнала пьезоэлементом 2, расположенным на поверхности первой части 3 призмы 1 с последующим приемом отраженного сигнала пьезоэлементом 2, расположенным на поверхности второй части 4 призмы 1, или излучение и прием одним и тем же пьезоэлементом 2. Однако благодаря тому, что призма разделена на по меньшей мере первую и вторую части, характеризующиеся равной периодичностью структуры, расположенные в плане параллельно с относительным сдвигом в половину периода и лежащие в пересекающихся плоскостях, в любом случае обеспечивается перекрытие зоны контроля большим числом пьезоэлементов 2, так как фактически увеличена плотность размещения активных элементов, что позволяет достичь повышения равномерности чувствительности УЗ антенной решетки на всем протяжении ее зоны захвата (активной зоны). Наилучшие результаты получают при соблюдении условия 0<α≤38°, так как данный угол влияет на фокусировку каждого из активных элементов, от чего зависит перекрытие прозвучивания, а следовательно и чувствительность УЗ антенной решетки.