- •7. Акустичні перетворювачі
- •7.1. Класифікація способів отримання акустичних хвиль
- •7.1.1. Механічні способи збудження акустичних хвиль
- •7.1.2. Термічні способи збудження акустичних хвиль
- •7.1.3. Електромагнітомеханічні способи збудження і приймання акустичних хвиль
- •7.1.4. Перетворення на основі електромеханічно активних речовин
- •7.2. Основи теорії п’єзоелектричних перетворювачів
- •7.2.1. Механізм п'єзоефекту
- •7.2.2. Електромеханічні зв'язки в п’єзоелементі
- •7.2.3. Схеми і рівняння п′єзоелектричного перетворення
- •7.2.4. Коефіцієнт електромеханічного зв'язку
- •7.2.5. Еквівалентна схема п′єзоелемента
- •7.3. П′єзоелектричні матеріали і п'єзоелементи
- •7.3.1. П'єзоматеріали
- •7.3.2. Технологія виготовлення п’єзоелементів
- •7.4. Ультразвукові перетворювачі
- •7.4.1. Класифікація ультразвукових перетворювачів
- •7.4.2. Конструкції перетворювачів і їх основні елементи
- •5 Електричний з'єднувач; 6 струмовідвід; 7 заливальний компаунд;
- •8 Контактний шар (рідина); 9 акустична пастка; 10 ок.
- •1 Пакет п’єзоелементів із зустрічною поляризацією, електрично включених паралельно;
- •2 Демпфер; 3 струмопідвідні провідники.
- •1 П’єзоелемент; 2 демпфер; 3 протектор; 4 корпус; 5 кришка корпусу;
- •6 Струмовідводи; 7 заливальний компаунд; 8 рознім; 9 акустичний уловлювач.
- •1 П’єзоелемент; 2 демпфер
- •3 Узгоджувальний шар; 4-коропус; 5-притискна гайка; 6-синтетична плівка;
- •1 П’єзоелемент; 2 демпфер; 3 твердотільна акустична лінія затримки;
- •4 Корпус; 5 електричний рознім; 6 струмовідвід; 7 заливальний компаунд;
- •8 Ізоляційна шайба; 9 акустичний уловлювач
- •10 Електроізоляційна втулка; 11 розсіювач призми; 12 сигнальний вивід
- •3 Заливальна маса; 4 корпус; 5 електропідвідний кабель; 6 розсіювач
- •1 П′єзоелемент; 2 демпфер; 3 циліндровий протектор; 4 котактна рідина; 5 призма
- •3 Заливальна маса; 4 корпус; 5 електричні з'єднувачі;
- •6 Електроакустичний екран; 7 контактний шар рідини;
- •7.4.3. Технологія виготовлення перетворювачів
- •7.7. Стислий зміст розділу 7
3 Заливальна маса; 4 корпус; 5 електропідвідний кабель; 6 розсіювач
Можливими є два підходи. В одному з них у призмі роблять спеціальну вибірку, в якій розміщується п′єзоелемент, приклеєний до призми, який заливається компаундом (рис.7.40, а). Компаунд фіксує п′єзоелемент і одночасно виконує функції демпфера.
В іншій конструкції призму з приклеєним п′єзоелементом розміщують в спеціальному корпусі і фіксують її заливанням компаундом (рис. 7.40, б). Компаунд демпфує коливання п′єзоелемента і одночасно зменшує коефіцієнти віддзеркалення від граней призми. Така конструкція дозволяє зменшити розміри похилих перетворювачів. Загальний недолік нерознімних конструкцій виникнення великих термічних напружень на межах п′єзоелемент призма і п′єзоелемент заливка.
Різновидом похилих перетворювачів є перетворювачі зі змінним кутом уведення (рис. 7.41), в яких кут падіння ультразвукового пучка можна регулювати в широких межах. Для зміни кута введення, як правило, використовують спеціальний профіль призми.
Рис. 7.41. Схеми конструкцій перетворювачів із змінним кутом падіння:
а внутрішнє розташування п′єзоелемента; б зовнішнє розташування п′єзоелемент;
1 П′єзоелемент; 2 демпфер; 3 циліндровий протектор; 4 котактна рідина; 5 призма
Для зміни кута введення найбільшого поширення набули дві конструкції призми. В одній з них у призмі створюють циліндровий канал, в який поміщають корпус п′єзоелемента з пристосуваннями для зв'язку з механізмом переміщення (рис. 7.41, а). З корпусом п′єзоелемента звичайно сполучений покажчик кута падіння в призмі. П′єзоелемент приклеюють до пів циліндра, діаметр якого дорівнює діаметру каналу. Півциліндр виготовляють з того ж матеріалу, що й призму. Обидві тертьові поверхні добре обробляють для зменшення впливу акустичного контактного шару між ними. Недоліком цього конструкторського рішення є зміна положення точки введення і довжини шляху в призмі ультразвукового пучка в разі зміни кута падіння.
Інша конструкція призми (рис. 7.41, б) передбачає виготовлення її у вигляді частини циліндра, по бічній поверхні якого переміщується п’єзоелемент у корпусі. Перевагою такої конструкції є збереження приблизно постійними і незалежним від кута падіння шляху ультразвукового пучка в призмі і точки введення акустичних коливань в ОК. Лінія уведення збігається з геометричною віссю бічної поверхні (вісь циліндра). Зрозуміло, ці твердження правильні в межах справедливості геометричного наближення в акустиці, і їх виконання погіршується зі зменшенням частоти і розмірів п’єзоелемента.
Головний недолік описаних конструкцій відносно великі розміри і, як наслідок, великий шлях проходження ультразвуку в призмі і його значне загасання.
Роздільно-суміщені
перетворювачі. У
роздільно-суміщеному перетворювачі
призми служать для введення ультразвуку
під невеликим кутом (
),
за якого ще не з'являються поперечні
хвилі, а поздовжні (їх акустичні осі)
перетинаються на шуканому дефекті
(відбивачі). Такі перетворювачі одержали
називають роздільно-суміщеними, оскільки
для зручності роботи приймальний і
випромінювальний п′єзоелементи
об'єднані в загальний корпус. При цьому
п′єзоелементи розташовані по різні
боки електроакустичного екрана 6
і встановлюються на різній висоті для
зменшення можливості прямого
електроакустичного взаємовпливу.
Як для похилого, так і для роздільно-суміщених перетворювачів демпфер виконує в першу чергу функцію утримувача, а може його й зовсім не бути. П′єзоелементи притискують до призми через масляний контактний шар або приклеюють.
Роздільно-суміщені перетворювачі залежно від розв’язуваних завдань можуть бути двох типів: з нормальним уведенням (рис.7.42) і з похилим уведенням (рис.7.43). У роздільно-суміщених перетворювачах довжини випромінюваних пружних сигналів і ревербераційні шуми мало впливають на виявлення близько розміщених дефектів. Тому під час роботи з ними зазвичай використовують досить довгі радіоімпульси у вигляді цугів хвиль. У роздільно-суміщених перетворювачах є акустичні лінії затримки (призми), що створюють необхідну орієнтацію п′єзоелементів.
Рис. 7.42. Схема конструкції роздільно-суміщеного перетворювача з нормальним уводом: 1 п′єзоелемент; 2 призми;
