РАЗРАБОТКА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ 

ПРОДОЛЬНЫХ И ПОПЕРЕЧНЫХ ВОЛН

Паврос С.К., Перегудов А.Н., Шевелько М.М., Курков А.В.

Санкт-Петербург, Россия


Источник: http://book.uraic.ru/project/conf/txt/008/2007/Тезисы/142=Курков.doc



Ультразвуковые исследования зачастую преследуют цель не только определить абсолют-ные значения скоростей, но и связать их с внешними условиями (меняющаяся температура, дав-ление, электрическое поле, механическое напряжение и т. п.) В этом случае принципиально важ-но обеспечить одинаковые условия, как для продольных, так и для поперечных волн. Использо-вание различных акустических систем препятствует этому – при смене системы невозможно точ-ное воспроизведение условий, при параллельном использовании двух систем возбуждения кон-тролируются разные участки образца. В связи с этим, создание преобразователей, способных бы-стро изменить рабочую моду колебаний (с продольной на поперечную и обратно), является важ-ной задачей.
Работы в этом направлении были начаты на кафедре электроакустики и ультразвуковой техники (ЭУТ) ЛЭТИ Л. А. Яковлевым [1], [2] и продолжены сотрудниками кафедры [3]. В на-стоящее время создан ряд образцов преобразователей и акустических систем, решающих задачу одновременного возбуждения продольных и поперечных волн при изменениях в твердых средах. В докладе рассматриваются вопросы разработки таких преобразователей, их конструкция и па-раметры.
Принцип работы двухмодовых преобразователей основывается на выборе среза активного материала пьезопреобразователя, в котором приложенное поле способно вызывать как продоль-ную, так и поперечную деформацию. Эффективность работы пластинчатого преобразователя при этом будет зависеть от резонанса, возникающего в системе, а значит, от частоты приложенного электрического сигнала. Расчет и выбор оптимальных элементов (материалов и толщин) зависит от конструкции акустической системы. Наиболее простая ситуация возникает, когда пьезопла-стина повернутого среза работает через переходный слой на твердое тело. Расчет такой системы при использовании в качестве пьезоактивного материала ниобата лития (LiNbO3) приведен в [1]. Однако такая конструкция удобна только в случае стационарных лабораторных стендов измере-ния скорости ультразвука. Необходимость разработки мобильного выносного датчика, совмес-тимого со стандартными приборами типа дефектоскопа-толщиномера, требует расчета более сложной конструкции, к тому же, требования к форме формируемого импульса в данном случае достаточно высоки. В качестве материала пьезопластины была выбрана пьезокерамика среза Z + 600. Защитный слой выполнен из стекла. В расчетах использовалась разработанная программа определения импульсного отклика в плоской многослойной конструкции с пьезоактивным слоем в режиме излучения и приема.
В докладе приводятся результаты анализа импульсных характеристик преобразователя с различной толщиной пьезоактивного слоя и протектора, параметры конструкции двумодового преобразователя для импульсных измерений на продольных и поперечных волнах 4 и осцилло-граммы акустических сигналов.

Литература


1. Яковлев Л. А. Акустическая система для измерения скоростей распространения продольных и попереч-ных волн в твердых телах Изв. ГЭТУ СПб. Вып. 486// Электроакустика и ультразвуковая техника, 1995. страницы 3 – 10.

2. Яковлев Л. А. Работы кафедры ЭУТ в области высокочастотных пластинчатых преобразователей   Изв. ГЭТУ СПб. Вып. 505// Электроакустика и ультразвуковая техника. 1997, страницы. 32 – 42.

3. Конструкция демпфированного пластинчатого преобразователя с повернутым срезом. Л. А. Яковлев, М. М. Шевелько, А. Н. Перегудов, М. В. Ковалевский // Тр. Нижегородской акустической сессии, Нижний Нов-город 2002. Нижний Новгород, ТАЛАМ, 2002. страницы 294 – 296.

4. Пат.РФ № 2269840/ С. К. Паврос, А. Н. Перегудов, М. М. Шевелько. Электроакустический преобразова-тель. Опубл. 10.02.2006. Бюл.№ 4.