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.