×
27.06.2015
216.013.5a77

Результат интеллектуальной деятельности: УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Использование: для неразрушающего контроля напряженно-деформированного состояния конструкционного материала. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой пьезопреобразователь содержит корпус с нанесенным на его внутреннюю поверхность демпфирующим слоем и расположенную в корпусе призму, демпфер, соединенный с корпусом, и соединенный с демпфером пьезоэлемент, установленный на призме, при этом в основании призмы дополнительно установлены плоскопараллельные прямоугольные металлические пластины с прокладками между ними, причем металлические пластины имеют разные высоты и образуют ступенчатую пирамиду, а размеры плоскопараллельных прямоугольных металлических пластин выбирают исходя из определенных условий. Технический результат: обеспечение возможности ввода продольных ультразвуковых волн в элемент металлической конструкции под углами, близкими к 90°, без применения сложной схемы управления линиями временных задержек импульсов напряжения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к неразрушающему контролю напряженно-деформированного состояния конструкционного материала.

Известен призматический ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь, содержащий пьезоэлемент, установленный на призме, снабженный коническими звукопоглощающими волноводами, установленными на внешней торцевой поверхности пьезоэлемента под заданным углом к ней, и цилиндрическими съемными звукопоглощающими насадками по числу конических волноводов, в которых с торцевой поверхности выполнены конические полости, размеры конических полостей соответствуют размерам конических волноводов, каждая из насадок конической полостью сопряжена с волноводом, материал насадок выбран из условия распространения в них трансформированных на границе раздела поперечных волн [Патент РФ №2055359, МПК G01N 29/24, 1996 г.].

Недостаток известного призматического ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя заключается в том, что он позволяет вводить только поперечные волны в элемент металлической конструкции под углом α вплоть до его второго критического значения ~70°. Однако данное устройство не позволяет вводить продольные ультразвуковые волны в элемент металлической конструкции под углами, близкими к 30°.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является ультразвуковой наклонный пьезопреобразователь, содержащий корпус, расположенную в нем призму, размещенный внутри призмы, соединенный с корпусом демпфер и соединенный с демпфером пьезоэлемент, причем на внутреннюю поверхность корпуса нанесен демпфирующий слой, наружная поверхность призмы образована вращением усеченной гиперболы, а пьезоэлемент размещен в части призмы, предназначенной для установки на контролируемое изделие [Авт. св. РФ №1099274, МПК G01N 29/24, 1984 г.].

Недостаток данного ультразвукового наклонного пьезопреобразователя заключается в том, что он не позволяет получить многоканальный пьезопреобразователь с помощью которого можно вводить продольные ультразвуковые волны в элемент металлической конструкции под определенными углами, близкими к 90°, без применения сложной схемы управления линиями временных задержек импульсов напряжения.

Задачей изобретения является создание одного многоканального пьезопреобразователя, с помощью которого можно вводить продольные ультразвуковые волны в элемент металлической конструкции под определенными углами, близкими к 90°, без применения сложной схемы управления линиями временных задержек импульсов напряжения.

Достигается это тем, что ультразвуковой пьезопреобразователь, содержащий корпус, с нанесенным на его внутреннюю поверхность демпфирующего слоя, и расположенную в корпусе призму, соединенный с корпусом демпфер и соединенный с демпфером пъезоэлемент, установленный на призме, при этом в основании призмы дополнительно установлены плоскопараллельные, прямоугольные металлические пластины, с прокладками между ними, причем металлические пластины имеют разные высоты и образуют ступенчатую пирамиду, при этом толщина плоскопараллельных прямоугольных металлических пластин соответствует условию: а≤λ3/2

где: λ3 - длина ультразвуковой волны в элементе металлической конструкции, мм, а толщина прокладок соответствует условию: b≤λ3/10,

где: λ3 - длина ультразвуковой волны в элементе металлической конструкции, мм, при этом разность высот двух соседних металлических пластин соответствует условию: ,

где: d - расстояние между центрами двух соседних металлических пластин мм; α - угол ввода продольной ультразвуковой волны в элемент металлической конструкции, град., c1 - скорость ультразвука в призме, м/с, c2 и c3 - скорости ультразвука, соответственно, в металлической пластине и элементе металлической конструкции, м/с, а минимальная высота металлической пластины соответствует условию: ,

где n - количество металлических пластин, c1 - скорость ультразвука в призме, м/с, c2 и c3 - скорости ультразвука, соответственно, в металлической пластине и элементе металлической конструкции м/с;

d - расстояние между центрами двух соседних металлических пластин, мм;

α - угол ввода продольной ультразвуковой волны в элемент металлической конструкции, град.

В качестве материала призмы используют, например, органическое стекло или пластические материалы.

Прокладки металлических пластин выполнены из фторопласта.

Наличие плоскопараллельных прямоугольных металлических пластин, имеющих разные высоты и образующих ступенчатую пирамиду, разделенных фторопластовыми прокладками, позволяет получить фазированную решетку, что, в свою очередь, увеличивает угол ввода продольной волны в элемент конструкции, что дает возможность вводить продольные ультразвуковые волны в элемент металлической конструкции под определенными углами, близкими к 90°, без применения сложной схемы управления линиями временных задержек импульсов напряжения.

Сущность изобретения поясняется графически.

На фиг.1 изображен разрез многоканального ультразвукового пьезопреобразователя; на фиг.2 показана схема прохождения плоских ультразвуковых волн через металлические пластины и формирования плоского волнового фронта в элементе металлической конструкции.

Многоканальный ультразвуковой пьезопреобразователь содержит прямоугольный корпус 1 (фиг.1), в котором расположены плоскопараллельный прямоугольный пьезоэлемент 2, проводник 3, присоединенный к верхней плоскости пьезоэлемента 2, демпфер 4, призму 5, изготовленную из органического стекла или из полистирола, капролона, плоскопараллельные прямоугольные металлические пластины 6, разделенные фторопластовыми прокладками 7, причем металлические пластины имеют разные высоты и образуют ступенчатую пирамиду.

Многоканальный ультразвуковой пьезопреобразователь работает следующим образом. На пьезоэлемент 2 посредством проводника 3 подается переменное электрическое напряжение от генератора высокой частоты f и генерируется продольная ультразвуковая волна в призме 5. Волновой фронт последовательно достигает верхних торцов n металлических пластин 6, служащих каналами ультразвуковых волн. Продольные волны распространяются независимо друг от друга в каждой металлической пластине 6 и доходят до поверхности элемента металлической конструкции 8 (фиг.2). При этом разности фаз волн, исходящих от двух соседних металлических пластин 6, одинаковы. Эти волны индуцируют продольные волны в цилиндрическом элементе металлической конструкции 8. Огибающая поверхность волн, распространяющихся в элементе металлической конструкции 8 под углом α к нормали поверхности этого элемента, является плоским волновым фронтом Pn, перпендикулярным направлению распространения этих волн.

В зоне Френеля продольная ультразвуковая волна, генерируемая прямоугольным пьезоэлементом 2 (фиг.1), является плоской. Граница этой зоны определяется формулой

где Sp - площадь рабочей плоскости прямоугольного пьезоэлемента; λ1 - длина ультразвуковой волны в призме 5.

При условии, что

где L1 - высота самой малой металлической пластины, плоский волновой фронт проходит через все металлические пластины 6. В момент t1 волновой фронт доходит до верхнего торца самой малой металлической пластины. При дальнейшем продвижении волновой фронт последовательно достигает верхние торцы металлических пластин 6, служащих каналами ультразвуковых волн. Эти металлические пластины разделены фторопластовыми прокладками 7, имеющими большой коэффициент затухания ультразвука. При этом отсутствуют механические связи между этими прокладками и металлическими пластинами ввиду малого коэффициента трения между фторопластом и металлом.

Согласно методу зон Френеля толщина металлических пластин a должна быть равна или меньше λ3/2, где λ3 - длина ультразвуковой волны в элементе металлической конструкции 8. Толщину фторопластовых прокладок b следует выбрать минимальной: равной или меньшей λ3/10. Расстояние между центрами металлических пластин d (фиг.2). Количество металлических пластин - n.

При прохождении ультразвуковых волн через металлические пластины нижние торцы этих пластин, соприкасающиеся с элементом металлической конструкции 8, индуцируют цилиндрические продольные волны в этом элементе при условии, что толщина металлических пластин a намного меньше их длины. Огибающая поверхность волн, распространяющихся в элементе металлической конструкции под углом α к нормали поверхности этого элемента, является плоским волновым фронтом Pn, перпендикулярным направлению распространения этих волн, в момент времени tn.

В момент времени ti плоский фронт Pi волны, распространяющейся в призме 5, доходит до верхнего торца i-й металлической пластины (фиг.2). Промежуток времени Δti=tn-ti, в течение которого волна, проходящая через i-ю металлическую пластину, достигает плоскости Pn в элементе металлической конструкции 8, равен

где c2 и c3 - скорости ультразвука, соответственно, в металлической пластине и элементе металлической конструкции; Li - высота i-й металлической пластины; Si=d(n-i-1)sinα - геометрический путь волны от поверхности элемента металлической конструкции до плоскости Pn.

Промежуток времени Δti-1=tn-ti, в течение которого волна проходит от плоскости Pi по участку призмы ΔL, через (i-1)-ю металлическую пластину и достигает плоскости Pn, равен

где c1 - скорость ультразвука в призме; Li-1 - высота (i-1)-й металлической пластины; Si-1=d(n-i-2)sinα - геометрический путь волны от поверхности элемента металлической конструкции до плоскости Pn; ΔL=Li-1.

Поскольку Δti-=Δti-1, то, приравнивая выражения (3) и (4), получаем для разности высот i-й и (1-1)-й металлических пластин

которая не зависит от номеров двух соседних металлических пластин. Минимальная высота металлической пластины определяется выражением

где n - количество металлических пластин.

Общая толщина металлических пластин и фторопластовых прокладок

Пример. Расчет элементов конструкции многоканального пьезопреобразователя для введения плоской продольной волны с частотой f=5 МГц под углом α=85° в элемент металлической конструкции, изготовленной из стали марки 20 или марки 3.

В призме, изготовленной из органического стекла, скорость ультразвука c1=2700 м/с и длина волны .

В металлической пластине, изготовленной из нержавеющей стали, скорость ультразвука c2=5740 м/с.

В элементе металлической конструкции скорость ультразвука c3=5900 м/с и длина волны .

Приняв, что и , получаем d=0,708 мм.

Для количества металлических пластин n=50 общая толщина металлических пластин и фторопластовых прокладок l≈35,5 мм.

Предположим, что поперечное сечение многоканального пьезопреобразователя является квадратным. Тогда площадь рабочей плоскости прямоугольного пьезоэлемента Sp=l2≈1260 мм2 и граница зоны Френеля SF≈743 мм.

Разность высот двух соседних металлических пластин ΔL≈0,61 мм. Минимальная высота металлической пластины L1≈30,5 мм.

Поскольку LF>>L1, то плоская продольная волна, индуцируемая пьезоэлементом, проходит через призму и все металлические пластины, служащие каналами ультразвуковых волн.

Таким образом, проведенный расчет элементов конструкции многоканального ультразвукового пьезопреобразователя показывает возможность введения продольных ультразвуковых волн в элемент металлической конструкции под углами, близкими к 90°.


УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 237 items.
10.01.2013
№216.012.18f5

Механоактивированный спеченный железографитовый композит для пресс-матриц совмещенного литья и прокатки прессования

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным антифрикционным материалам на основе железа. Может использоваться для изготовления деталей, используемых в узлах трения, а также для изготовления антифрикционных вставок в пресс-матрицы совмещенного литья и прокатки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471881
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.1963

Способ бульдозерной вскрыши месторождений полезных ископаемых

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при выемке бульдозерами пород на россыпных и пластовых месторождениях. Техническим результатом является повышение эффективности вскрышных работ бульдозерным методом. Способ бульдозерной разработки россыпных месторождений...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471991
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.01.2013
№216.012.1cee

Способ усиления ленточного фундамента

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при усилении ленточного фундамента существующих зданий и сооружений. Способ усиления ленточного фундамента включает задавливание домкратом многосекционной сваи, бетонирование ее полости и формирование опорного узла сваи....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472900
Дата охранного документа: 20.01.2013
20.01.2013
№216.012.1cf5

Способ усиления колонны

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу усиления колонны. Технический результат заключается в уменьшении металлоемкости, сокращении сборочных единиц, снижении трудоемкости, обеспечении возможности передачи на фундамент значительного изгибающего момента. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472907
Дата охранного документа: 20.01.2013
27.02.2013
№216.012.2a7e

Сырьевая смесь для получения облицовочной керамики

Изобретение относится к производству строительных материалов и предназначено для изготовления облицовочной керамической плитки. Технический результат заключается в повышении прочности при изгибе обожженных образцов облицовочной керамической плитки. Сырьевая смесь для получения облицовочной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476405
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2b8b

Способ разработки россыпных месторождений полезных ископаемых

Изобретение относится к горному делу и может использоваться при разработке месторождений полезных ископаемых, преимущественно для разработки россыпных месторождений открытым способом. Техническим результатом является снижение эксплуатационных потерь полезного компонента. Достигается это тем,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476674
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.04.2013
№216.012.3398

Водобой водосбросного сооружения

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано при сопряжении водосбросов с нижним бьефом гидротехнических сооружений. Водобой включает донную плиту (3) и расположенный на выходе из водобоя водобойный элемент (2) в виде уступа-стенки. Напорная поверхность уступа-стенки выполнена...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478751
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.33a5

Гнутый стальной профиль и составной строительный элемент на его основе

Изобретение относится к области строительства, в частности к гнутому стальному профилю и составному строительному элементу на его основе. Технический результат заключается в повышении несущей способности и снижении трудозатрат при изготовлении. Профиль содержит две полки и боковую стенку между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478764
Дата охранного документа: 10.04.2013
20.04.2013
№216.012.3716

Сплав на основе палладия 500 пробы

Настоящее изобретение относится к области металлургии сплавов на основе палладия, предназначенных для изготовления ювелирных изделий преимущественно из сплава палладия 500 пробы. Сплав на основе палладия 500 пробы содержит, в мас.%: палладий - 50,0-50,5; серебро - 38-40; кремний - 0,1-0,2; медь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479655
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.04.2013
№216.012.3717

Литейный ювелирный сплав белого цвета на основе палладия

Изобретение относится к металлургии благородных металлов, в частности к сплавам на основе палладия, используемых преимущественно для изготовления ювелирных изделий 900 и 950 проб методами литья. Сплав белого цвета содержит, мас.%: палладий - 90,0-95,5; кремний - 0,1-0,3; серебро - остальное....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479656
Дата охранного документа: 20.04.2013
Showing 1-10 of 226 items.
10.01.2013
№216.012.18f5

Механоактивированный спеченный железографитовый композит для пресс-матриц совмещенного литья и прокатки прессования

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным антифрикционным материалам на основе железа. Может использоваться для изготовления деталей, используемых в узлах трения, а также для изготовления антифрикционных вставок в пресс-матрицы совмещенного литья и прокатки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471881
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.1963

Способ бульдозерной вскрыши месторождений полезных ископаемых

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при выемке бульдозерами пород на россыпных и пластовых месторождениях. Техническим результатом является повышение эффективности вскрышных работ бульдозерным методом. Способ бульдозерной разработки россыпных месторождений...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471991
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.01.2013
№216.012.1cee

Способ усиления ленточного фундамента

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при усилении ленточного фундамента существующих зданий и сооружений. Способ усиления ленточного фундамента включает задавливание домкратом многосекционной сваи, бетонирование ее полости и формирование опорного узла сваи....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472900
Дата охранного документа: 20.01.2013
20.01.2013
№216.012.1cf5

Способ усиления колонны

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу усиления колонны. Технический результат заключается в уменьшении металлоемкости, сокращении сборочных единиц, снижении трудоемкости, обеспечении возможности передачи на фундамент значительного изгибающего момента. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472907
Дата охранного документа: 20.01.2013
27.01.2013
№216.012.1f50

Сырьевая смесь для приготовления легкого бетона

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении легких бетонов и изделий теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного назначения, в частности для производства стеновых блоков из легкого бетона для малоэтажного строительства....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473517
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.1f51

Сырьевая смесь для изготовления изделий из легкого бетона

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении легких бетонов и изделий теплоизоляционно-конструкционного назначения, в частности для производства стеновых блоков из легкого бетона для малоэтажного строительства. Сырьевая смесь для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473518
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.02.2013
№216.012.2a7e

Сырьевая смесь для получения облицовочной керамики

Изобретение относится к производству строительных материалов и предназначено для изготовления облицовочной керамической плитки. Технический результат заключается в повышении прочности при изгибе обожженных образцов облицовочной керамической плитки. Сырьевая смесь для получения облицовочной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476405
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2b8b

Способ разработки россыпных месторождений полезных ископаемых

Изобретение относится к горному делу и может использоваться при разработке месторождений полезных ископаемых, преимущественно для разработки россыпных месторождений открытым способом. Техническим результатом является снижение эксплуатационных потерь полезного компонента. Достигается это тем,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476674
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.04.2013
№216.012.3398

Водобой водосбросного сооружения

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано при сопряжении водосбросов с нижним бьефом гидротехнических сооружений. Водобой включает донную плиту (3) и расположенный на выходе из водобоя водобойный элемент (2) в виде уступа-стенки. Напорная поверхность уступа-стенки выполнена...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478751
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.33a5

Гнутый стальной профиль и составной строительный элемент на его основе

Изобретение относится к области строительства, в частности к гнутому стальному профилю и составному строительному элементу на его основе. Технический результат заключается в повышении несущей способности и снижении трудозатрат при изготовлении. Профиль содержит две полки и боковую стенку между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478764
Дата охранного документа: 10.04.2013
+ добавить свой РИД