Способ согласования акустического преобразователя с воздушной средой

 

Изобретение относится к неразрушающим акустическим методам контроля и. может быть использовано в машиностроении для бесконтактного определения качества композиционных и многослойных материалов. Цель изобретения - повышение эффективности согласования акустического преобразователя с воздушной средой. Способ согласования заключается в том, что прикрепляют к преобразователю согласующий слой из материала, который выбирают из условия VR,We W;, Wo, где Wo и W, - удельные акустические импед ансы, соответственно преобразователя и согласующего слоя Wg- волновое сопротивление воздуха; R - сопротивление потерь преобразователя. 2 ил,

А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (11) (51) 4 G 01 N 29/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4162950/25-28 (22} 15.12.86 (46) 23,03.89, Бюл. 1(11 (72) Н.А.Марченков (53) 620,179.16 (088.8) (56) Заклюковский В.И., Карцев Г,Т, Применение пьезоэлектрических преобразователей для бесконтактного ультразвукового контроля изделий. " ДеФектоскопия, 1978, т. 1(3, с.28-33. (54) СПОСОБ СОГЛАСОВАНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С ВОЗДУШНОЙ СРЕДОЙ (57) Изобретение относится к неразрушающим акустическим методам контроля и.может быть использовано в машиност1

Изобретение относится к неразрушающим акустическим методам контроля и может быть использовано в машиностроении для бесконтактного определения качества композиционных и много" слойных материалов.

Цель изобретения — повышение эффективности согласования акустического преобразователя.

На фиг.1 приведена блок-схема настройки преобразователя; на фиг.2экспериментальные амплитудно-частотные характеристики ряда преобразователей. ,Способ осуществляют следующим образом, Предварительно снимают амплитудночастотную характеристику преобразователя 1 без согласующего слоя и изме-. ряют амплитуду колебаний преобразователя на резонансной частоте. Затем к преобразователю 1 прикрепляют согроении для бесконтактного определения качества композиционных и многослойных материалов. Цель изобретенияповышение эффективности согласования акустического преобразователя с воздушной средой. Способ согласования заключается в том, что прикрепляют к преобразователю согласующий слой из материала, который выбирают из условия R,W s (W„„< WО, где W u W удельные акустические импедансы, соответственно преобразователя и согласующего слоя; W — волновое сопротивление воздуха; R, — сопротивление потерь преобразователя. 2 ил.

2 ласующий слой 2 из материала с малым волновым сопротивлением, который выбирают из условия Я Ц, cg " у где W — удельный акустический импе- «ф» данс преобразователя; Cb

W, — удельный акустический импе- а Д данс материала согласующего р слоя;

--:волновое сопротивление воздуха;

Э

R — сопротивление потерь преобразователя, R „= W - thy, /Ъ

«

Q — - добротность преобразователя. :фэ

Преобразователь подключают к выхо- д ду характериографа 3, вход которого связан с широкополосным микрофоном 4.

Настраиваемый преобразователь 1 и микрофон 4 размещают соосно на расстоянии, исключающем образование

Ио (сто-1) + 4 Shx p

К=пи з 146749 стоячей волны. В преобразователе 1 возбуждают акустические колебания в рабочем диапазоне частотной харак" теристики преобразователя 1, на экране характериографа 3 получают кривую максимумами амплитуд вблизи резонансной частоты преобразователя 1. Под". резая свободный торец согласующего слоя 2, толщина которого несколько больше четверти длины ..у акустической волны, добиваются максимально возможной амплитуды одного из максимумов, определяемой по показаниям характе- . риографа 3 с учетом измеренного знаИ (МбсЬх +Я БЬх ) (Соах +И17Ч, s111xq где n — коэффициент электромеханической связи преобразовате.-.. ля 1;

Z, — емкостное сопротивление пьезопластины преобразователя 1;

1 о «Ф, и И -- акустические сопротивления

В материала пьезопластины, материала согласующего слоя . и воздуха соответственно, Ко1о «Ко

30 х = К 10«

Ко — волновое число«

lp - толщина пьезопластины.

Зависимость амплитуды колебаний преобразователя 1 от толщины согла- 35 сующего слоя 2 имеет вид функции с одним экстремумом при акустическом сопротивлении материала согласующего слоя У, а WoWsthA, с двумя еясремумами лри M so ГЙоУв &«, 40

На фиг.2 приведены кривые, характеризующие результаты согласования акустического пьезопреобразователя с добротностью 120 с воздушной средой.

Кривые на фиг,2а соотвртствуют тол- 45 щине согласующего слоя 7, 6 мм при

его волновом сопротивлении 1?10. кг/м с чения амплитуды колебаний преобразователя 1 на резонансной частоте без согласующего слоя.

Максимальный выигрыш от введения согласующего слоя равен частному от деления коэффициента передачи преобразователя с согласующим слоем на коэффициент передачи преобразова" теля без согласующего слоя на резонансной частоте. Коэффициент передачи преобразователя с согласующим слоем с учетом диссипативных потерь определяется выражением

)+{gpchxp+pg$hxp} ЯВ Соах, +Ч, sxQx } е. и толщине согласующего слоя 8,45 мм при волновом сопротивлении 5.10 кг/м с, кривые на фиг. 2б, соответственно, толщинам 6,55 и 7,4 мм при волновых сопротивлениях 1 ° 10 и 5*105 ".кг/м с.

Формула изобретения

Способ согласования акустического преобразователя с воздушной средой, заключающийся в том, что к рабочей поверхности преобразователя прикрепляют согласующий слой из материала с малым волновым сопротивлением, .отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности согласования, материал согласующего слоя выбирают из условия ф,фц < 1, (с 1 о « где Ч - удельный акустический им" педанс преобразователя, M - ..удельный акустический импе" данс материала согласующего слоя, Ив — волновое сопротивление воздуха; сопротивление потерь преоб- разователя.

1467496

Составитель Д.Широчин

Редактор Н.Тупица Техред М.Дидык Корректор C,щекмар

Заказ 1191/42 Тираж 788 Подписное

ВНКИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина, 101