Ултразвуков преобразувател
Изобретението се отнася до областта на методите за неразрушаващо изпитване и може да се използва за ултразвуково откриване на дефекти на материали и продукти, по-специално в неговата потапяща версия. Ултразвуков преобразувател с относително нисък качествен фактор, осигуряващ кратка продължителност на акустичния импулс и стабилни електроакустични характеристики, съдържа корпус с пиезоелектрическа плоча, прикрепена към един от краищата му с амортисьор в непосредствена близост до него. Клапата е направена от две акустично свързани части. Частта в съседство с пиезоелектричната плоча е направена от епоксиден материал, напълнен с тежък метален прах или неговия оксид, а другата част на амортисьора е от каучукоподобен материал, напълнен с тежък метален прах или неговия оксид в съответствие с условието за съвпадение на импедансите на двете части в близост до интерфейса им. Дебелината на демпферната част, изработена от епоксиден материал, напълнен с прах от тежък метал или неговия оксид, се избира в диапазона (0,5 - 1), където е дължината на вълната в материала на определената част на амортисьора при честотата на половината вълнов резонанс на пиезоелектричната плоча. 1 C.p. f-кристали, 1 утайка.
Изобретението се отнася до областта на методите за неразрушаващо изпитване и може да се използва за ултразвуково откриване на дефекти на материали и продукти, по-специално в неговата версия на потапяне.
Известни са редица технически решения на ултразвукови преобразуватели (UST), общи за които е поставянето на пиезоелектрическа плоча в корпуса на преобразувателя с монтиран на него амортисьор.
Известен USP [1], при който амортисьорът е направен от същия материал като пиезопластата, под формата на конус, чиято основа е покрита със слой сребро. Акустичният контакт между пиезоелектричната плоча и амортисьора се осигурява чрез запояване с сплав на Wood. Недостатъкът на описаното решение е наличието на междинен слой (спойка) между плочата и амортисьора, както и ниската стойност на коефициента на затихване в материала на амортисьора.
Известен USP [2], при който амортисьорът е направен под формата на компресиран прах от дървесна или розова сплав, преминаващ последователно от състоянието на спечения прах до състоянието на втвърдена стопилка, директно в контакт с пиезоелектричната плоча. Недостатъкът на това решение е сложността на поддържане на температурния режим по време на производството, което гарантира идентичността на електроакустичните параметри на U3P.
Известен UST, който използва комбиниран амортисьор, състоящ се от капан и звукопоглъщател. Недостатъкът на това решение е доста сложната геометрична форма на амортисьора, което усложнява производствената технология на SPD.
Най-близкият по техническа същност е UST [4], състоящ се от тяло и пиезоелектрическа плоча, закрепена в единия от краищата му с амортисьор в непосредствена близост до него. Като амортисьор използва епоксидно съединение с пълнител под формата на тежък метален прах или неговия оксид. Този SPD, имащ относително нисък Q-фактор, осигурява възможност за формиране на достатъчно кратък акустичен импулс, но има относително кратък експлоатационен живот, особено когато се експлоатира при условия на голяма температурна разлика или постоянен контакт с вода. Този недостатък се обяснява с необходимостта да се използва относително голяма дебелина (височина) на амортисьора поради ниската му абсорбираща способност (например за честота 2 MHz височината на демпфера е, в зависимост от концентрацията на пълнителя, 1.5.2 cm), а също - недостатъчно добра повторяемост на акустичните параметри на преобразувателите поради сравнително ниска жизнеспособност в процеса на производство на епоксидното съединение (около 30 минути), което се отразява на тяхното малко производство. В допълнение, неравномерността на полимеризацията на дебел слой епоксидно съединение в относително голям обем причинява остатъчни механични напрежения в дълбочината на амортисьора, които могат да допринесат за отделянето на амортисьора от пиезоелектрическата плоча и от тялото. Това води до повреда на UST, особено когато работи в условия на рязък температурен спад и постоянен контакт с потапящата среда (вода).
Проблемът, решен от предложеното изобретение, е да се създаде SPD с относително нисък Q-фактор (не по-лош от известния), осигуряващ кратка продължителност на акустичния импулс и стабилни електро-акустични характеристики при производството на SPD с малка партида, както и по-нисък разход на амортисьор.
Задачата се решава по следния начин. Предлаганият SPD, както и известният, съдържа корпус с пиезопластина, закрепена в единия от краищата му с амортисьор, прилежащ към него. В този случай, за разлика от известния амортисьор, той е направен от две акустично свързани части (слоеве): относително твърд слой, директно в контакт с пиезоелектричната плоча, изработен от епоксиден материал, изпълнен с тежък метален прах или неговият оксид и относително мек слой, направен от каучукоподобен материал с пълнител от тежък метал или неговия оксид, който има голяма дължина. Освен това плътността на тази подобна на каучук (с пълнеж) част на амортисьора се увеличава, когато тя се приближава към относително твърдата си епоксидна (с пълнеж) част, осигурявайки на интерфейса условието за съвпадение (равенство) на специфичните импеданси на подобни на гума и епоксидни части на амортисьора.