п’єзоелектричні перетворювачі

П'єзоелектричний перетворювач (ПЕП) - пристрій призначений для перетворення електричної (акустичної енергії) в акустичну (електричну). Принцип роботи перетворювача заснований на використанні п'єзоелектричного ефекту.

Найбільш широке застосування в ультразвукової дефектоскопії отримали контактні перетворювачі. Конструкції перетворювачів наведені на малюнку 4.1. П'єзопластини 1 в контактному прямому суміщеному ПЕП (рис. 4.1, а) приклеєна або притиснута з одного боку до демпферу 2, з іншого до протектору.

Прямі перетворювачі призначені для збудження поздовжніх хвиль. У контактних похилих суміщених перетворювачах (рис. 4.1, б) для введення ультразвукових коливань під кутом до поверхні контрольованого вироби застосовують призму 8. ці коливання призначені для збудження в основному зсувних, поверхневих і нормальних хвиль.

Резонатор контактних роздільно-сполучених перетворювачів (рис.4.1, в) складається з двох призм 8 з приклеєними до них п'єзопластини 1, які розділені електроакустичним екраном 9. Він служить для запобігання прямої передачі ультразвуку від випромінюючої п'єзопластини, підключеної до генератора, до приймальні п'єзопластини, підключеної до підсилювача електронного блоку дефектоскопа.

Мал. 4.1. Конструкції перетворювачів: а - прямого; б # 8210; похилого; в # 8210; роздільно-суміщеного

Датчики фазованих решіток.

Уявімо, що п'єзоелемент розрізаний на безліч ідентичних елементів, ширина кожного з яких багаторазово менше його довжини. Кожен з цих елементів може розглядатися як джерело циліндричної хвилі. Хвильові фронти від безлічі вузьких п'єзоелементів будуть интерферировать, створюючи сумарний фронт хвилі. Ці хвильові форми можуть бути затримані в часі і синхронізовані по фазі і амплітуді таким чином, щоб створювати сфокусований і керований ультразвуковий промінь.

Головна особливість технології ультразвукових фазованих решіток - керовані комп'ютером амплітуда і фаза імпульсів збудження окремих п'єзоелементів в багатоелементними перетворювачі. Порушення п'єзоелементів може здійснюватися таким чином, щоб була можливість управляти параметрами ультразвукового променя, наприклад кутом, фокусною відстанню, розміром фокусної плями за допомогою комп'ютерної програми. Це дозволяє виявляти дефекти, різноорієнтовані щодо акустичної осі перетворювача, або в стороні від ультразвукового променя. Вид ФР-перетворювача в розрізі показаний на малюнку 4.3.

При випромінюванні генератор імпульсів синхронізації посилає синхроимпульс на блок фазових затримок. Останній генерує імпульс високої напруги заданої тривалості і з заданою затримкою, визначеної фокальним законом. На кожен елемент решітки надходить один затриманий імпульс. Сума хвиль, що випромінювали, кожним елементом представляє собою промінь, що поширюється під певним кутом і сфокусований на певній відстані. Цей промінь відбивається від дефекту.

При прийомі сигнал приймається кожним елементом решітки, потім затримується в часі відповідно до заданих фокальним законом. Затримані імпульси підсумовуються і формують єдиний імпульс, який надходить в пристрої приймального тракту.

Мал. 4.2. ФР-перетворювач

Матриці ФР-п'єзоелементів мають решітки різної розмірності (рис.4.3). Лінійний - один ряд елементів, зазвичай створюється розрізанням великий прямокутної п'єзокерамічної пластини. Луч управляється в одній площині. Секторний - один ряд елементів, який виконаний криволінійним, для створення необхідної форми променя або відповідності геометрії деталі, що піддається контролю. Луч управляється в одній площині. Двовимірна матриця - елементи розташовані у вигляді решітки, яка також може бути криволінійної. Луч управляється в трьох вимірах.

Мал. 4.3. Розмірність решіток в ФР-матрицях

Різні види перетворювачів з фазированной гратами представлені на малюнку 4.4.

Мал. 4.4. Датчики фазованих решіток: