Исследование импульсного режима работы, разработка конструкции и технологии изготовления ультразвуковых преобразователей многоканальных дефектоскопов

• Автор: Коновалов, Сергей Ильич
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 197 с. : ил.

Содержание.

Введение
1. Импульсные режимы работы пьезопреобразователей (состояние вопроса)
2. Исследование возможности сокращения длительности импульсов в электроакустическом тракте многоканальной системы
2.1. Определение амплитудно-частотных характеристик на выходе электроакустического тракта
2.2. Импульсный режим работы тракта
2.2.1. Исследование возможности излучения и приема коротких импульсов при использовании механического демпфирования или согласующих слоев
2.2.2. Об одной особенности влияния согласующих слоев на излучение и прием коротких импульсов
2.2.3. О потенциальных возможностях пьезокерамических преобразователей для излучения и приема коротких импульсов
2.3. Исследование возможности сокращения длительности импульсов на приемнике путем использования демпфирования преобразователей и разноса их резонансных частот
2.4. Сравнение возможностей использования различных активных пьезоматериалов для излучения-приема коротких импульсов
3. Исследование направленных свойств пьезопреобразователей
в импульсном режиме
4. Электрическое согласование пьезоизлучателей установки с высокочастотным кабелем
4.1. Исследование электрических характеристик пьезокварцевых излучателей
4.1.1. Вносимое электрическое сопротивление
4.1.2. Входные электрические сопротивления пьезокварцевых излучателей
4.1.3. Входная электрическая проводимость пьезокварцевых излучателей
4.2. Вопросы согласования акустических излучателей с соединительным кабелем
4.2.1. Представление кабеля в виде длинной линии
4.2.2. Расчет коэффициента передачи кабеля по напряжению
4.2.3. Расчет электрических импульсов на емкостной нагрузке
без согласующих цепей
4.2.4. Расчет напряжения на выходе кабеля при наличии согласующих цепей
5. Конструкция и технология изготовления ультразвуковых преобразователей
5.1. Предварительные экспериментальные исследования
5.2. Итоговые экспериментальные исследования
5.2.1. Влияние разноса резонансных частот излучателя и приемника на импульсные характеристики акустического тракта
5.2.2. Оценка степени демпфирования ультразвуковых преобразователей
Заключение
Литература
Приложения

Введение.
В настоящее время ультразвуковая контрольно-измерительная аппаратура применяется в самых различных областях науки и техники - в дефектоскопии, медицинской диагностике, гидроакустике, исследовании физических свойств материалов, контроле геометрических размеров объектов и т.д. Среди электроакустических преобразователей современных контрольно-измерительных систем пьезоэлектрические используются наиболее широко. При этом, в зависимости от области применения, с их помощью преобразуются самые разнообразные сигналы, отличающиеся по форме, амплитуде и спектральному составу. В свою очередь к ним предъявляются различные требования как частотного, так и динамического диапазона. Например, в ультразвуковых приборах для исследования физических свойств материалов пьезопреобразователи выполняют важные функции, необходимые для решения спектрометрических задач, в ультразвуковой дефектоскопии и некоторых медицинских диагностических приборах ими преобразуются сигналы, несущие информацию локационного характера. Такие сигналы имеют вид коротких ультразвуковых импульсов.
Большинство ультразвуковых измерительных систем, особенно используемых в ультразвуковой дефектоскопии, являются широкополосными, следовательно, к преобразователям этих систем также предъявляются требования широкополосности. Поэтому важнейшими характеристиками пьезопреобразователей при рассмотрении в линейном приближении являются передаточные функции или импульсные переходные характеристики. Этими характеристиками определяются широкополосность и эффективность электро-механи-ческого преобразования в режиме излучения и, соответственно, чув-
- Определяем колебательную скорость уп на входе пьезопластины:
Уп—УвхКупр,
где КУ Пр - коэффициент передачи слоя по колебательной скорости в направлении от внешней среды к пьезопластине,

упр СОБХ+Хг,, /2СІІ>ІПХСЛ’
- Определяем колебательную скорость уі в общей для обоих механических контуров пьезопластины ветви, то есть “ток”, протекающий через вторичную обмотку электромеханического трансформатора (это нетрудно сделать, применяя законы Кирхгофа к механическим контурам схемы-аналога пьезопластины):
гл5ІПХк + і(і -С05Хк)гк
У| = Уп
глвтхк - )гксо8хк
- Определяем ток її в электрическом контуре схемы путем пересчета скорости Уі через электромеханический трансформатор:
І[= Уі-Ки;
- Определяем ихх как падение напряжения от тока її на электрической емкости Со:
и = I,
XX 1 /~1
Чувствительность приемника по давлению в режиме холостого хода Ухх= ихх/р (2.4)
Подставляя полученные выше выражения в формулу (2.4) и выполняя некоторые преобразования, получим окончательную формулу для чувствительности приемника в режиме холостого хода в виде