專利名稱：聲發(fā)射信號變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬和合金材料及金屬和合金制品的無損檢測范疇，其中包括采用記錄聲發(fā)射信號的方法，還涉及用來接收機(jī)械信號，并將該機(jī)械信號轉(zhuǎn)變成電信號的裝置。
本發(fā)明可用作相應(yīng)的測試設(shè)備的一個(gè)組成部分，用來在試驗(yàn)或運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)查明非連續(xù)型的缺陷(如材料內(nèi)部的擴(kuò)展中裂紋)，并對結(jié)構(gòu)和構(gòu)筑物的構(gòu)件動(dòng)力學(xué)問題作出評價(jià)。例如，本發(fā)明可用來診斷壓力容器(火力發(fā)電廠的蒸汽鍋爐、貯氣罐、原子反應(yīng)堆)、橋樑、船舶的外殼、固定式海上平臺(tái)及其它結(jié)構(gòu)物的強(qiáng)度。
眾所周知，對聲發(fā)射信號變換器的基本要求是在選定的頻帶范圍內(nèi)有較高的靈敏度、幅頻特性及幅頻特性曲線的穩(wěn)定性，以及在選定的頻率范圍內(nèi)方向圖的形狀呈圓形。現(xiàn)在已知有許多方法能把固體表面的振動(dòng)變換成電信號，但是其中大部分方法不能保證必要的靈敏度。在聲發(fā)射參量測量中主要是采用壓電方法，這種方法與其它方法相比具有較高的靈敏度。這是靠利用壓電元件的共振特性來達(dá)到的，在多數(shù)情況下，壓電元件由陶瓷材料制成，而且通常不會(huì)減振，因此共振頻率在較寬的通帶具有較高的靈敏度。但是利用壓電元件的共振特性，會(huì)引起幅頻特性的明顯的非線性性質(zhì)。這將導(dǎo)致信號的極大失真，從而降低檢測的準(zhǔn)確度。
其中已知的聲發(fā)射信號變換器包括外殼和安裝在外殼中的壓電元件，壓電元件與外部的記錄裝置連接(SU，A，890234)。這種變換器沒有對壓電元件的可靠保護(hù)措施，致使其在同檢測對象接觸時(shí)產(chǎn)生磨損。
下述的聲發(fā)射信號變換器得到了廣泛的應(yīng)用，它包括一個(gè)在底部有孔的外殼，用導(dǎo)聲材料制成的保護(hù)層，該保護(hù)層設(shè)置在外殼的底部，并用作變換器的接觸底座，還有一個(gè)圓柱形的壓電元件，有時(shí)也作成圓盤形，沿其軸向已被極化，并將其底部放置在上述的保護(hù)層上(B.A.TpevuHuKob，Ю.БДpoδom，“聲發(fā)射及其在材料和制品試驗(yàn)中的應(yīng)用”，1976，標(biāo)準(zhǔn)出版社，(莫斯科)，第73～75頁，圖23)。
通過導(dǎo)聲的保護(hù)層來實(shí)現(xiàn)變換器同檢測對象的接觸，保證了壓電元件不受磨損，且不會(huì)降低到達(dá)壓電元件的信號強(qiáng)度。但是由于保護(hù)層中聲波的混響(該保護(hù)層是變換器的接觸底座)，以及由于在外殼的厚層中有效信號同反射波之間的干涉，而使信號的最初形狀在變換時(shí)發(fā)生變形。在已知的變換器中，接收垂直波和表面波時(shí)，在選定的頻率范圍也不可能獲得圓形的方向圖，這是因?yàn)榉较驁D形與波長和接觸底座及壓電元件的大小之間的關(guān)系很復(fù)雜-只知道上述的關(guān)系越簡單，該圖形圓形的差別就越大。此外，由于在壓電元件和外殼中，在給定頻率范圍內(nèi)存在機(jī)械共振，因此在選定的頻率范圍內(nèi)，已知的變換器的幅頻特性曲線具有很大的差值。
本發(fā)明的任務(wù)是提供這樣一種聲發(fā)射信號變換器，它是通過選擇壓電元件的尺寸關(guān)系和建立沿保護(hù)層和變換器的外殼傳播的聲波的吸收條件，來消除變換器的結(jié)構(gòu)元件中的聲波共振和混響條件，從而降低幅頻特性曲線的差值，且提高了變換器的靈敏度，因此也就提高了聲發(fā)射信號參量的測量準(zhǔn)確度。
解決所提出來的任務(wù)的方法是根據(jù)本發(fā)明聲發(fā)射信號變換器安裝上呈旋轉(zhuǎn)體形狀的減振元件，它與壓電元件共軸設(shè)置，并與外殼和保護(hù)層之間有著聲耦合，聲發(fā)射信號變換器包括底部帶孔的外殼，用導(dǎo)聲材料制成的保護(hù)層，該保護(hù)層位于外殼的底部，并用作變換器的接觸底座，還包括圓柱形的壓電元件，它已被沿其軸向極化，并將其底面設(shè)置在上述的保護(hù)層上。
與外殼和保護(hù)層有著聲耦合的減振元件的存在，可以強(qiáng)烈地吸收沿保護(hù)層和外殼傳播的聲波，因此在后兩者中消除了信號的混響，從而也就使有效信號同反射波之間的干涉達(dá)到最小。這樣就可以防止信號的初始形狀的失真。
而且所說的呈旋轉(zhuǎn)體形狀的減振元件的實(shí)現(xiàn)，以及將其同壓電元件共軸設(shè)置，當(dāng)接收垂直的和表面的聲波時(shí)，在選定的工作頻率范圍內(nèi)，可以獲得變換器的圓形的方向圖，還能提高幅頻特性曲線的一致性，以及提高變換器的靈敏度。
最適宜的作法是將所推薦的變換器中的減振元件作成套筒形式，插入上述的外殼的孔中，將上述的保護(hù)層裝入該套筒中。以上述的形式設(shè)置的呈套筒形的減振元件的實(shí)現(xiàn)，保證了與檢測對象相接觸的保護(hù)層和外殼和聲隔離，因此不會(huì)使被檢測對象的表面振動(dòng)減振，進(jìn)一步提高了接收垂直波和表面波時(shí)變換器的靈敏度。此外，把保護(hù)層安裝在上述的套筒中，能保證用該套筒沿保護(hù)層的周邊將保護(hù)層夾住，這樣可以極大地減弱保護(hù)層的徑向共振，因此也就提高了聲發(fā)射參量的測量準(zhǔn)確度。
除了在所推薦的變換器中安裝減振元件以外，最好使壓電元件的直徑為其高度的0.3到1.0倍，其高度由下面的條件選擇h＝(0.25……0.40) (c)/(f)式中h壓電元件的高度，毫米;
c超聲波在壓電材料中的傳播速度，毫米/毫秒;
f變換器工作范圍內(nèi)的上限頻率，千赫。
在壓電元件的這種尺寸的條件下，再加上變換器的方向圖保證呈圓形，使得變換器的靈敏度達(dá)到最大，而相對于垂直的偏移具有最小的差值，也就是說這種偏移與壓電元件的極化方向一致。
上述決定壓電元件高度的關(guān)系可作如下解釋。實(shí)驗(yàn)表明，為了對所獲得的測量結(jié)果進(jìn)行評價(jià)的單值性和提高檢測的準(zhǔn)確度，沿其軸向(在給定的情況下為沿其高度的方向)被極化了的壓電元件的最大尺寸應(yīng)小于聲波波長的一半。在這種情況下，壓電元件可看成點(diǎn)元件或潛在元件，在選定的頻率范圍內(nèi)，也就是在第一個(gè)較低的共振頻率下，由幾何尺寸對壓電元件的靈敏度產(chǎn)生的影響僅僅是壓電元件的高度。在選定的范圍界限內(nèi)，靈敏度隨著頻率的增大而提高，且在共振頻率下達(dá)到最大。共振的必要條件是波長λ的一半等于某一尺寸的整倍數(shù)，在特殊情況下，系指等于圓柱體高度倍數(shù)。發(fā)明人確定了壓電元件的高度可以由下面的關(guān)系決定h＝ (k·c)/(2·f)式中h、c和f各符號的意義與前面給出的數(shù)學(xué)式中的相同，而符號k是一個(gè)無量綱的系數(shù)，它的大小取決于變換器的品質(zhì)因數(shù)，并且通過實(shí)驗(yàn)來確定。如果k＝0.5，……，0.8，則獲得最好結(jié)果。將這些k值代入給定的公式之后，該公式獲得了上面所推薦的形式。
如果壓電元件的高度小于0.25 (c)/(f) ，或者大于0.40 (c)/(f) ，則聲發(fā)射參量的測量準(zhǔn)確度在某些實(shí)際情況下可能顯著地降低。
還有一點(diǎn)是很重要的，即當(dāng)選定了壓電元件的高度之后，如前面所建議過的，它的直徑應(yīng)該是其高度的0.3至1.0倍。這可作如下解釋。首先，在這種情況下，第一個(gè)共振頻率決定于對稱的振蕩模的第一個(gè)厚度，同時(shí)質(zhì)點(diǎn)的偏移將發(fā)生在極化場的方向，在低于共振的頻率的情況下也是如此。如果壓電元件的直徑大于它的高度，那么第一個(gè)共振頻率將決定于徑向的振蕩模，在這種情況下，質(zhì)點(diǎn)的偏移不同于垂直偏移。其次，為了保證壓電元件的點(diǎn)狀性，聲接觸面積就必須最小(小于半波長)，這樣才能保證有圓形方向圖。當(dāng)壓電元件的直徑與其厚度之比大于1.0時(shí)，在一系列情況下，方向圖可能在接近共振頻率時(shí)不呈圓形，這完全是因?yàn)閴弘娫妥儞Q器的制造工藝不夠完善所致。
如果壓電元件的直徑小于它的高度的0.3倍，則實(shí)質(zhì)性地減小了壓電元件的固有電容量。在這種情況下就必須考慮到壓電元件被加載于外部電路的輸入端，該電路具有電阻和電容的終值。電路中電容的存在(例如連接電纜的電容或放大器的輸入電容)導(dǎo)致壓電元件的分流，也就是導(dǎo)致靈敏度的損失，從這一點(diǎn)來看，最好不要把壓電元件的直徑減小到小于它的高度的0.3倍。
下面參考所提供的附圖，詳細(xì)地說明本發(fā)明。各圖中相同的零件用相同的圖號表示。


圖1所示為所申報(bào)聲發(fā)射信號變換器的縱向剖面圖;
圖2所示為帶有呈套筒形的減振器的實(shí)施方案的聲發(fā)射信號變換的縱向剖面圖;
圖3～7為所申報(bào)的聲發(fā)射信號變換器采用不同結(jié)構(gòu)的壓電元件的幅頻特性曲線。
所推薦的聲發(fā)射信號變換器(見圖1)包括完整的外殼1，其上面加有蓋2，保護(hù)層3呈杯狀，被固定在位于外殼1的底部上的孔中，圓柱形的壓電元件4被沿著其軸向加以極化，并以自己的底面固定在保護(hù)層3上，還有予放大器5，它被安裝在外殼1的腔室中，并且以自己的輸入端與壓電元件4進(jìn)行電耦合。在外殼1上安置了一個(gè)電接頭6，它與予放大器5的輸出端連接，并用來將變換器連接到外部的記錄裝置上(圖中未示出)。變換器還包括呈旋轉(zhuǎn)體形狀的減振元件7，它與壓電元件4共軸地安裝著，并且同外殼1和保護(hù)層3有著聲接觸，如圖1所示。圖中還畫出了被檢測的制品(檢測對象)8。外殼1用來對壓電元件4和予放大器5屏蔽外舉的電磁場，同時(shí)也使變換器具有所要求的機(jī)械強(qiáng)度。有時(shí)外殼1及其蓋2是用不銹鋼制成的。外殼1的下部(接觸部分)作成凸部1a，呈截錐體形式，其小面積的底座朝向被檢測的制品8。這樣有助于外殼1和被檢測制品8之間的聲隔離。圓錐側(cè)表面母線和圓錐的大底端面之間的角度以5°到10°為適宜。當(dāng)上述的角度小于5°時(shí)，外殼1的凸部1a和被檢測的制品8之間的間隙中可能充滿接觸液，致使引起外殼1和檢測對象之間的聲耦合。當(dāng)角度大于10°時(shí)，會(huì)增大變換器的尺寸和提高其重心位置，這就減小了它固定于檢測對象上的穩(wěn)定性和可靠性。
保護(hù)層3用來防止壓電元件4同被檢測的制品8接觸時(shí)產(chǎn)生的磨損。保護(hù)層3是由電氣絕緣而又導(dǎo)聲的材料制成的，如石英、藍(lán)寶石、玻璃陶瓷及其它材料。有時(shí)它是用環(huán)氧樹脂制成的，厚度為2毫米。
在圖1所示的方案中，減振元件7是一個(gè)充滿外殼1的壁和保護(hù)層3之間的空間的圓錐層，其材料能有效地吸收聲波，例如填加了密度很大的填料的人造樹脂之類的材料。有時(shí)可以采用填加了鎢粉的環(huán)氧樹脂，鎢粉占重量的80%。
圓柱形壓電元件4用來將被檢測制品的表面彈性振動(dòng)轉(zhuǎn)變成電信號，它是用陶瓷制成的，且沿圓柱的軸向被極化。壓電元件4的尺寸是這樣選定的，即在工作頻率范圍內(nèi)，當(dāng)方向圖為圓形時(shí)，保證有最大的靈敏度，相對于垂直偏移的差值最小，關(guān)于這一點(diǎn)前面已經(jīng)闡述過。
那么，壓電元件4的高度h就由下面的條件選定h＝(0.25……0.40) (c)/(f)而它的直徑d是其高度h的0.3至1.0倍(符號的意義如前所述)。
對于工作頻率范圍為10……300千赫的變換器來說，壓電元件4也可以用以鉛的鋯酸鹽和鈦酸鹽為主體的陶瓷(c＝4000毫米/毫秒)來制造，其高度為5毫米，直徑為3.5毫米。而且幅頻特性曲線的差值為6分貝。也可以按其它尺寸制造壓電元件4，但應(yīng)在前面推薦的尺寸范圍內(nèi)。
予放大器5用來放大來自壓電元件4的電信號，并將該信號通過電接頭6沿電纜輸送給外部記錄裝置。予放大器5是用已知的方法制成的，例如采用蘇聯(lián)科學(xué)院“實(shí)驗(yàn)設(shè)備與技術(shù)”匯編，No1.1976，(莫斯科)中的T.Π.ΠeTuH“外置式予放大器”，第137～139頁所述的方法。
在個(gè)別情況下，在上述的工作頻率范圍(10……300千赫)內(nèi)工作的變換器所要求的予放大器5的輸出電阻應(yīng)為1兆歐，輸入電容為4微微法，以保證放大器的輸入端同壓電元件4相匹配。
應(yīng)當(dāng)指出，予放大器5并不是所申請的變換器中所必需的部件，因此上述的放大器既可設(shè)置在變換器的外殼1中，也可設(shè)置在它的外面。同時(shí)，如圖1所示的那樣，將予放大器5置于變換器的外殼1中，也就是直接靠近壓電元件4，可以避免壓電元件的固有電容與將該壓電元件同外部的記錄裝置連接起來的相當(dāng)長的電纜的較大電容的分接，因而也就避免了電信號的減弱。
變換器還包括電極(未示出)，它與壓電元件4和保護(hù)層3相連接，用來消除來自壓電元件4的表面的電信號。這些電極可以用燒滲銀的方法使之在壓電元件4的表面上形成，而在保護(hù)層3的內(nèi)表面上，則用真空蒸鍍金屬的方法來獲得。還可以用導(dǎo)電膠制備這些電極，例如含細(xì)而分散的金屬粉末填料的合成樹脂。
如圖1所示的帶有減振元件7的變換器的制作方法最簡單，成本最低。如圖2所示的變換器的方案，則能保證具有極高的聲發(fā)射參量測量準(zhǔn)確度，根據(jù)該方案，減振元件7被作成套筒形狀，插在外殼1的孔中，而保護(hù)層3則被嵌入該套筒中。這兩種方案的結(jié)構(gòu)不同，在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，保護(hù)層3和外殼1之間有直接的聲接觸(它是這樣引起的，即為了注入構(gòu)成減振元件7的材料而必須形成的環(huán)形支承平臺(tái))。在圖2所示的方案中，由于減振元件7被作成套筒形，用上述的方法安裝，消除了這種接觸，即保證了外殼1和保護(hù)層3之間的聲隔離。這樣就能避免來自制品8的聲波被外殼1減振，進(jìn)一步減少了在外殼1中產(chǎn)生混響的可能性。硬性模造的減振元件7呈套筒形，可靠地夾住了保護(hù)層3，極大地減弱了后者的徑向共振。
上述的聲發(fā)射信號變換器的工作情況如下。將變換器設(shè)置在被檢測的制品8的表面上，事先在它上面涂上一層接觸液(未示出)，因此在被檢測的制品8和變換器的保護(hù)層3之間形成了可靠的聲接觸。
在變換器的工作過程中，證明在被檢測制品8的材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中有缺陷在擴(kuò)展的聲發(fā)射脈沖以表面應(yīng)力波和垂直應(yīng)力波的形式沿被檢測的制品8傳播，經(jīng)過保護(hù)層3到達(dá)壓電元件4，在此被轉(zhuǎn)變成電信號。這些信號從壓電元件4到達(dá)予放大器5，并由此經(jīng)過電接頭6到達(dá)外部記錄裝置，在該裝置中對包含在聲發(fā)射脈沖中的有關(guān)缺陷的信息進(jìn)行處理。呈圓錐層形的(圖1)或呈套筒形(圖2)的減振元件7強(qiáng)烈地吸收聲波，因此防止了在外殼1內(nèi)部產(chǎn)生信號的混響。而且如果利用呈套筒形的減振元件7，如上所述，還能附帶實(shí)現(xiàn)減弱保護(hù)層3的共振，以及避免被檢測制品8的表面振動(dòng)被外殼1所減振，使變換器的靈敏度接近所能達(dá)到的最大程度。同時(shí)在全部工作頻率范圍內(nèi)，使得變換器的幅頻特性曲線均勻一致，并獲得圓形的方向圖。
還應(yīng)指出的是所推薦的變換器具有很高的抗干擾能力，這是通過用電氣絕緣材料制造保護(hù)層3而獲得的，因此避免了壓電元件4同被檢測制品8的材料之間的流電式接觸。這是非常重要的，如果注意到下述事實(shí)就清楚了，即發(fā)射信號變換器通常是放置在距離信號處理裝置相當(dāng)遠(yuǎn)(達(dá)300米)的檢測對象上。而且原來檢測對象的接地部分的電位不同于信號處理裝置的接地母線的電位，這是因?yàn)樯鲜龅牡鼐€網(wǎng)的電阻并非為零，以及工作電機(jī)的泄漏電流沿這些網(wǎng)路流過。在同檢測對象為流電式接觸的情況下，有干擾電流從變換器的外殼1經(jīng)過電纜的包皮流過，在電纜包皮的等效電阻上產(chǎn)生電位差，該電位差將同信號源的電壓疊加。為了克服這種干擾，必須設(shè)置等電位接地，這在生產(chǎn)條件下未予完成，或者像所推薦的變換器采用的作法，使變換器的外殼1同被檢測的制品絕緣，因此也就切斷了干擾電流的通路。
下面列舉一些實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)例，通過這些實(shí)例來說明當(dāng)壓電元件的材料和尺寸改變時(shí)，所申請的聲發(fā)射信號變換器的使用特性曲線的相關(guān)性(見圖3至圖7)。圖3所示為例1中的變換器的幅頻特性曲線，以下的各曲線圖所示的分別為其它各例中的同樣的特性曲線，采用下列符號f頻率f1工作頻率范圍的低頻f2工作頻率范圍的高頻f＝f2-f1工作頻帶f0壓電元件的第一個(gè)共振頻率s靈敏度例1其結(jié)構(gòu)為所申請的結(jié)構(gòu)的變換器，其工作范圍的高頻為300千赫，所采用的壓電元件是以鉛的鋯酸鹽和鈦酸鹽為主體的陶瓷制成的，該壓電元件具有以下參量
c＝4000毫米/毫秒h＝2毫米(h＝0.15
)d＝0.4毫米(d＝0.2h)變換器中的壓電元件具有以上所示的參量，由于其尺寸最小，靈敏度將不太高。此外，這種壓電元件的固有電容將不足一個(gè)微微法，小于外部記錄裝置的輸入電路的電容。給定的情況還會(huì)導(dǎo)致靈敏度低于潛在的可能達(dá)到的靈敏度S。(圖3中用虛線表示的曲線)，S0是當(dāng)壓電元件在理想的輸入電路(輸入電容等于零，輸入電阻無限大)的情況下工作時(shí)所能達(dá)到的。這會(huì)使得壓電元件的內(nèi)部容抗顯著地大于輸入電路的電阻，從而導(dǎo)致信號被輸入電路分流。還是由于這個(gè)原因，當(dāng)保持給定的幅頻特性曲線的差值(圖3中的“bc”區(qū)間)時(shí)，壓電元件的工作范圍中的低頻f1向高頻區(qū)移動(dòng)，從而使工作頻帶△f縮小。
盡管由于上述因素使得效率降低，但給定的變換器的特點(diǎn)是對被檢測制品表面沿壓電元件的極化軸方向的偏移具有很高的選擇性，這有助于提高聲發(fā)射參量的測量準(zhǔn)確度。
例2變換器的工作范圍的高頻與例1相同，壓電元件也是用相同的材料制成的，但具有以下參量h＝3.3毫米(h＝0.25
)d＝1毫米(d＝0.3h)
該壓電元件與前面所述的壓電元件相比，具有很高的靈敏度和很寬的工作頻帶(圖4中的“bc”區(qū)間)，這是由于增大了壓電元件的尺寸和增大了它的固有電容量的結(jié)果。在這種情況下減小壓電元件的內(nèi)部容抗，因而也就減小了外部記錄裝置的輸入電路的分流作用。而且，因?yàn)閴弘娫某叽顼@著地小于工作范圍的高頻的半波長(λ2＝6.6毫米)，所以保證能獲得合乎要求的方向圖。在選定的比率d/h的條件下，壓電元件具有對被檢測制品表面沿極化軸的方向偏移的靈敏度。
例3變換器的工作范圍的高頻與例1相同，壓電元件也是用相同的材料制成的，但具有以下參量h＝4.3毫米(h＝0.32
)d＝3.0毫米(d＝0.7h)這種變換器與例2中所述的變換器相比，具有更高的靈敏度，由于增大了壓電元件的尺寸和它的固有電容量，在給定的情況下該固有電容量達(dá)數(shù)+微微法，因此壓電元件很容易與外部記錄裝置的輸入電路相匹配。變換器的靈敏度和工作頻帶寬度實(shí)際上已相當(dāng)于潛在的最大可能值(圖5中的“bc”區(qū)間)。與上例一樣，所選定的比率d/h＝0.7保證了變換器對被檢測制品表面上的點(diǎn)與壓電元件極化方向一致的偏移的選擇靈敏度。第一共振頻率f0比工作范圍的高頻f2大很多，因此在工作范圍內(nèi)幅頻特性曲線的差值最小。而且與上例一樣，保證變換器具有符合要求的方向圖。
例4變換器的工作范圍的高頻與例1相同，壓電元件也是用相同的材料制成的，但具有以下參量h＝5.3毫米(h＝0.4
)d＝5.3毫米(d＝1.0h)壓電元件尺寸的增大導(dǎo)致其靈敏度在一定程度上增大。所選定的比率d/h＝1.0保證具有符合要求的方向圖和在工作頻率范圍內(nèi)與極化軸方向一致的偏移的靈敏度。由于第一共振頻率f0向工作范圍的高頻f2的方向偏移(圖6)，所以在高頻區(qū)出現(xiàn)幅頻特性曲線升高現(xiàn)象，因此給定的變換器的幅頻特性曲線的差值與上例相比變大了。
例5變換器的工作范圍的高頻與例1相同，壓電元件也是用相同的材料制成的，但具有以下參量h＝8.5毫米(h＝0.64
)d＝12.8毫米(d＝1.5h)如此增大壓電元件的尺寸，不會(huì)導(dǎo)致變換器的靈敏度增大到所希望的程度。同時(shí)，在給定的壓電元件的尺寸和它們之間的關(guān)系的條件下，第一共振頻率f0出現(xiàn)在工作頻率范圍內(nèi)，從而導(dǎo)致幅頻特性曲線的差值相當(dāng)大(圖7中的“bd”和“dc”區(qū)間)。此外，因?yàn)閐＞h，所以壓電元件的第一共振將是徑向的。在第一共振頻率和該頻率附近，壓電元件具有這樣的對被檢測制品表面上的點(diǎn)的偏移靈敏度，即該偏移的方向與垂直于壓電元件極化軸的固有的徑向振動(dòng)方向一致，這樣就降低了變換器的效率。
在這種情況下，變換器在共振頻率時(shí)的方向圖與變換器在被檢測的制品上的固定條件有著復(fù)雜的關(guān)系，而且方向圖的形狀極其不同于圖形。
例6變換器的工作范圍的高頻與例1相同，壓電元件是用以鉛的鋯酸鹽和鈦酸鹽為主體的陶瓷制成的，具有以下參量c＝3000毫米/毫秒h＝3.2毫米(h＝0.32
)d＝2.2毫米(d＝0.7h)這種變換器實(shí)際上具有與例3相同的符合要求的特性曲線(見圖5)。
如上所述，例2、例3、例4和例6中列舉的變換器方案是最有效的，同時(shí)還要注意下述情況，即采用所申請的變換器的各種方案，獲得很高的聲發(fā)射信號參量測量準(zhǔn)確度，只有在必須使用前面所述的減振元件的條件下才能得以保證，該減振元件可以消除外殼和保護(hù)層內(nèi)部的信號混響，還可抑制它們自身的共振。
以上闡述了所推薦的聲發(fā)射信號變換器的具體實(shí)施方案，但本發(fā)明還可以在其它相應(yīng)的方案中實(shí)施。
權(quán)利要求
1.聲發(fā)射信號變換器包括底部帶孔的外殼、用導(dǎo)聲的材料制成的保護(hù)層，該保護(hù)層位于外殼的底部，并用作變換器的接觸底座，還包括沿其軸向極化了的圓柱形的壓電元件，并將自己的基座安裝在上述的保護(hù)層上，其特征為該變換器補(bǔ)充安裝了呈旋轉(zhuǎn)體狀的減振元件(7)，它與壓電元件(4)共軸安裝，并與上述的外殼(1)和保護(hù)層(3)有著聲耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)所述的變換器，其特征為上述的減振元件(7)呈套筒形，插在上述的外殼(1)的孔中，在該套筒中嵌入了上述的保護(hù)層(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)或第2項(xiàng)所述的變換器，其特征為上述的壓電元件(4)的直徑的大小為其高度的0.3到1.0倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求第3項(xiàng)所述的變換器，其特征為壓電元件的高度由以下條件選定h＝(0.25……0.40) (c)/(f)式中h 壓電元件(4)的高度，毫米c 超聲波在壓電元件(4)的材料中的傳播速度，毫米/毫秒f 變換器工作范圍的高頻，千赫
全文摘要
信號變換器包括外殼(1)、位于外殼(1)的底部的保護(hù)層(3)、沿其軸向向極化了的并以自己的基底安裝在保護(hù)層(3)上的圓柱形的壓電元件(4)，以及與壓電元件(4)共軸安裝的且與外殼(1)和保護(hù)層(3)有著聲耦合的呈旋轉(zhuǎn)體形狀的減振元件(7)。減振元件(7)呈套筒狀，插在外殼(1)的孔中，保護(hù)層(3)被嵌入該套筒中。
文檔編號G01N29/04GK1038883SQ8810394
公開日1990年1月17日 申請日期1988年6月25日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月25日
發(fā)明者阿尼托列·雅可夫列維奇·涅多謝卡, 尼可拉伊·弗拉基本諾維奇·高利茲思, 尼古拉·第英番維奇·科羅米耶克, 利奧尼德·弗蘭特謝維奇·卡琴科, 弗拉基米子·依奧諾維奇·凱勒曼諾夫, 弗拉基米子·尼古拉維奇·特凱琴科 申請人:烏克蘭科學(xué)院葉奧帕托納電焊研究所