Ультразвуковой пьезоэлемент: Пьезоэлемент для ультразвукового увлажнителя. 25мм купить в Москве | Товары для дома и дачи

Пьезоэлементы ультразвуковые для УЗТ аппаратов и ингаляторов с гарантией по выгодной цене

Пьезоэлементы нашли очень масштабное применение в самых разнообразных видах  деятельности, не исключая и медицину.

 

В ультразвуковых пьезоэлементах за основу взят эффект пьезоэлектрический.  Его принцип заключается в изменении кристаллами и керамики первоначальной формы под внешним воздействием, создаваемым электрическим напряжением. Причем изменение формы происходит с определенной периодичностью в течение всего времени воздействия. Таким образом, создаются колебания механического характера и, как следствие, ультразвуковые волны. Причем эффект, создаваемый пьезоэлементом является обратимым — ввиду того, что возникающие ультразвуковые волны также влияют на изменение формы кристалла, которое сопровождается наличием напряжения. Величина напряжения, возникающего вследствие деформации пьезоэлемента, измерима.

 

Другими словами возможно применение пьезоэлемента как излучателя, так и приемника УЗ-волн.

     

Для действия пьезоэлемента при УЗТ необходимо наличие проводящей среды. То есть генерируемые пьезоэлементом ультразвуковые волны и среда, где будет происходить воздействие, должны иметь между собой, так называемый проводник. Как правило,им является обычный ультразвуковой гель. Он облегчает проникновение волн с жесткой поверхности на мягкие ткани.

 

Довольно частую ошибку допускает медицинский обслуживающий персонал при санитарно-гигиенической обработке ультразвукового датчика. Она заключается в обработке этиловым спиртом, что ведет к разрушению соединяющей среды. Поэтому обработка датчика должна происходить строго с соблюдением правил, указанных в инструкции!

 

Купить пьезоэлемент ультразвуковой доступно на сайте нашей компании. В разделе “Запчасти для физиотерапии” Вы сможете приобрести

пьезоэлемент для ингалятора Вулкан, пьезоэлемент к УЗТ 1.01 Ф аппарату и др.

Пьезоизлучатель для увлажнителя воздуха

Влажность воздуха в жилом помещении является обязательным параметром для жизнедеятельности людей и растений. Всему живому, и даже неживому, на земле необходима вода, которая находится в воздушных массах.

В соответствии с ГОСТ 30494-96 оптимальными показателями являются

  • 40-70 % влажности в закрытом помещении для людей.
  • 50-75 % влажности для комнатных растений.
  • До 60% влажности для бумажных изделий, к примеру, книг и ценных вещей, мебели и бытовых приборов.

От низких показателей влажности страдает все вокруг. К примеру, в Сахаре влажность составляет около 25%, а в городской квартире в отопительный период – около 20%. Сухость в помещении приводит к ослаблению иммунной системы, частым простудам, аллергии и многих иным заболеваниям. Повысить влажность в помещении можно с помощью ультразвукового увлажнителя.

Особенности прибора

Пьезоизлучатель — это небольшой аккуратный элемент

Ультразвуковые увлажнители относятся к разряду надежной и эффективной техники для дома. Принцип увлажнения воздуха прибором заключается в использовании уникальной мембраны.

Ультразвуковая мембрана для увлажнителя воздуха под воздействием высокочастотных колебаний превращает залитую в резервуар воду во влажную пыль. С помощью вентилятора, воздух из комнаты засасывается в прибор, проходит сквозь водяную пыль, очищается и насыщается влажностью и подается обратно в комнату, но уже в виде тумана. Принцип холодного пара позволяет применять прибор в помещениях, где живут маленькие дети: пьезоизлучатель для увлажнителя воздуха не греет воду и является безопасным в использовании.

Важно! При работе длительное время ультразвуковой прибор может понижать температуру в комнате за счет насыщения воздуха холодным туманов. Устранить такую неприятность просто: включить функцию «Теплый пар» и подогреть воздушные массы.

Достоинства

  • Наличие гидростата, который позволяет в ручном режиме регулировать показатели влажности.
  • Автоматическое управление приборов: поддержание указанных параметров влажности, отключение при полном испарении воды.
  • Возможность устанавливать параметры влажности вплоть до 70%.
  • Низкая шумность в включенном состоянии: значительно меньше допустимых 40 Дб.
  • Высокая производительность: до 16 л пара в сутки при емкости до 5 л.
  • Потребляет малое количество электроэнергии: до 50 Вт.
  • Оснащаются современной системой фильтрации жидкости.
  • Безопасное использование, достигаемое за счет отсутствия горячего пара.
  • Современный дизайн, возможность выбора цвета, функциональности, габаритов.

Важно! Для повышения длительности эксплуатации прибора необходимо использовать дистиллированную воду. Это поможет также избежать белого налета на мебели и иных поверхностях: дистиллированная вода не имеет примесей и солей.

Недостатки

  • Своевременный уход: чистить прибор необходимо каждые 10 дней.
  • Сложность ремонта.
  • Относительно высокая стоимость.

Устройство ультразвукового увлажнителя

Блок управления прибором

БУ пьезоизлучателем

Рабочая схема может быть выполнена в виде отдельного элемента или быть составной индикатора. Она регулирует и настраивает режимы работы прибора, отслеживает показатели датчиков. К примеру, при полном испарении жидкости устройство отключается, при достижении заданных параметром влажности работа также будет прекращена.

Генератор

Схема, которая формирует электрический сигнал. С его помощью задаются электрические колебания необходимой частоты. Как правило, генератор является отдельным элементом.

Ультразвуковой излучатель для увлажнителя воздуха

Элемент, который под воздействием тока вибрирует на высокой частоте. Ультразвук создается на частоте 1,7 мГц, которая не воспринимается слухом человека. Под воздействием ультразвука вода разбивается на мельчайшие частицы и преобразовывается в туман. «Холодный пар» распространяется по комнате, освежая и очищая ее.

Датчики

В ультразвуковых увлажнителях устанавливаются датчики воды и влажности. С их помощью выполняется контроль за наличием жидкости в емкости и показателями влажности в помещении.

Блок питания

Компонент, предназначенный для питания прибора.

Вентилятор

Элемент, используемый для распространения холодного пара по комнате.

Важно! Прежде чем приступить к ремонту прибора следует установить неисправность и ее причину.

Распространенные неисправности

Неприятный запах

Появление неприятного запаха — повод проверить работоспособность пьезоизлучателя

Появление стороннего запаха свидетельствует о застое воды, если прибор длительное время не использовался, и вода не была слита. Также причиной может быть засорение системы фильтрации. Решение: полная чистка прибора с использованием специальных средств, замена фильтров.

Отсутствует подача воздуха

В том случае, когда увлажнитель работает, но воздух не идет необходимо проверить работоспособность вентилятора. Причиной неисправности может быть и засорение фильтра воздухозаборной решетки. Решение: замена фильтрующего элемента или вентилятора.

Совсем не включается

При отсутствии питания прибор теряет работоспособность. При обнаружении неприятности проверить есть ли напряжение в линии. Также данная проблема актуальна при выходе из строя предохранителя вилки. Решение: замена предохранителя, вилки или проводов.

Как проверить работоспособность пьезоэлемента

Первым признаком неисправности является отсутствие пара или ослабление парообразования. Устранить неисправность можно самостоятельно, выполнив замену элемента.

Алгоритм замены

  • Отключить прибор от питания.
  • Снять емкость для воды, вытереть насухо прибор.
  • Вскрыть корпус устройства, используя отвертку под тип винтов.
  • Осмотреть элементы на предмет горения, прочности крепления проводов и их целостность, проверить целостность элементов.
  • Найти пьезоэлемент для увлажнителя воздуха, сфотографировать способ подключения проводов или записать их расположение.
  • Отсоединить излучатель.
  • Снять уплотнительные детали.
  • Осмотреть элемент, определить, нет ли механических повреждений.
  • При наличии видимых дефектов заменить элемент на новый, при их отсутствии проверить контакты.
  • Собрать прибор.

Правила безопасности при использовании ультразвукового увлажнителя

Эта деталь без проблем меняется самостоятельно и стоит недорого
  • Увлажнитель воздуха используется строго по назначению: запрещается применять его для сушки белья или проветривания помещения.
  • Поток пара должен быть направлен на безопасное место: запрещается направлять холодный туман на предметы интерьера, бытовую технику, кровать или иную мебель.
  • Ремонтировать прибор необходимо в отключенном состоянии: запрещается работать с увлажнителем в момент питания или при наличии воды.
  • Собирать прибор необходимо в соответствии с первоначальным положением всех элементов и проводов.
  • После ремонта необходимо проверить прибор на работоспособность: включить увлажнитель в защитное УЗО. Если защита сработала – без визита в сервисный центр не обойтись.

Ультразвуковой увлажнитель воздуха требует к себе своевременного внимания. Это прибор инновационного типа, работающий при высоких частотах. Используйте его в соответствии с рекомендациями производителя, и он длительное время будет обеспечивать оптимальную влажность в вашем доме.

https://youtu.be/UrKgl34mUtk

Навигация по записям

Мембраны для увлажнителей воздуха


Ультразвуковой увлажнитель воздуха при всех его достоинствах, таких как: 

  • производительность;
  • экономичность в эксплуатации;
  • компактность;
  • бесшумность;
  • невысокая цена;

имеет два существенных недостатка:

  • требователен к чистоте воды.
    Если вода содержит различные соли, то на мебели и других предметах образуется белый налет. Способы борьбы с налетом.
  • имеет непродолжительный срок службы ультразвуковой мембраны.
    Замена ультразвуковой мембраны это не очень сложная операция и многие смогут выполнить ее самостоятельно. Несколько инструкций и видеоинструкцией по ремонту увлажнителей можно найти на этом сайте.
    Те же кто не обладает необходимым для этого временем, желанием или уверен, что чинить увлажнитель это не его «призвание», могут обратиться в ремонтную мастерскую. Однако, мастерские не всегда берутся за замену мембраны, т.к. не имеют их в наличии. Купить ультразвуковую мембрану для увлажнителя вы можете на этом сайте, тогда ремонтная мастерская вряд ли откажет вам в починке.

В этой статье мы поговорим о типах мембран применяемых в ультразвуковых увлажнителях и их размерах. Объединение всех самых распространенных мембран для увлажнителей в одной статье должно помочь в их выборе.

Но прежде, давайте хоть немного, поговорим о самих мембранах, из чего они сделаны и как работают. Такое, пусть и поверхностное и очень краткое, знакомство с этими устройствами, позволит с большим пониманием эксплуатировать, а при необходимости и ремонтировать ультразвуковые увлажнители.

Основой для изготовления мембран служат смеси оксидов некоторых металлов, например титана, свинца, бария, циркония и др. Порошки этих оксидов обжигают подобно глине, поэтому, такие материалы называют керамикой, хотя самой глины в них нет. Главное в этих материалах, то что они обладают пьезоэлектрическими свойствами. Приставка пьезо произошла от греческого слова означающего давить (пьезо, прессо очень похоже на современное слово «пресс»), она отлично раскрывает смысл пьезоэлектрического эффекта — появление электрического напряжения на противоположных поверхностях материала при его деформации. Многим известны пьезоэлектрические зажигалки для газовых плит, при нажатии на кнопку, происходит деформация пьезоэлемента, при этом вырабатывается электрическое напряжение, которое используется для создания искры. В ультразвуковых мембранах для увлажнителей используется обратный пьезоэлектрический эффект, т.е. деформация материала происходит при приложении к нему электрического напряжения. Подаваемое на мембрану (пластину) напряжение нужной величины и частоты, заставляет  ее дрожать, это дрожание мембраны происходит настолько быстро и мощно, что вода, находящаяся в соприкосновении с ней превращается в туман.

Хотя, пьезоэлектрический эффект в кристаллах известен с конца 19 века, пьезокерамика впервые была получена в Советском Союзе в 1944 году академиком АН СССР Вулом Бенционом Моисеевичем. В 1946 году Вул Б.М. был награжден сталинской премией за открытие нового вещества, обладающего пьезоэлектрическими свойствами — титаната бария.

Ультразвуковая мембрана для увлажнителя воздуха — это наиболее часто используемое наименование этой запасной части увлажнителя в Интернете, но наряду с этим наименованием используются и другие:

— ультразвуковой излучатель для увлажнителя воздуха;
— ультразвуковой элемент для увлажнителя воздуха;
— ультразвуковая пластина для увлажнителя воздуха;
испаритель керамический для ультразвукового увлажнителя воздуха;
распылитель керамический для ультразвукового увлажнителя воздуха;
— ультразвуковой пьезоэлемент для увлажнителя воздуха;
пьезоизлучатель для ультразвукового увлажнителя воздуха.

Так же, на сайте poleznayashtuka.ru, мембраной будет называться и  сборочная единица состоящая из: самой мембраны, уплотнительного кольца, проводов (припаянных непосредственно к пьезоэлементу или соединяющихся с ним при помощи пружинных или иных контактов), разъема и других элементов, входящих в конструкцию, выставленную на продажу как единое целое. Для целей ремонта, достаточно классифицировать мембраны по следующим параметрам:

  • рабочая частота;
  • диаметр пьезоэлемента;
  • покрытие рабочей (соприкасающейся с водой) поверхности;
  • наличие или отсутствие проводов и разъема, а так же длина и способ крепления проводов при их наличии;
  • размер, форма, материал и цвет уплотнителя;
  • установка мембраны в уплотнителе горизонтально или под углом;
  • наличие дополнительных элементов, например, кожухов, прижимных шайб и т.п.

 

Подавляющее большинство мембран, используемых для ультразвуковых увлажнителей воздуха, работают на частоте примерно равной 1,7 МГц (1,7 мегагерц, т.е. 1 700 000 колебаний в секунду) и имеют диаметры 16, 20 и 25 мм.
Замер диаметра производится непосредственно пьезоэлектрического элемента, без резинового или силиконового уплотнителя.

Во многих случаях, наличие разъема не является значимой характеристикой, т.к. имеющийся тип разъема на мембране может не подойти к разъему использованному именно в вашем увлажнителе. При ремонте, не составит особого труда, отрезать часть провода с разъемом от старой мембраны и припаять к проводам новой, а место соединения заизолировать термоусадочными трубками или изоляционной лентой. Можно и вовсе удалить разъем, а провода мембраны припаять непосредственно к плате генератора. Соединение при помощи пайки значительно надежнее разъема.

 

 

 

 

 

 

Фото и краткие характеристики наиболее распространенных мембран.

 

Ультразвуковая дефектоскопия

Что такое ультразвуковая дефектоскопия и для чего она нужна. Эхо-импульсный, эхо-зеркальный и теневой методы. Достоинства и недостатки ультразвуковой дефектоскопии.

Содержание статьи

Что такое ультразвуковая дефектоскопия?

Ультразвуковая дефектоскопия представляет собой совокупность методов неразрушающего контроля, использующих для нахождения дефектов в изделиях ультразвуковые волны. Полученные данные затем анализируются, выясняется форма дефектов, размер, глубина залегания и другие характеристики.

Позволяет надёжно и эффективно проверять качество стального литья, сварных соединений, литых заготовок. Применяется при изготовлении и эксплуатации железнодорожных рельс, частей авиационных двигателей, трубопроводов в атомных реакторах и контроля иных ответственных изделий. Самый совершенный инструмент диагностики — дефектоскоп на фазированных решетках.

Ультразвуковые преобразователи к содержанию

В промышленности металлы, как правило, проверяют ультразвуком с частотой в диапазоне от 0,5 МГц до 10 МГц. В определённых случаях сварные швы обследуют волнами, имеющими частоту до 20 МГц. Благодаря этому можно выявлять дефекты весьма небольшого размера. Объекты значительной толщины, в частности отливки, поковки, сварные соединения, сделанные электрошлаковой сваркой, а также металлы крупнозернистого строения, например, чугун и некоторые виды стали проверяют ультразвуком с низкими частотами.

Пьезоэлектрическими преобразователями называются приборы, которые возбуждают и принимают ультразвуковые волны.

Совмещённые преобразователи имеют в своём составе пьезоэлемент, который может в один момент времени испускать ультразвук, а в следующий принимать.
В раздельно-совмещенных аппаратах один пьезоэлемент является источником ультразвуковых волн, а другой их улавливает.
В раздельных пьезоэлемент служит либо генератором, либо приёмником ультразвука.

В контактных преобразователях ультразвуковые волны излучаются в исследуемый объект через тонкую прослойку жидкости.
В иммерсионном устройстве его поверхность и изделие разделены слоем жидкости, во много раз превышающим длину волны. Для этого образец помещают в иммерсионную ванну, применяют струю воды и т.д.

В контактно-иммерсионном преобразователе имеется специальная ванна с эластичной мембраной, контактирующей с проверяемым изделием.
В бесконтактных установках ультразвуковые колебания возбуждаются с помощью различных физических эффектов через воздушный промежуток. Их чувствительность уступает преобразователям других типов в десятки тысяч раз.

Способы контроля с помощью ультразвука к содержанию

Эхо-импульсный способ самый широко распространённый и простой. Преобразователь излучает зондирующие сигналы и сам же регистрирует отражённые дефектами эхо-сигналы.

По временному интервалу между посылаемыми сигналами и эхо можно узнать, где и на какой глубине находится дефект, а по амплитуде сигнала – каковы его размеры. К достоинствам данного способа следует отнести:

К достоинствам данного способа следует отнести:

  • Возможность провести проверку с использованием только одного преобразователя;
  • Хорошо находит внутренние дефекты;
  • Очень точно определяет местонахождение дефекта.

Основные его недостатки это:

  • К поверхностным отражателям помехоустойчивость оставляет желать лучшего;
  • Отражённый сигнал слишком сильно зависит от того, как ориентирован дефект;
  • Нельзя контролировать акустический контакт, когда преобразователь перемещается по проверяемому объекту, потому что эхо на участках без дефектов отсутствует.

Эхо-зеркальный метод нуждается в двух преобразователях. Их располагают по одну сторону проверяемого изделия так, чтобы один прибор мог улавливать сигнал излучаемый другим. В приёмник поступает ультразвук, отражённый от дефекта и от донной поверхности.

К недостаткам следует отнести необходимость менять через определённые промежутки времени расстояние между преобразователями.

Теневой метод требует доступа преобразователей к проверяемому изделию с двух сторон, причём устройства обязаны находиться на одной акустической оси. О присутствии в объекте дефекта судят по серьёзному снижению амплитуды принимаемого сигнала либо его полному исчезновению. Основные достоинства подобного метода это: хорошая помехоустойчивость и низкая зависимость амплитуды сигнала от ориентации дефекта.

Преимущества и недостатки ультразвуковой дефектоскопии к содержанию

Ультразвуковой контроль в промышленности используется с 50 годов прошлого века. В то время инструментами для диагностики сварных соединений и обнаружения других дефектов на трубопроводах служили ламповые дефектоскопы и УЗК преобразователи на основе пьезокерамических элементов.  За прошедшие более чем 60 лет накоплен богатый опыт применения ультразвукового контроля, появились новые цифровые дефектоскопы и новые методы неразрушающего контроля. 

Плюсы ультразвуковой дефектоскопии

  • Проверяемую деталь не требуется повреждать или разрушать.
  • Работа проводится очень быстро и недорого стоит.
  • В сравнении с некоторыми другими видами дефектоскопии, например, рентгеновской не представляет опасности для человека.
  • Возможность проводить контроль как металлических, так и неметаллических образцов.
  • Благодаря высокой мобильности ультразвуковые дефектоскопы для проверки необходимого объекта можно доставить практически в любое место.

Недостатки ультразвукового контроля

  • Требуется тщательная подготовка поверхности проверяемого изделия, чтобы между ней и прибором не было даже малейшего воздушного зазора.
  • Во многих случаях этот метод контроля не позволяет получить информацию об истинных размерах дефекта.
  • Большие трудности представляет контроль изделий сложной формы и малых размеров.

Физика ультразвука, пьезоэлементы и выбор ультразвуковых датчиков

Физика ультразвука, пьезоэлементы (кристаллы) и правильный выбор ультразвуковых датчиков

14 февраля 2017

Уважаемые коллеги и друзья, мы начнем серию кратких статей которые описывают принципы ультразвуковой диагностики и применяемые в ней технологии. Мы намеренно будем подавать данные в кратком виде, не вдаваясь глубоко в принципы физических и математических методов построения изображений и работы программных и аналоговых фильтров. Цель написания данной серии статей – в форме брифинга представить посетителю сайта информацию о том, что и почему важно при выборе ультразвукового диагностического аппарата и принадлежностей к нему, а также какие функции и надстройки полезны, какова их практика применения и нужны ли они персонально Вам.

Сегодня статья посвящена физическим принципам диагностического ультразвука. Мы хотим в краткой форме осветить лишь то, что важно пользователю и покупателю ультразвуковой диагностической системы. Если вы хотите получить углубленные знания, мы рекомендуем вам обратится к замечательной книге, написанной профессором, доктором медицинских наук, замечательным авторитетным преподавателем кафедры биомедицинских систем и технологий Львом Васильевичем Осиповым – «Ультразвуковые диагностические приборы».

Мы намеренно не будем касаться очевидных вещей: применение того или иного датчика в зависимости от формы апертуры или частоты генерируемого ультразвука. Мы заглянем немного глубже и определим что же еще крайне важно знать при выборе ультразвукового датчика.

 

Физика ультразвука

По своей сути звук является механической волной с продольным распространением. Сам же ультразвук, который применяется в диагностической медицине, не что иное как механическая волна (звук) определенной частоты (от 1 МГц до 25 МГц).

 

Для того, чтобы ультразвук распространялся необходим субстрат (вещество), при этом колебания одной частицы вещества будут передавать другой и, таким образом, будет происходить передача энергии и распространение ультразвука.

Для того, чтобы получить ультразвук необходимой характеристики, используют ультразвуковые датчики в строении апертуры которых находятся пьезокристаллы (пьезоэлементы) – именно с помощью них и происходит генерация ультразвука, который потом, из-за плотного прилегания апертуры датчика к коже человека (благодаря использованию ультразвукового геля) передается от частицы к частице в теле человека. Сами ультразвуковые колебания генерируются с помощью пьезоэлектрического эффекта, который возникает при подаче электрического импульса на пьезокристалл в ультразвуковом датчике.

Сам пьезоэлектрический эффект разделяют на прямой и обратный. Именно пьезоэффект делает возможным использование отраженного эхосигнала ультразвуковым прибором. Прямой пьезоэлектрический эффект заключается в возникновении электрического потенциала на гранях пьезокристалла при их смещении в следствии воздействия механических внешних сил (пьезокристалл сжимается и расширяется).

Получение обратного пьезоэлектрического эффекта связано с воздействием на пьезокристалл с помощью электрического напряжения (в следствии подобного воздействия также происходит смещение граней пьезокристалла). На пьезокристалл подается переменное напряжение высокой частоты, пьезокристалл начинает с высокой частотой сжиматься и расширяться, вокруг него возникает высокочастотное изменение давления, что и приводит к возникновению направленных колебаний, а это и есть необходимый нам ультразвук.

  

Выбор ультразвуковых датчиков.

В современном диагностическом приборе в апертуре ультразвукового датчика под специальным защитным материалом (похожим на резину) находятся пьезокристаллы — главный элемент, который отвечает за генерацию ультразвука нужной частоты. Сами пьезокристаллы выращивают органическим путем на специальных производствах и качество получаемого диагностического изображения линейно связано с качеством произведенного пьезокристалла. Также важно количество пьезокристаллов в апертуре, ведь чем больше пьезоэлементов, которые генерируют ультразвук, тем больше отраженного эхосигнала может получить прибор и, соответственно, тем более информативным будет диагностическое изображение.

При выборе датчика не стоит опираться только на форму апертуры и применение (линейный, конвексный, секторный фазированный, внутриполостной и т.д.). Форма апертуры и самого датчика прежде всего определяет его применимость в различных исследований. А вот на качество изображения будет влиять именно плотность расположения пьезоэлементов (пьезокристаллов) в датчике и однородность характеристик отдельных пьезоэлементов.

Подведем итог всего вышеописанного в некой произвольной форме, которая, как нам кажется, будет полезна посетителю нашего сайта:

  1. 1.     Датчик если не самый важный элемент аппарата для УЗИ, то один из главных. От него зависит около 70% качества диагностического изображения;
  2. 2.     Выбирая датчик, обратите внимание на количество пьезоэлементов и плотность их расположения (например: линейный датчик с апертурой 38мм может содержать как 128 так и 192, 256, 512, 1000+ элементов).
  3. 3.     Если вы рассматриваете к покупке не оригинальный ультразвуковой датчик, а совместимый (стороннего производства), то подходите к такой покупке крайне аккуратно.

 

О совместимых датчиках хотелось бы добавить следующее: Производитель ультразвукового прибора крайне претенциозно относится к контролю качества над производством датчиков (и не удивительно, так как при плохом датчике обязательно будет плохая визуализация у любой, самой технологичной ультразвуковой системы). Производителю совместимого датчика, напротив, совсем не нужно так внимательно следить за качеством, такие производители преследуют свои цели: снижение себестоимости для того, чтобы успешно конкурировать с другими, более крупными и официальными производствами.

Безусловно не нужно расценивать выше написанное как информацию о том, что все совместимые датчики плохие. Конечно нет. Просто производство и продажа не оригинального совместимого датчика для ультразвукового аппарата оставляет огромное поле для маневра в случае, если кто-то захочет вас обмануть. Посудите сами: будете ли вы спрашивать количество элементов внутри датчика перед приобретением? Сможете ли вы проверить, что элементов именно столько, сколько вам назвали? Есть ли у вас возможность воспользоваться очень дорогим фантомом для определения КПД кристаллов датчика?

Как и в абсолютно любом деле, осведомленность и знания очень важны. Если вы планируете приобрести ультразвуковую диагностическую систему и/или ультразвуковой датчик, то обязательно обращайте внимание на описанные выше немаловажные детали. Если же вы планируете покупку в нашей компании, то вы можете задать все необходимые вопросы одному из наших менеджеров по контактным данным, опубликованным на сайте. 

Мы желаем вам удачной покупки!

Коллектив ООО «Медфорд»

Назад

Ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи (УЗ ПЭП)



Пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП) применяются в ультразвуковом НК, выступая в качестве излучателя и приемника ультразвукового импульса обрабатываемого УЗ дефектоскопом. Принцип действия ПЭП основан на пьезоэлектрическом эффекте – явлении возникновения электрической поляризации под действием механических напряжений. Требования к УЗ ПЭП указаны в ГОСТ Р 55725-2013 — Преобразователи ультразвуковые пьезоэлектрические. Общие технические требования (взамен ГОСТ 26266-90) и ГОСТ Р 55808-2013 — Преобразователи ультразвуковые. Методы испытаний. (взамен ГОСТ 23702-90). Расширенный перечень нормативов касающихся УЗ ПЭП приведен в конце данной страницы. УЗ ПЭП можно условно классифицировать по следующим признакам:

По углу ввода колебаний различают:

  • Прямые преобразователи вводят и (или) принимают колебания по нормали к поверхности объекта контроля в точке ввода.
  • Наклонные преобразователи вводят и (или) принимают колебания в направлениях отличных от нормали к поверхности объекта контроля.

По способу размещения функций излучения и приема УЗ сигнала различают:

  • Совмещенные ПЭП где один и тот же пьезоэлемент, работает как в режиме излучения так и в режиме приема.
  • Раздельно-совмещенные преобразователи где в одном корпусе размещены два и более пьезоэлемента, один из которых работает только в режиме излучения, а другие в режиме приема.

По частоте колебаний

  • Высокочастотные УЗ ПЭП условно можно ограничить диапазоном 4-5 МГц, такую частоту обычно применяют при контроле мелкозернистых заготовок небольшой толщины (обычно менее 100мм) и сварных соединений толщиной менее 20мм.
  • Среднечастотные УЗ ПЭП с диапазоном частот 1,8-2,5 МГц. Преобразователи с данным диапазоном частот применяются для контроля изделий большей толщины и с большим размером частиц.
  • Низкочастотные УЗ ПЭП с диапазоном частот 0,5-1,8 МГц, используются для контроля заготовок с крупнозернистой структурой и высоким коэффициентом затухания, например чугуна, бетона или пластика.

По способу акустического контакта

  • Контактные ПЭП где рабочая поверхность соприкасается с поверхностью ОК или находится от нее на расстоянии менее половины длины волны в контактной жидкости.
  • Иммерсионные которые работают при наличии между поверхностями преобразователя и ОК слоя жидкости толщиной больше пространственной протяженности акустического импульса.

По типу волны возбуждаемой в объекте контроля:

  • Продольные волны — колебания которых происходит вдоль оси распространения;
  • Сдвиговые (поперечные) волны — колебания которых происходит перпендикулярно оси распространения;
  • Поверхностные волны (волны Реллея) — распространяющиеся вдоль свободной (или слабонагруженной) границы твердого тела и быстро затухающие с глубиной.
  • Нормальные ультразвуковые волны (волны Лэмба) – ультразвуковые волны, которые распространяются в пластинах и стержнях. Существуют симметричные и антисимметричные волны.
  • Головные волны – савокупность акустических волн возбуждаемых при падении пучка продольных волн на границу раздела 2 твердых сред под первым критически углом.

Выбор ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя зависит от параметров контролируемого объекта, таких как материал, толщина, форма и ориентация дефектов и т.д.

Выбор ПЭП по углу ввода (прямой или наклонный) выбирают исходя из схемы прозвучивания конкретного объекта. Схемы прозвучивания содержатся в государственных и ведомственных стандартах, а так же технологических картах контроля. В общем случае угол ввода выбирают таким образом, что бы обеспечивалось пересечение проверяемого сечения акустической осью преобразователя (прямым или однократно отраженным лучем). Выявление дефектов выходящих на поверхность наиболее эффективно обеспечивается при падении поперечной волны под углом 45 °±5° к этой поверхности.

Выбор ПЭП по схеме включения (совмещенный или РС) выбирается в зависимости от толщины изделия или расстояния зоны контроля от поверхности ввода. Прямые совмещенные ПЭП обычно применяют при контроле изделий толщиной более 50мм, а прямые РС ПЭП для контроля изделий толщиной до 50мм включительно, или приповерхностного слоя до 50мм.

Наклонные РС ПЭП в основном используются по совмещенной схеме включения. Наклонные РС ПЭП с поперечной волной используют преимущественно для контроля сварных соединений тонкостенных (до 9мм) труб диаметром не более 400мм (хордовые преобразователи). Наклонные РС ПЭП с продольной волной применяют для контроля соединений с крупнозернистой структурой и высоким уровнем шумов (аустенитные швы).

Выбор ПЭП по частоте колебаний, выбирается в основном исходя из толщины ОК и требуемой чувствительности контроля. Благодаря более короткой волне, высокочастотные преобразователи позволяют находить дефекты меньшего размера, тогда как УЗ волны низкочастотных ПЭП глубже проникают в материал, т.к. коэффициент затухания уменьшается с частотой. Низкочастотные ПЭП применяются при контроле крупнозернистых материалов и материалов с высоким коэффициентом затухания.

При выборе частоты надо учитывать, что ее увеличение вызывает:

  • увеличение ближней зоны
  • уменьшение мертвой зоны, связанное с уменьшением длительности свободных колебаний пьезоэлемента;
  • улучшение лучевой и фронтальной разрешающей способности;
  • сужение характеристики направленности;
  • увеличение коэффициента затухания и связанное с ним падение чувствительности на больших толщинах
  • увеличение уровня структурных шумов в крупнозернистых материалах; уменьшение уровня собственных шумов ПЭП, связанное с увеличением затухания звуковой волны в элементах ПЭП при возрастании частоты;


Подпишитесь на наш канал YouTube

Далее приведены основные типы и характеристики преобразователей, наиболее часто применяемых в процессе ультразвукового контроля.

 

П111 — Прямые совмещенные преобразователи

Преобразователи типа П111 используются для дефектоскопии и толщинометрии изделий продольными волнами. На практике, прямые совмещенные преобразователи применяются для контроля листов, плит, валов, отливок, поковок, а также для поиска локальных утонений в стенках изделий. Преобразователи П111 используются для выявления объемных и плоскостных дефектов – пор, волосовин, расслоений и т.д. Характеристики ПЭП типа П111 приведены в таблице:

Обозначение УЗ ПЭП Эффективная частота, МГц Диапазон контроля по стали 40х13, мм Диаметр отражателя, мм Диаметр рабочей поверхности, мм Габаритные размеры, мм
П111-1,25-К20 1,25 ± 0,125 15 — 180 3,2 22 Ø 32х43
П111-2,5-К12 2,5 ± 0,25 10 — 180 1,6 14 Ø 22х35
П111-2,5-К20 2,5 ± 0,25 25 — 400 1,6 22 Ø 32х43
П111-5-К6 5,0 ± 0,5 5 — 70 1,2 9 Ø 19х32
П111-5-К12 5,0 ± 0,5 15 — 200 1,2 14 Ø 22х35
П111-5-К20 5,0 ± 0,5 15 — 200 1,2 22 Ø 32х43
П111-10-К6 10,0 ± 1,0 5 — 30 1,0 9 Ø 19х32

П112 — прямые раздельно-совмещенные преобразователи

Контактные раздельно-совмещенные преобразователи, типа П112, как правило используются для применяются для определения остаточной толщины стенки изделий и для поиска дефектов, расположенных на относительно небольших глубинах под поверхностью. Толщина контролируемых П 112 объектов, как правило, находится в диапазоне от 1 до 30мм. Характеристики П112 приведены в таблице:

Обозначение УЗ ПЭП Эффективная частота, МГц Диапазон контроля по стали 40х13, мм Диаметр отражателя, мм Размеры рабочей поверхности, мм Габаритные размеры, мм
П112-2,5-12 2,5 ± 0,25 2 — 30 1,6 Ø 16 Ø 24 х 43
П112-5-6 5,0 ± 0,5 1 — 25 1,2 Ø 9 Ø 21 х 40
П112-5-12 5,0 ± 0,5 2 — 30 1,2 Ø 16 Ø 24 х 43
П112-5-3×4 5,0 ± 0,5 1 — 25 1,2 10 х 15 Ø 32 х 12 х 28

П121 наклонные совмещённые преобразователи

Наклонные преобразователи, типа П121, широко применяются в задачах контроля сварных соединений, листов, штамповок, поковок и других объектов. Преобразователи П121 позволяют выявлять трещины, объемные дефекты, такие как неметаллические включения, поры, непровары, усадочные раковины и т.п. С помощью преобразователей типа П121, как правило, определяются характеристики вертикально ориентированных дефектов. Характеристики и возможная маркировка П 121 одного из производителей приведены в таблице:


Условное обозначение Угол ввода по образцу СО-2, град Диапазон контроля по стали, мм Эффективная частота, МГц Стрела, мм Размер ПЭ, мм Размер рабочей поверхности, мм Габаритные размеры, мм
П121-1,8-40-М-002 40+-1,5 1…50 1,8+-0,18 9 8х10 24х12 33х16х25
П121-1,8-50-М-002 50+-1,5 1…50 1,8+-0,18 10 8х12 30х16 33х16х25
П121-1,8-65-М-002 65+-1,5 1…45 1,8+-0,18 12 8х12 32х16 33х16х24
П121-2,5-40-М-002 40+-1,5 0,7…50 2,5+-0,25 8 8х12 30х16 33х16х25
П121-2,5-45-М-002 45+-1,5 0,7…50 2,5+-0,25 8 8х12 30х16 33х16х25
П121-2,5-50-М-002 50+-1,5 0,7…50 2,5+-0,25 8 8х12 30х16 33х16х25
П121-2,5-65-М-002 65+-2 0,7…45 2,5+-0,25 10 8х12 32х16 33х16х25
П121-2,5-70-М-002 70+-2 0,7…35 5+-0,5 12 8х12 32х16 33х16х25
П121-5-40-М-002 40+-1,5 0,7…50 5+-0,5 5 5х5 20х16 20х16х16
П121-5-45-М-002 45+-1,5 0,7…50 5+-0,5 5 5х5 20х16 20х16х16
П121-5-50-М-002 50+-1,5 0,7…50 5+-0,5 5 5х5 20х16 20х16х16
П121-5-65-М-002 65+-2 0,7…40 5+-0,5 6 5х5 20х16 20х16х16
П121-5-70-М-002 70+-2 0,5…25 5+-0,5 7 5х5 20х16 20х16х16

П122 – наклонные раздельно-совмещенные преобразователи

Хордовые преобразователи типа П122 в основном применяют для контроля кольцевых сварных швов трубных элементов из сталей и полиэтилена диаметром от 14 до 219 мм. с толщиной стенки от 2 до 6 мм., используются контактные раздельно-совмещенные хордовые преобразователи. Применение преобразователей хордового типа особенно эффективно для контроля тонкостенных сварных швов от 2 до 4 мм.

Преобразователи типа П122 предназначены для контроля тонкостенных сварных швов, как правило из нержавеющих, малоуглеродистых сталей и сплавов алюминия Характерная особенность ПЭП – минимальная мертвая зона и фокусировка УЗ поля в определенном диапазоне толщин. Характеристики П 121 представлены в таблице:

Наименование Угол ввода Стрела Фокусное расстояние по оси Y (глубина) Фокусное расстояние по оси X УЗК сварных швов толщиной
П122-5,0-65-М 65о 7 мм 9 мм 13 мм 7 — 12 мм
П122-5,0-70-М 70о 7 мм 5 мм 10 мм 5 — 9 мм
П122-5,0-75-М 75о 7 мм 4 мм 9 мм 4 — 8 мм
П122-8,0-65-М 65о 5 мм 6 мм 9 мм 5 — 7 мм
П122-8,0-70-М 70о 5 мм 4 мм 8 мм 3 — 5 мм
П122-8,0-75-М 75о 5 мм 3 мм 7 мм 2 — 4 мм

Под заказ возможна поставка специальных преобразователей:

Для основных типов ПЭП в России принято буквенно-цифровое обозначение, которое формируется следующим образом:

  • первый знак – буква П – Преобразователь;
  • первая цифра – 1 – контактный, 2 – иммерсионный, 3 – контактно-иммерсионный;
  • вторая цифра – 1 – прямой, 2 – наклонный;
  • третья цифра – 1 – совмещенный, 2 – раздельно-совмещенный, 3 – раздельный;
  • кроме этого производители обычно указывают частоту, угол ввода, размер пьезоэлемента.

Схема обозначения ультразвуковых преобразователей фирмы АКС приведена ниже

Помимо ГОСТ Р 55725-2013 и ГОСТ Р 55808-2013, ультразвуковым преобразователям посвящен ряд методических отраслевых документов, перечисленных в следующей таблице.


В данном описании использованы материалы монографии Е.Ф.Кретова «Ультразвуковая дефектоскопия в энергомашиностроении» и учебного пособия для подготовки и аттестации контролеров по неразрушающим и разрушающим методам контроля.

Дополнительные материалы:

 

Купить ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи и другие приборы неразрушающего контроля можно по официальной цене производителей с доставкой до двери в следующих городах: Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Саратов. Амурск, Ангарск, Архангельск, Астрахань, Барнаул, Белгород, Бийск, Брянск, Воронеж, Великий Новгород, Владивосток, Владикавказ, Владимир, Волгоград, Волгодонск, Вологда, Иваново, Ижевск, Йошкар-Ола, Казань, Калининград, Калуга, Кемерово, Киров, Кострома, Краснодар, Красноярск, Курск, Липецк, Магадан, Магнитогорск, Мурманск, Муром, Набережные Челны, Нальчик, Новокузнецк, Нарьян-Мар, Новороссийск, Новосибирск, Нефтекамск, Нефтеюганск, Новочеркасск, Нижнекамск, Норильск, Нижний Новгород, Обнинск, Омск, Орёл, Оренбург, Оха, Пенза, Пермь, Петрозаводск, Петропавловск-Камчатский, Псков, Ржев, Ростов, Рязань, Самара, Саранск, Смоленск, Сочи, Сыктывкар, Таганрог, Тамбов, Тверь, Тобольск, Тольятти, Томск, Тула, Тюмень, Ульяновск, Уфа, Ханты-Мансийск, Чебоксары, Челябинск, Череповец, Элиста, Ярославль и другие города. А так же Республики Казахстан, Белоруссия и другие страны СНГ.

Лидеры продаж УК

Шаблон Красовского УШК-1

Эталоны чувствительности канавочные

Магнитный прижим П-образный

Альбом радиографических снимков

ОПРОС:
Какое оборудование кроме НК вас интересует:

Акустические Контрольные Системы — Ультразвуковые НЧ пьезопреобразователи с сухим точечным контактом и их применение для НК

Авторы: Д.т.н. Шевалдыкин В.Г., к.т.н. Самокрутов А.А., к.т.н. Козлов В.Н.

Введение

Неметаллические материалы обладают более сильной зависимостью затухания ультразвука от частоты, чем металлы. Особенно быстро затухание растет с частотой в крупноструктурных неметаллах. Поэтому для неразрушающего контроля таких материалов приходится использовать нижние частоты УЗ диапазона. Например, УЗ контроль бетона и железобетона возможен на частотах не выше 150 — 200 кГц.

Бетон — один из наиболее распространенных неметаллов. Для дефектоскопии и оценки прочности бетонных конструкций чаще других применяют методы прохождения (теневые) при сквозном или поверхностном прозвучивании конструкций. Основным измеряемым параметром является время распространения ультразвука на некоторой базе прозвучивания. Поэтому базу необходимо знать с возможно большей точностью, особенно при поверхностном прозвучивании. Размеры рабочих поверхностей УЗ преобразователей для этого должны быть как можно меньше.

При контроле бетона эхо-методом нужна пространственная селекция отражателей, которую можно обеспечить либо с помощью преобразователя больших волновых размеров, либо с помощью метода синтезированной апертуры, фокусируемой в произвольную точку полупространства (САФТ). Метод САФТ предполагает использование УЗ преобразователей малых волновых размеров, с помощью которых и синтезируется апертура.

Для ряда задач, решаемых как методами прохождения, так и эхо-методом, необходимы преобразователи с малой длительностью преобразуемых импульсов и низким уровнем собственного реверберационного шума.

Грубая и пористая поверхность бетонных конструкций без трудоемкой подготовки не позволяет достичь приемлемого качества акустического контакта преобразователя через жидкость.

Все эти противоречивые требования были удовлетворены в предложенной нами конструкции пьезопреобразователя с СТК и малой длительностью импульсной характеристики [1].

Устройство преобразователей и их свойства

Неметаллические материалы обладают более сильной зависимостью затухания ультразвука от частоты, чем металлы. Особенно быстро затухание растет с частотой в крупноструктурных неметаллах. Поэтому для неразрушающего контроля таких материалов приходится использовать нижние частоты УЗ диапазона. Например, УЗ контроль бетона и железобетона возможен на частотах не выше 150 — 200 кГц.

Бетон — один из наиболее распространенных неметаллов. Для дефектоскопии и оценки прочности бетонных конструкций чаще других применяют методы прохождения (теневые) при сквозном или поверхностном прозвучивании конструкций. Основным измеряемым параметром является время распространения ультразвука на некоторой базе прозвучивания. Поэтому базу необходимо знать с возможно большей точностью, особенно при поверхностном прозвучивании. Размеры рабочих поверхностей УЗ преобразователей для этого должны быть как можно меньше.

При контроле бетона эхо-методом нужна пространственная селекция отражателей, которую можно обеспечить либо с помощью преобразователя больших волновых размеров, либо с помощью метода синтезированной апертуры, фокусируемой в произвольную точку полупространства (САФТ). Метод САФТ предполагает использование УЗ преобразователей малых волновых размеров, с помощью которых и синтезируется апертура.

Для ряда задач, решаемых как методами прохождения, так и эхо-методом, необходимы преобразователи с малой длительностью преобразуемых импульсов и низким уровнем собственного реверберационного шума.

Грубая и пористая поверхность бетонных конструкций без трудоемкой подготовки не позволяет достичь приемлемого качества акустического контакта преобразователя через жидкость.

Все эти противоречивые требования были удовлетворены в предложенной нами конструкции пьезопреобразователя с СТК и малой длительностью импульсной характеристики [1].

Устройство преобразователей и их свойства

Сущность СТК в том, что размеры зоны акустического контакта колеблющейся поверхности преобразователя с поверхностью твердого материала во много раз меньше длины УЗ волны в этом материале. Так при длине волны 40 мм (типичное значение при контроле бетона ультразвуком) контакт по площади диаметром менее 1 — 2 мм можно считать точечным. Контактная жидкость в таком случае не оказывает никакого влияния на коэффициент передачи сигнала и становится не нужной. Преобразователь действует на поверхность объекта контроля как сосредоточенная колебательная сила.

Принцип СТК давно известен и применяется в различных низкочастотных УЗ приборах [2, 3]. Для контроля бетонных конструкций используются низкочастотные преобразователи с полуволновыми концентраторами [4]. Концентраторы являются резонансными элементами, собирающими колебания достаточно большой апертуры преобразователя в точку контакта.

Предложенные нами УЗ низкочастотные преобразователи с СТК отличаются от преобразователей с концентраторами тремя главными особенностями. Во-первых, элемент, передающий УЗ колебания от пьезоэлемента в точку акустического контакта (протектор), имеет размеры много меньшие длины волны. Во-вторых, размеры пьезоэлемента в плоскости, параллельной плоскости поверхности объекта контроля, не менее, чем в 1,3 раза меньше толщины пьезоэлемента, равной половине длины волны в его материале. И, наконец, в-третьих, демпфер преобразователя, выполненный из жидкого композитного материала с большим затуханием ультразвука, окружает всю свободную поверхность пьезоэлемента [1].

Поскольку протектор имеет малые волновые размеры, он колеблется как сосредоточенное тело, почти не деформируясь. В результате он, являясь апериодическим, не искажает передаваемый сигнал, в отличие от полуволнового концентратора. Выбор указанных выше соотношений размеров пьезоэлемента позволяет вынести частоты радиальных колебаний пьезоэлемента вверх за пределы полосы рабочих частот, то есть сделать частоту рабочей моды пьезоэлемента наинизшей. Это в сочетании с эффективным демпфированием обеспечивает быстрое затухание рабочих колебаний пьезоэлемента (более 10 дБ за период колебаний) и собственных реверберационных шумов преобразователя.

Устройство предложенных УЗ преобразователей показано на рис. 1. Преобразователь, рис. 1, а, создает нормальные напряжения в точке контакта с поверхностью твердого тела. Его пьезоэлемент для простоты изображен двухслойным, хотя слоев может быть и больше. Знаками «+» и «-» условно показана полярность составляющих его пьезопластин. При такой полярности пьезоэлемент совершает колебания растяжения-сжатия по длине. Направления колебаний протектора показаны на рис. 1 стрелками.

Рис. 1. Устройство ультразвуковых преобразователей с сухим точечным контактом:

а — с продольными колебаниями протектора; б — с поперечными колебаниями или с возможностью переключения направления вектора колебательных смещений. 1 — протектор, 2 — пьезоэлемент, 3 — демпфер, 4 — герметичная перегородка, 5 — коммутатор, 6 — коаксиальный разъем, 7 — крышка.

Для получения поперечных колебаний протектора, позволяющих создать касательные напряжения на поверхности твердого тела, нами предложено на общий протектор устанавливать два пьезоэлемента симметрично относительно центра протектора (см. рис. 1, б). Полярность пьезопластин, составляющих пьезоэлементы этого преобразователя, выбирают так, чтобы при подаче на оба пьезоэлемента одинаковых (синфазных) сигналов пьезоэлементы колебались по длине противофазно.

Очевидно, что эта же конструкция преобразователя, рис. 1, б, пригодна для создания и продольных колебаний протектора, как и преобразователь с одним пьезоэлементом, рис. 1, а. Для этого оба пьезоэлемента при излучении должны колебаться синфазно, а при приеме давать синфазные электрические сигналы при продольных смещениях вершины протектора. Тогда их сумма будет принятым сигналом продольной волны. Это, естественно, получится при одинаковых пьезоэлементах, то есть состоящих из одинаково (по полярности) собранных пьезопластин.

Преобразователь, содержащий два пьезоэлемента (рис. 1, б), позволяет управлять направлением колебаний протектора, если оба его пьезоэлемента одинаковы, а выводы от них независимы. Тогда синфазное их возбуждение дает продольные колебания протектора, а противофазное — поперечные колебания. Для приема нормальных колебаний поверхности материала, вызванных продольными волнами, сигналы от пьезоэлементов суммируются, а для приема касательных колебаний поверхности (от поперечных волн) — вычитаются. Необходимую фазировку пьезоэлементов в режимах излучения и приема можно выполнить электронным коммутатором, встроенным, в частности, прямо в корпус преобразователя.

Рис. 2. Диаграммы направленности преобразователей с сухим точечным контактом продольных (a) и поперечных (б, в) колебаний протектора:

· — поперечные волны; 0 — продольные волны. Нормаль к поверхности полупространства — направление 0 градусов. Двунаправленные стрелки и окружность с точкой в центре символизируют ориентацию вектора колебательных смещений протекторов преобразователей.

На рис. 2 приведены экспериментально снятые диаграммы направленности преобразователей с СТК. Из диаграмм видно, что преобразователь с продольными колебаниями протектора (см. рис. 2, а) обеспечивает излучение и прием продольных УЗ волн по нормали к поверхности полупространства. Преобразователь с поперечными колебаниями протектора (рис. 2, б, в) позволяет излучать и принимать поперечные УЗ волны по нормали к поверхности.

Вследствие точечного акустического контакта кроме основного типа волн каждый из преобразователей неизбежно излучает и способен принимать под некоторыми углами к поверхности полупространства другой тип объемных волн, см. рис. 2.

Кроме того, вдоль поверхности полупространства от этих преобразователей в разные стороны от точки контакта распространяются различные поверхностные волны. Преобразователь с продольными колебаниями протектора является ненаправленным излучателем волн Релея. Преобразователь с поперечными колебаниями протектора в направлении вектора смещений излучает продольные подповерхностные (головные) волны и волны Релея. Он же в перпендикулярном вектору смещений направлении излучает поперечные волны с горизонтальной поляризацией (SH волны). Эти свойства преобразователей с поперечными колебаниями протектора дают возможность измерений скоростей продольных и поперечных волн в материалах способом поверхностного прозвучивания.

Рис. 3. Сигналы (слева) и спектры (справа) УЗ преобразователей с СТК продольных (а) и поперечных (б) колебаний протектора. Двунаправленные стрелки символизируют ориентацию вектора колебательных смещений протекторов преобразователей.

На рис. 3 показан типичный вид сигналов и спектров разработанных преобразователей. Осциллограммы сигналов записаны при сквозном прозвучивании образца из фторопласта диаметром 120 мм и толщиной 40 мм парой одинаковых преобразователей. База прозвучивания равна 40 мм. Верхняя осциллограмма и спектр (рис. 3, а) получены от преобразователей с продольными колебаниями протектора, нижние (рис. 3, б) — от преобразователей с поперечными колебаниями протектора. Спектры вычислены на интервалах, выделенных вертикальными линиями и содержащих принятые сигналы. Видно, что сигналы преобразователей имеют всего 1 — 2 периода заполнения. Ширина их спектра обычно превышает 60 — 70 % от частоты максимума спектра. Столь короткие сигналы хорошо подходят для контроля бетона эхо-методом, а также для сквозного и поверхностного прозвучивания материалов, когда требуется временное разрешение импульсов разных типов волн.

Внешний вид преобразователей приведен на рис. 4. Преобразователи можно применять как для ручного контроля, так и в качестве элементов антенных решеток. Благодаря малой длительности сигналов и сухому акустическому контакту их можно использовать для решения самых разных задач низкочастотного УЗ контроля.

Рис. 4. Внешний вид УЗ преобразователей с СТК.

1 — преобразователи для ручного контроля; 2 — элементы антенных решеток; 3 — преобразователь прибора УК1401.

Применение преобразователей

На основе антенной решетки преобразователей с СТК и метода САФТ удалось создать приборы для дефектоскопии бетонных конструкций эхо-методом. Результат контроля одним из этих приборов монолитного бетонного фундамента представлен на рис. 5. Это томограмма типа В, полученная на УЗ томографе А1230 при обследовании фундамента здания, построенного методом скользящей опалубки [5]. Здесь внутри бетона находилась двутавровая металлическая балка. Одна из плоских сторон балки параллельна доступной поверхности фундамента, по которой проводилось сканирование антенным устройством томографа. Линия сканирования была проведена горизонтально так, чтобы визуализируемое сечение прошло перпендикулярно продольной оси балки. Толщина бетона в этом месте фундамента 450 мм. Глубина расположения плоскости балки, обращенной к поверхности фундамента примерно, 230 — 240 мм. Толщина металла балки — 20 мм. На томограмме (рис. 5) металлическая балка выглядит как отражающая плоскость, затеняющая собой отражение от донной поверхности бетона. Образ донной поверхности находится в левой нижней части томограммы в интервале 70 — 270 мм по оси Х. Далее он обрывается и появляется вновь при 760 мм по оси Х. Образ плоскости балки в виде прерывистой широкой полосы, характерной для больших отражающих поверхностей, располагается в интервале от 300 до 750 мм по оси Х. Под ним на удвоенной глубине можно различить более слабое образование, представляющее собой второе отражение от балки.

Рис. 5. Томограмма типа В стенового фундамента здания с замоноличенной стальной двутавровой балкой, полка которой параллельна внешней поверхности фундамента и находится на глубине 230 мм.

Разрешающая способность томографа составляет приблизительно 60 — 80 мм по обеим осям координат. Чувствительность его достаточна для обнаружения в мелкозернистом бетоне полостей с размерами от 30 мм и более. При размерах крупного заполнителя более 20 — 30 мм томограф позволяет обнаружить полости, превышающие средний размер зерна в 1,5 — 2 раза.

Рис. 6. Эхо-сигналы в железобетонной плите толщиной 180 мм, записанные с помощью низкочастотного УЗ дефектоскопа А1220.

Использование А-развертки при контроле бетона эхо-методом позволяет оценивать толщину конструкций, обнаруживать достаточно крупные дефекты в бетоне и в некоторых случаях определять состояние границы между соединенными материалами, например, между бетоном и металлом. На рис. 6 представлена осциллограмма эхо-сигналов из железобетонной плиты толщиной 180 мм, полученная с помощью дефектоскопа А1220, разработанного в НИИ интроскопии МНПО «Спектр». На осциллограмме видны несколько повторяющихся импульсов отражений от поверхностей стены.

Рис. 7. Эхо-сигналы от границ раздела гранит — бетон и бетон — сталь, записанные с помощью низкочастотного УЗ дефектоскопа А1220:

а — при слабом сцеплении гранита с бетоном; б — при хорошем сцеплении гранита с бетоном и бетона со сталью; в — при среднем сцеплении гранита с бетоном и слабом сцеплении бетона со сталью. Вертикальные линии, обозначенные цифрами 1 и 2, показывают моменты времени прихода фронтов эхо-сигналов от границ между гранитом и бетоном и между бетоном и сталью, соответственно.

Осциллограммы на рис. 7, также полученные с помощью дефектоскопа А1220, иллюстрируют вид эхо-сигналов при контроле качества закрепления гранитного вала на стальной оси с помощью бетонной массы. Такие валы (их диаметр порядка 1 метра) используются при производстве бумаги. Осциллограммы получены в трех разных местах вала: верхняя (рис. 7, а) там, где связь гранита с бетоном плохая, средняя (рис. 7, б) — в месте хорошего сцепления гранитной оболочки с бетоном и бетона с металлом, нижняя (рис. 7, в) — над областью, где гранит с бетоном имеют связь среднего качества, а бетон с металлом плохую. Плохая связь бетона с металлом определена по фазе эхоимпульса от границы бетон — металл. На средней осциллограмме, где такая связь хорошая, фаза этого импульса противоположна фазе импульса на нижней осциллограмме (ср. импульсы 2 на рис. 7, б и в).

Созданные преобразователи позволяют легко и быстро проводить дефектоскопию разных неметаллических материалов и оценивать их физико-механические характеристики путем измерений скоростей распространения УЗ волн способом сквозного прозвучивания. В частности, с их помощью можно оценивать прочность бетона, коррелирующую со скоростями продольных cL и поперечных cT волн, или измерять коэффициент Пуассона, который, как известно, можно вычислить через отношение скоростей этих волн:



Рис. 8. Применение способа сквозного прозвучивания изделий из различных материалов для дефектоскопии и оценки их физико-механических характеристик:

а — капролона; б — бетона; в — стеклопластика; г — цементно-песчаной смеси.

На рис. 9 представлены осциллограммы сигналов, полученные при поверхностном прозвучивании образца из капролона парой преобразователей с поперечными колебаниями протектора. База прозвучивания равнялась 100 мм. Осциллограмма, рис. 9, а, записана при ориентации векторов смещений преобразователей вдоль одной прямой, осциллограмма, рис. 9, б, — когда векторы смещений были параллельны. Эти осциллограммы иллюстрируют вид сигналов УЗ волн, распространяющихся вдоль поверхности твердого тела, при измерении времени распространения которых на известной базе можно определить скорости продольных, поперечных и релеевских волн в бетоне или другом твердом материале.

Рис. 9. Осциллограммы сигналов при поверхностном прозвучивании образца из капролона ультразвуковыми преобразователями с сухим точечным контактом и поперечными колебаниями протектора при соосном (а) и параллельном (б) расположении векторов смещений:

1 — импульс головной волны; 2 — импульс Релеевской волны; 3 — импульс SH волны. База прозвучивания 100 мм.

На основе УЗ преобразователей с СТК и поперечными колебаниями протектора был разработан УЗ тестер УК1401. Его внешний вид приведен на рис. 10.

Рис. 10. Ультразвуковой тестер УК1401 — измеритель времени и скорости распространения продольных волн в материалах при поверхностном прозвучивании на постоянной базе 150 мм (или 120 мм).

Преобразователи встроены в корпус прибора и расположены на стандартной базе 150 мм. Предусмотрена возможность установки преобразователей на базе 120 мм. Векторы колебательных смещений преобразователей расположены на одной прямой, поэтому тестер при поверхностном прозвучивании обеспечивает измерения времени или скорости распространения продольных УЗ волн в материалах. Погрешность измерений не более 1%. С его помощью возможна оценка прочности бетона по скорости ультразвука. Кроме того, прибором можно определять глубину трещин, выходящих на поверхность бетона, в диапазоне глубин от 10 до 50 мм.

Преобразователи с продольными колебаниями протектора при поверхностном прозвучивании материалов можно использовать для измерений скорости распространения волн Релея, так как другие типы поверхностных волн они почти не излучают.

Малая длительность сигналов разработанных преобразователей позволяет использовать их для контроля целостности и дефектности объектов, протяженных по одной из осей координат. Если длина волны ультразвука больше поперечных размеров объекта, то он может служить волноводом, и в нем на значительные расстояния могут распространяться различные типы стержневых волн. Примером такого применения преобразователей является контроль состояния и длины стальных анкерных болтов, замоноличенных в бетон. Контроль ведут эхо-методом. На рис. 11 представлены две осциллограммы, полученные с помощью пары преобразователей с поперечными колебаниями протектора на моделях анкерных болтов, в качестве которых использовались стальные стержни диаметром 30 мм и длиной 1 м. Преобразователи устанавливали рядом друг с другом на боковую поверхность стержня вблизи одного из его концов и ориентировали векторы смещений поперек оси стержня. Верхняя осциллограмма на рис. 11, а, получена на свободном стержне, не замоноличенном в бетон, то есть моделирующим отсутствие сцепления металла с бетоном. Нижняя осциллограмма (рис. 11, б) — на стержне, замоноличенном в бетонную балку так, что свободным был оставлен конец длиной 50 мм. Существенное различие характеров осциллограмм показывает, что о качестве сцепления стержня с бетоном можно судить по тому, как быстро со временем уменьшается амплитуда импульсов отражений УЗ волн от концов стержня. По времени задержки между этими импульсами можно определить длину стержня или неразрушенной его части.

Рис. 11. Осциллограммы эхо-сигналов от концов стержня, акустически свободного (а) и замоноличенного в бетон (б), при излучении и приеме УЗ волн со стороны одного из его концов.

Таким образом, разработанные низкочастотные УЗ преобразователи с СТК могут найти применение в различных областях УЗ контроля материалов и изделий.

Литература

  1. Козлов В. Н., Самокрутов А. А., Шевалдыкин В. Г. Ультразвуковой низкочастотный преобразователь. — Патент РФ № 2082163. — Бюлл., изобр., 1997, № 17.
  2. Ланге Ю. В. Акустические низкочастотные методы и средства неразрушающего контроля многослойных конструкций. М.: Машиностроение, 1991. 272 с.
  3. Глухов Н. А. Точечные источники ультразвука как инструмент контроля физико-механических свойств материалов. // Дефектоскопия, 1992, № 8, с. 49 — 51.
  4. В. В. Дзенис, Применение ультразвуковых преобразователей с точечным контактом для неразрушающего контроля. Рига: Зинатне. 1987. 260 с.
  5. Shevaldykin V. G., Kozlov V. N., Samokrutov A. A. Inspection of Concrete by Ultrasonic Pulse-Echo Tomograph with Dry Contact. 7th European conference on Non-Destructive Testing. Copenhagen, 26 — 29 May, 1998.
  6. Шевалдыкин В. Г., Самокрутов А. А., Козлов В. Н. Новые аппаратурно-методические возможности ультразвукового прозвучивания композитов и пластмасс. // Заводская лаборатория. 1998. № 4. С. 29 — 39.

Ультразвуковой преобразователь — Boston Piezo-Optics Inc.

Ультразвуковые преобразователи


Boston Piezo-Optics является крупным поставщиком кристаллов преобразователей для производителей преобразователей. BPO не производит полные ультразвуковые преобразователи.

Ультразвуковой преобразователь является чрезвычайно важной и критической частью любого ультразвукового исследования. Выбор правильного преобразователя для конкретного применения является наиболее важным. Факторы, в том числе условия и настройки прибора, свойства материалов и условия соединения, также будут влиять на результаты испытаний.Преобразователи можно выбирать по чувствительности или разрешению. Чувствительность определяется как способность датчика обнаруживать небольшие дефекты в материалах. Разрешение — это способность преобразователя разделять сигналы, создаваемые двумя отражателями, когда они расположены близко друг к другу либо перпендикулярно лучу, либо параллельно лучу. Преобразователь с высоким демпфированием помогает сократить отраженный импульс, позволяя преобразователю разрешать близко расположенные дефекты. Производители преобразователей могут предоставить сфокусированные преобразователи для повышения чувствительности и разрешения, а также большой выбор поляризованных керамических композиций, монокристаллов, полимеров и пьезокомпозитных материалов для изменения характеристик преобразователя.

Ультразвуковой преобразователь

Звук, генерируемый выше уровня человеческого слуха, называется ультразвуком. Хотя ультразвук обычно начинается с 20 кГц, большинство ультразвуковых преобразователей начинают с 200 кГц. Ультразвук, который по своей природе похож на слышимый звук, имеет гораздо более короткие длины волн и гораздо лучше подходит для обнаружения небольших дефектов. Эти более короткие длины волн делают ультразвуковые и ультразвуковые преобразователи чрезвычайно полезными для неразрушающего контроля и измерения материалов.

Сам по себе ультразвуковой преобразователь представляет собой устройство, способное генерировать и принимать ультразвуковые колебания. Ультразвуковой преобразователь состоит из активного элемента, подложки и изнашиваемой пластины. Активный элемент представляет собой пьезоэлектрический или монокристаллический материал, который преобразует электрическую энергию в энергию ультразвука. Затем он также получает обратно ультразвуковую энергию и преобразует ее в электрическую энергию. Импульс электрической энергии генерируется таким прибором, как дефектоскоп.

Подложка чаще всего представляет собой очень плотный материал с высоким коэффициентом затухания и используется для контроля вибрации кристалла преобразователя путем поглощения энергии, излучаемой задней поверхностью пьезоэлектрического элемента. Когда акустический импеданс материала подложки соответствует импедансу пьезоэлектрического кристалла, в результате получается сильно затухающий преобразователь с превосходным разрешением. Изменяя материал подложки, чтобы изменять разницу в импедансе между подложкой и пьезоэлектрическим кристаллом, преобразователь несколько пострадает, и разрешение может быть намного выше по амплитуде сигнала или чувствительности.

Основная цель изнашиваемой пластины — просто защитить элемент пьезоэлектрического преобразователя от окружающей среды. Изнашиваемые пластины выбираются для защиты от износа и коррозии. В преобразователе иммерсионного типа изнашиваемая пластина также служит акустическим преобразователем между элементом пьезоэлектрического преобразователя и водой, клином или линией задержки.

Звуковое поле

Звуковое поле преобразователя имеет две отдельные зоны.Эти зоны называются ближним полем, которое представляет собой область непосредственно перед преобразователем, и дальним полем, которое представляет собой область за буквой «N», где давление звукового поля постепенно падает до нуля. Из-за различий в ближнем поле может быть очень сложно точно измерить и оценить дефекты.

Расстояние ближнего поля зависит от частоты преобразователя, диаметра элемента и скорости звука в исследуемом материале, как показано в следующем уравнении:

Н = Д 2 /4с

Звуковой Луч

Существует несколько параметров звукового поля, которые очень полезны при описании характеристик ультразвукового преобразователя.Знание фокусного расстояния, ширины луча и фокальной зоны может быть необходимо, чтобы определить, подходит ли конкретный датчик для приложения.

Одна из причин, по которой фокусировка увеличивает чувствительность преобразователя, заключается в том, что она приводит к уменьшению диаметра звукового луча. Это означает, что небольшой дефект будет отражать большую часть передаваемой звуковой энергии. Диаметр луча эхо-импульса -6 дБ в фокусе можно рассчитать по следующему уравнению:

BD (=6 дБ) = 1.028 ФК/фД

BD = диаметр луча F = фокусное расстояние

Начальная и конечная точки фокальной зоны расположены там, где амплитуда осевого эхо-импульса падает до -6 дБ от амплитуды фокальной точки. Длину фокальной зоны можно рассчитать по следующему уравнению:

Fz = NS 2 F [2/(1 + .5S F )]

Все преобразователи имеют разброс луча, и учет разброса луча важен при проверке дефектов, которые могут быть близки к определенным геометрическим характеристикам тестируемого материала.К таким особенностям относятся боковые стенки и углы, которые могут вызывать ложные эхо-сигналы, которые могут быть ошибочно приняты за изъяны или дефекты.

Для плоских преобразователей угол раскрытия луча эхо-импульса -6 дБ хорошо определен и определяется уравнением:

Sin (α/2) = 0,514c/fD

Из этого уравнения видно, что распространение луча в датчике можно уменьшить, выбрав датчик с более высокой частотой или большим диаметром, или и то, и другое.

Типы датчиков

Прямолучевые контактные преобразователи

являются наиболее распространенными и часто используемыми для введения продольных волн в материал.Кроме того, с помощью специальных элементов можно создать датчик поперечной волны с нормальным падением или комбинацию преобразователей продольной/поперечной волны. Этот тип преобразователя используется в непосредственном контакте с испытуемым материалом и поэтому требует очень прочной износостойкой пластины.

Угловые преобразователи

используют основной принцип преломления и преобразования мод для создания преломленных поперечных или продольных волн в исследуемом материале. Угол падения, необходимый для получения желаемой преломленной волны, рассчитывается по закону Снеллиуса.

Следующая формула может быть использована для расчета угла клина (Q1), необходимого для создания желаемой моды и угла преломления (Q2) в испытуемом материале.

Sin Ø 1 /Sin Ø 2 = V 1 /V 2

Ø 1 = Уголок клина

Ø 2 = угол преломления волны в исследуемом материале

V 1 = Продольная скорость материала клина

V 2 = скорость контролируемого материала для желаемого режима

В двухэлементных датчиках

используются отдельные элементы для передачи и приема ультразвуковых сигналов.Элементы обычно вырезаются под углом и монтируются на линиях задержки. Это помогает улучшить разрешение вблизи поверхности, а конструкция поперечного луча также помогает создать фокус, который делает двухэлементные преобразователи более чувствительными к эхо-сигналам от дефектов неправильной формы, вызванных коррозией и питтингом.

Иммерсионные датчики

имеют ряд преимуществ по сравнению с датчиками контактного типа. Во-первых, их равномерная связь снижает колебания чувствительности. Во-вторых, иммерсионные датчики обеспечивают повышенную скорость за счет возможности автоматического сканирования.В-третьих, фокусировка иммерсионных преобразователей повышает чувствительность к мелким дефектам. Иммерсионные преобразователи доступны в несфокусированных, сферически сфокусированных и цилиндрически сфокусированных конфигурациях. Несфокусированный иммерсионный преобразователь используется для общих применений при измерении толстых материалов. Преобразователь со сферической фокусировкой улучшит чувствительность к небольшим изъянам и дефектам. Преобразователь с цилиндрической фокусировкой обычно используется при измерении трубного сырья. Диапазон фокусных расстояний для сферического или цилиндрического преобразователя ограничен ближним полем преобразователя и обычно не превышает 0.8н.

Ультразвуковые преобразователи мощности | АПК Интернэшнл

  • высокая эффективность
  • большая амплитуда
  • слабый нагрев
  • стабильный выходной сигнал, не зависящий от изменений нагрузки
  • конкурентоспособные цены
  • быстрая доставка

Типичные области применения ультразвуковых пьезопреобразователей

Ультразвуковые пьезопреобразователи

используются в самых разных областях.Как в коммерческих, так и в промышленных условиях эти устройства обеспечивают эффективную работу устройств ультразвуковой очистки — даже в самых сложных и деликатных операциях, таких как ультразвуковая чистка ювелирных изделий.

В медицинских целях ультразвуковые пьезопреобразователи обеспечивают такие возможности, как ультразвуковое разрушение камней в почках и удаление зубного налета. Кроме того, они используются для проведения точных измерений для выявления дефектов и других аномалий, обнаруженных между передатчиками и приемниками ультразвуковых волн.

Позвоните сегодня

 

Преобразователи звука

В отличие от других форм энергии, таких как радиация, которая может быть опасна для людей и других форм жизни, ультразвук — это просто форма звука, превышающая верхний предел слышимости среднего взрослого человека. Начиная с 20 кГц и выше, ультразвуковые преобразователи могут использовать эти физически более короткие длины волн. В результате эти типы преобразователей идеально подходят для использования в ситуациях неразрушающего контроля, а также для точного измерения различных материалов и физической материи, включая проведение ультразвуковых исследований на пациентах.

Функция частотной характеристики

Высокое механическое качество пьезопреобразователей APC гарантирует, что эти ультразвуковые преобразователи многослойного типа обладают высокой электроакустической эффективностью и низким тепловыделением. Механическое соединение пьезоэлектрических элементов обеспечивает большую выходную амплитуду. Стандартные датчики ультразвуковой очистки APC доступны для четырех частот: 28 кГц, 40 кГц, 80 кГц или 120 кГц. APC также предлагает преобразователь мощности с частотой 50 кГц, который можно использовать в различных приложениях, в том числе в качестве очистителя ткани, распылителя, распылителя, для ультразвукового смешивания или для разрушения клеток.

Стандартные датчики ультразвуковой очистки

APCI
Каталог
Привод
Частота
Механический
Качество
(Qm)
Муфта
(Кр) (%)
Емкость
(1 кГц)
(нф)
Полное сопротивление
(Ом)
Движение
Допуск
(мν)
Допустимая
Вибрация
(см/с)
Мощность
(Вт)
 
90-4040 28 кГц 800 ≥55 3.8 ≤50 60 ≤25 50 Спецификация
90-4050 40 кГц 800 ≥55 3,8 ≤50 65 ≤50 50 Спецификация
90-4060 80 кГц ≥1000 ≥55 3.7 ≤50     80 Спецификация
90-4070 120 кГц ≥1000 ≥55 3,7 ≤50     80 Спецификация
Пользовательский Значения должны быть определены заказчиком и APC International
Технические характеристики генератора ультразвуковых преобразователей
(кат.# 90-4200 и 90-4210)

Загрузите спецификацию генератора ультразвуковых преобразователей.

 

>> Запросить предложение сегодня <<

 

Стандартный ультразвуковой преобразователь мощности

APCI
Каталог 
Деталь № Резонанс
Частота

Резонанс
Сопротивление

Емкость Полоса пропускания Изоляция
Сопротивление
 
90-5000 АРС-4SS-1550 50 ±2 кГц 60 Ом (МАКС.) 2750±20% пФ Δf ≥ 1.0 кГц Ом ≥ 500 МОм 2500 В постоянного тока Спецификация
90-5010 APC-4SS-1500 с платой № по каталогу 90-5000 с блоком питания Спецификация
Пользовательский Значения должны быть определены заказчиком и APC International

Как сделать ультразвуковые преобразователи для ультразвуковой очистки: композитные преобразователи

Как и во многих других областях применения пьезоэлектрических материалов, сборка из нескольких керамических элементов обеспечивает значительные преимущества в производительности и производстве преобразователей для ультразвуковой очистки по сравнению с одним керамическим элементом.Чтобы обеспечить наиболее эффективную работу, упростить производство и снизить затраты, более сложные преобразователи, предназначенные для применения с ультразвуковой мощностью, обычно представляют собой композитный пьезоэлектрический керамический центр (например, несколько тонких колец или дисков из керамики), окруженный металлическим концом. или верхнюю и нижнюю части. При отсутствии жидкостной нагрузки коэффициент механической добротности Qm для хорошо спроектированного композитного преобразователя будет выше, чем соответствующее значение для эквивалентного цельного керамического преобразователя, а эффективная теплопроводность металлических частей обеспечит более низкую рабочую температуру. в керамической части преобразователя.Коэффициент связи k приближается к таковому для цельного керамического преобразователя.

Датчики давления

Металлические части композитного преобразователя должны иметь те же акустические свойства и площадь поперечного сечения, что и керамическая часть. Обе металлические части могут быть изготовлены из одного и того же материала или комбинации материалов, либо две части могут быть изготовлены из материалов с разными свойствами. Потенциальные конструкционные материалы включают сталь, алюминий, титан, магний, бронзу и латунь.Часто только одна из металлических частей предназначена для высокоинтенсивного вывода.

Для максимальной передачи энергии от преобразователя к растворителю в резервуаре ультразвуковой очистки составной ультразвуковой преобразователь обычно представляет собой полуволновой преобразователь с резонансной частотой 20 кГц или 40 кГц. Электроакустическая эффективность составного ультразвукового преобразователя находится в обратной зависимости от коэффициента электромеханической связи и различных показателей качества компонентов.

>> Запросить предложение сегодня <<

Предварительно напряженные композитные ультразвуковые преобразователи

Керамический компонент композитного преобразователя редко имеет достаточную прочность на растяжение, чтобы выдерживать высокое механическое напряжение, связанное с потребляемой мощностью при ультразвуковой очистке. Прочность керамических элементов на растяжение может быть увеличена механическим предварительным напряжением элементов вдоль направления поляризации.Предварительное напряжение создается за счет включения в конструкцию преобразователя одного большого центрального болта или нескольких меньших болтов, расположенных по периферии. Конструкция с одним центральным болтом обеспечивает несколько более высокую эффективность, чем конструкция с несколькими периферийными болтами, но производственные затраты могут быть выше, сборка может быть более сложной, а физически преобразователь будет значительно длиннее.

Как работает ультразвуковой преобразователь

Для условий, в которых работают устройства ультразвуковой очистки, предварительного напряжения менее примерно 30 МПа обычно достаточно для защиты керамических компонентов преобразователя.С другой стороны, если предварительное напряжение слишком низкое, чрезмерные механические потери на границе раздела керамика/металл могут снизить эффективность. Предварительное напряжение можно оценить с помощью динамометрического ключа, откалиброванного по заряду, для затяжки болтов. Этот метод измерения прост, но не является самым точным, и, следовательно, рекомендуется в первую очередь для серийных преобразователей, для которых, как мы надеемся, различия между соответствующими компонентами минимальны. Более точным способом измерения предварительного напряжения является измерение заряда, генерируемого в керамических элементах в условиях короткого замыкания.Конденсатор, подключенный к электрическим клеммам преобразователя и к вольтметру постоянного тока, облегчает измерение заряда при затягивании каждого болта.

Ультразвуковые преобразователи и вода

При ультразвуковой очистке влияние размеров и конфигурации резервуара для воды, водяной нагрузки и толщины связующего слоя, прикрепляющего преобразователь к резервуару для воды, в совокупности немного снижает частоту преобразователя и приводит к нескольким дополнительные резонансы.Однако, несмотря на эти негативные факторы, хорошо спроектированный преобразователь, включенный в хорошо спроектированную схему, будет работать вблизи своей резонансной частоты.

Кавитация

Кавитация возникает, когда вибрация поверхности преобразователя, соприкасающейся с жидкостью (обычно водой, но, возможно, смесью воды и органического растворителя при ультразвуковой очистке), достаточна для создания частичного вакуума, превышающего давление паров жидкости, и пузырьков образуются на вибрирующей поверхности.Кавитация является желательной характеристикой при ультразвуковой очистке или испарении жидкости, но, очевидно, ее следует избегать при передаче сигналов. При атмосферном давлении и с использованием только воды в качестве промежуточной жидкости порог кавитации p C0 (бар) составляет:

Уравнение 5.9

p C0 =(0,00025ƒ) 2 + (0,045ƒ-1)

 

Для частот от килогерц до нескольких сотен килогерц (2).Если датчик погружен в воду, а вибрирующая поверхность находится на несколько метров или более ниже границы раздела атмосфера/жидкость, порог кавитации увеличивается до:

Уравнение 5.10

p Ch =p C0 + 0.10ч

где

p Ch = порог кавитации в атмосфере на глубине h в метрах (бар)

p C0 = порог кавитации на нулевой глубине (бар)

 

Кавитация (J) может начаться, когда интенсивность звука на вибрирующей поверхности, Вт/см 2 , составляет:

Уравнение 5.11

J=0,15(p C0 + 0,10h) 2

 

Интенсивность звука на вибрирующей поверхности можно определить по: (акустической выходной мощности преобразователя) (площади преобразователя). Однако при применении, поскольку на порог кавитации влияют характеристики преобразователя (частота сигнала, длительность акустического импульса, акустическая однородность/неоднородность вибрирующей поверхности) и различные условия (глубина погружения, температура, растворенный воздух содержание жидкости), кавитация не может начаться до тех пор, пока интенсивность звука не станет значительно выше, т.е.г., между 0,3 (P C0 +0,10h) 2 и 0,4 (P C0 + 0,10h) 2 .

Для получения дополнительной информации о промышленных ультразвуковых преобразователях заполните нашу контактную форму или позвоните нам по телефону (570) 726-6961, чтобы получить дополнительную информацию.

Пьезоэлектрические кристаллы – обзор

7.9 Измерение акустического импеданса

Измерения скорости звука, в принципе, позволяют нам рассчитать акустический импеданс образца, если известна плотность суспензии.Однако есть независимый способ измерить акустический импеданс и тем самым получить дополнительные данные для коллоидной дисперсии.

Акустический импеданс Z вводится как коэффициент пропорциональности между давлением P и скоростью частиц v в звуковой волне. Отсюда непосредственно следует (см. главу 3), что акустический импеданс равен:

(7.9)Z=ρc(1−jαλ2π)

где затухание Z в [неперс/м], длина волны λ в [м], скорость звука продольной волны c в [м/с], а плотность ρ в [кг/м 3 ].

Для большинства коллоидов вклад затухания в акустический импеданс в ультразвуковом диапазоне 1–100 МГц незначителен. Таким образом, мы можем упростить уравнение (7.9) и получить:

(7.10)Zs=ρscs

Если известна скорость звука c с , измерение акустического импеданса позволяет вычислить эффективную плотность суспензии, которая, в свою очередь, может быть использована для контроля коллоидного состава.

Согласно уравнениям (3.33) и (3.34), акустический импеданс определяет распространение ультразвуковой волны через фазовые границы.Интенсивность отраженных и прошедших волн зависит от соотношения акустических импедансов различных фаз. Эти интенсивности поддаются измерению, что открывает возможность охарактеризовать неизвестный иначе акустический импеданс коллоида.

Конструкция зонда акустического импеданса несколько похожа на конструкцию зонда CVI, описанного ранее (рис. 7.24). Разница между этим устройством и датчиком CVI заключается в характере пути звука и отражениях на различных поверхностях.Эти отражения и передачи звукового импульса показаны на рис. 7.26.

Рисунок 7.26. Передача ультразвукового импульса через датчик акустического импеданса.

Электрический импульс интенсивности, I в , подается на пьезоэлектрический кристалл, который преобразует его в ультразвуковой импульс интенсивности, I стержень . Этот импульс распространяется через стержень задержки и в конечном итоге встречается с граница между тормозным стержнем и буферным стержнем.Часть импульса Ir-br отражается обратно к пьезокристаллу, а другая часть Ir-b-t проходит далее на границу между буферным стержнем и коллоидом. Последняя часть импульса разделяется на этой границе снова на отраженный импульс Ib−cr и прошедший импульс. Отраженная часть возвращается обратно к пьезоэлектрическому кристаллу, испытывая еще один разрыв отражения-пропускания на границе стержень задержки-буфер. Последняя часть исходного акустического импульса Ir−bt2 достигает пьезоэлектрического кристалла, который преобразует его обратно в электрический импульс с интенсивностью I out .

Экспериментальный выход датчика импеданса, S exp , представляет собой отношение интенсивностей входного и выходного импульсов: I в путем отслеживания пути импульса и применения законов отражения-передачи (уравнения (3.33) и (3.34)) на каждой границе с использованием акустических импедансов стержня задержки Z r буферного стержня , Z b , и коллоидного, Z s .Это дает нам следующую систему уравнений:

(7.12)Irod=CtrIin:преобразование электрического импульса в ультразвук стержень задержки-буфер

(7.14)Ib-cr=Ir-bt1(Zb-Zc)2(Zb+Zc)2=IinCtr4ZbZr(Zb+Zr)2(Zb-Zs)2(Zb+Zs)2:отражение буферный стержень-коллоид

(7.15)Ib-rt2=Ib-cr4ZbZr(Zb+Zr)2=IinCtr16Zb2Zr2(Zb+Zr)4(Zb-Zs)2(Zb+Zs)2: передающий буфер-стержень задержки

(7.16)Iout=CtrIb−rt2=IinCtr216Zb2Zr2(Zb+Zr)4(Zb−Zs)2(Zb+Zs)2: преобразование ультразвука в электрический импульс

Подставляя окончательное уравнение для интенсивности выходного электрического импульса в определение экспериментального выхода датчика импеданса (уравнение 7.11) получаем следующий результат:

(7.17)Sexp=IoutIin=Ctr216Zb2Zr2(Zb+Zr)4(Zb−Zs)2(Zb+Zs)2

В этом уравнении два неизвестных параметра: акустический импеданс коллоида, Z c , и эффективность пьезоэлектрического кристалла для преобразования электрической энергии в ультразвук, C tr .

Оказывается, последний параметр можно исключить, используя импульс, отраженный от интерфейса стержень задержки-буфер при прямой передаче [16].Интенсивность этого импульса отмечена как Ir-br. Этот импульс возвращается обратно к пьезокристаллу раньше, чем импульс отражается от коллоида. Пьезоэлектрический кристалл преобразует его обратно в электрический импульс с энергией Ioutcal. Мы можем измерить отношение этой интенсивности к интенсивности начального импульса: (Zb+Zr)2

Подставив это уравнение в уравнение (7.17), получим следующее простое выражение для расчета акустического импеданса коллоида:

(7.19)Zs=Zb1−SexpN1+SexpN

, где

SexpN=SexpScal|Zb2−Zr2|4ZbZr

Эта процедура калибровки сводит к минимуму потенциальную проблему, связанную с изменениями эффективности преобразования преобразователя.

Пьезоэлектрические материалы для ультразвуковых датчиков

Пьезоэлектрические материалы для ультразвуковых датчиков NDTnet — сентябрь 1996 г., Том 1 № 09

Пьезоэлектрические материалы для ультразвуковых датчиков

Авторы: М. Лах, М. Платт, А. Рис
Преобразователь Мастерская
Реферат
    Доступен ряд мощных пьезоэлектрических материалов для генерации ультразвука в ультразвуковых датчиках.Эти материалы различаются по своим физическим свойствам. В зависимости от применения и требуемых характеристик зонда тот или иной материал предпочтительнее, иногда по акустическим или техническим причинам, иногда даже по экономическим причинам. Хотя общие характеристики датчиков, такие как форма импульса, частота и звуковое поле, приведены в технических описаниях и в целом хорошо изучены, сведения о деталях конструкции в отношении используемых пьезоэлектрических материалов менее распространены.Однако знание этих деталей не только способствует лучшему техническому пониманию основных действий датчика, но также помогает понять поведение датчика в определенных условиях работы, например если датчик соединен с образцом, для которого он не предназначен. Эти знания часто облегчают выбор правильного типа зонда.

1. Введение

    Датчики составляют основу всех процедур неразрушающего ультразвукового контроля: от них зависит, можно ли контролировать деталь.Во многих случаях, особенно если заготовка имеет сложную геометрию или контроль должен проводиться в необычных условиях, ультразвуковой контроль становится возможным только при использовании преобразователей, обладающих соответствующими акустическими свойствами. В любом случае выбор правильного датчика имеет решающее значение для качества и надежности результатов контроля.

    Сегодня ультразвуковые датчики работают почти исключительно на основе пьезоэлектрического эффекта. На рис. 1 показана основная конструкция четырех основных типов датчиков.В вертикальном или прямолинейном зонде ( рис. 1а ) пьезоэлектрический элемент, который преобразует электрическую энергию в механическую и наоборот, механически прикреплен к материалу подложки, чаще всего называемому демпфирующим блоком. Акустический импеданс демпфирующего блока должен быть близок к импедансу пьезоэлектрического материала, чтобы подавить звон соответственно. для увеличения пропускной способности. Второй задачей демпфирующего блока является поглощение той части ультразвуковой энергии, генерируемой пьезоэлементом, которая движется назад.Защитный и/или согласующий слой спереди обеспечивает максимально возможную передачу акустической энергии на заготовку. Он также защищает зонд от механических повреждений при его перемещении по заготовке, которая может иметь шероховатую поверхность, или от химических повреждений, когда в качестве контактных жидкостей используются химически агрессивные жидкости.


    Рис. 1а: Базовая конструкция ультразвуковых датчиков.

    С помощью углового преобразователя (, рис. 1b, ) ультразвук передается на заготовку под заданным углом.Зонд TR (, рис. 1с, ) состоит из одного отдельного элемента передатчика и приемника каждый. Характеристики их звукового поля перекрываются в изделии. Пьезоэлементы устанавливаются на пластиковые клинья, которые обычно изготавливаются из плексигласа, полистирола или других пластиковых материалов с низким звукопоглощением. Обычно между пьезоэлектрическим элементом и пластиковым клином размещают акустический согласующий слой. Это обеспечивает хорошую передачу энергии от пьезоэлемента к клину.Он также действует как средство механического демпфирования пьезоэлектрического элемента. Эти факты приводят к высокой чувствительности, относительно коротким импульсам и широкой полосе пропускания. Следовательно, датчики с наклонным лучом, построенные таким образом, не нуждаются в отдельном подкладочном материале (демпфирующем блоке) на задней поверхности пьезоэлектрического элемента, поскольку от датчика не ожидаются чрезвычайно короткие импульсы датчиков толщины.

    Конструкция датчика «линия задержки» (, рис. 1d, ) в основном соответствует конструкции датчика с вертикальным лучом.Однако здесь звук передается в заготовку через дополнительную линию задержки, изготовленную из пластика с низким поглощением ультразвука. Линия задержки может быть как жестко закреплена на передней грани вертикального зонда, так и быть сменной. Задержка времени до поступления ультразвукового сигнала на заготовку позволяет избежать появления эхо-сигналов от близких к поверхности дефектов в мертвых зонах ультразвукового дефектоскопа, вызванных высоковольтными импульсами возбуждения. Использование пробников с линией задержки — это простая мера для получения превосходного разрешения в ближней зоне.


    Рис. 1b,c,d: Базовая конструкция ультразвуковых датчиков.

    В зависимости от применения датчики также различаются размерами активных пьезоэлектрических элементов, их частотой, полосой пропускания и базовой конструкцией. На рис. 2 показаны несколько типичных моделей. Датчики слева предназначены для ручного тестирования, датчики справа — водонепроницаемые датчики, используемые для иммерсионной техники, а датчики посередине — датчики с наклонным лучом.

    30К, рис.2: Зонды для различных применений.

    Характеристики звукового поля датчика, ожидаемые при нормальных условиях контроля, обычно зависят от диаметра и частоты пьезоэлектрического элемента. Чаще всего пользователь точно знает эти свойства «своего» зонда, но не совсем знаком с подробностями, касающимися физических и акустических свойств используемого пьезоэлектрического материала. Однако эти знания могут не только способствовать лучшему техническому пониманию основных принципов работы зонда, но также дают представление о поведении зонда в различных условиях.Эти знания также могут оказаться полезными при попытке выбрать правильный или в данных обстоятельствах наилучший рабочий тип датчика.

    Поэтому следующая статья предназначена для ознакомления с различными типами пьезоэлектрических материалов, используемых в настоящее время. Мы стремимся объяснить их сильные и слабые стороны и показать, как их можно использовать для различных конструкций зондов. Приведены дополнительные примеры применения.

2. Пьезоэлектрические материалы

    Материалы, появившиеся на заре ультразвуковой технологии, такие как кварц, сульфат лития или титанат бария, сегодня почти не используются.Вместо этого доступны новые мощные пьезоэлектрические материалы, но их основные акустические и электрические характеристики сильно отличаются. В зависимости от применения тот или иной материал предпочтительнее по физическим или экономическим причинам или просто из-за менее сложного производственного процесса.

    В таблице 1 показаны важные физические характеристики пьезоэлектрических материалов, используемых сегодня для генерации ультразвука. Цирконат-титанат свинца (PZT), вероятно, является наиболее известным материалом.Наряду с титанатом свинца (PT) и метаниобатом свинца (PbNb2O6) он является одним из современных керамических пьезоэлектрических материалов.

    Таблица 1 Характеристики пьезоэлектрических материалов
    Физические свойства Цирконат титаната свинца ПЗТ-5 Титанат свинца ПТ Метаниобат свинца PbNb2O6 Поливинилиденфторид ПВДФ (Сополимер) 1-3 Композитный
    Акустический импеданс Z [10 exp 6 кг/м²с] 33,7 33 20,5 3,9 9
    Резонансная частота f [МГц] 160 -10 (55 — 2) Коэффициент сцепления (режим толщины) кт 0,45 0,51 0,30 0,2 (0,3) 0,6
    Коэффициент сцепления (радиальный режим) кп 0,58 0,12 (к31) ~ 0,1
    Относительная диэлектрическая проницаемость э 1700 215 300 10 450
    Максимальная температура [°С] 365 350 570 80 100

    Акустические импедансы всех пьезокерамических материалов в основном высоки и сравнимы со многими металлическими или керамическими твердыми телами, но они различаются.Это так же важно с технической точки зрения, как и различие их относительных диэлектрических проницаемостей (r) и их коэффициентов связи kp для радиальных колебаний. Коэффициент связи радиальных колебаний показывает, в какой степени пьезоэлемент преобразует энергию в радиальные моды, перпендикулярные моде толщины. Радиальные моды следует подавлять, поскольку они вызывают нежелательные искажения сигнала. Они расположены на низких частотах, поскольку соответствуют поперечным размерам пьезоэлемента.Титанат свинца — единственный пьезоэлектрический материал с пренебрежимо малым коэффициентом kp.

    Пьезокерамика используется максимум до 30 МГц. Коэффициент электромеханической связи kt является мерой разрушения электрической энергии, которая преобразуется в механическую энергию в толщинном режиме, другими словами, своего рода уровнем эффективности генерации ультразвука в том колебательном режиме, который используется в преобразователях. . Коэффициент связи пьезокерамики в основном высок.Однако, если ультразвук должен излучаться в жидкости или пластмассы, большая часть акустической энергии, генерируемой пьезокерамическим элементом, отражается на границе между пьезоэлектрическим материалом и средой распространения. Благодаря низкому акустическому импедансу жидкостей и пластиков (от 1,5 до 3×106 кг/м² с) и высокому импедансу керамики коэффициент отражения на этой границе значительно превышает 90%. Поэтому только часть акустической энергии, генерируемой пьезоэлектрическим элементом, передается в среду распространения или в заготовку.Пьезоэлектрические пластмассы, такие как PVDF или родственные сополимеры, лучше приспособлены к низкому акустическому импедансу жидкостей или пластмасс. Кроме того, они механически гибки. С очень тонкой фольгой можно даже генерировать ультразвук на частотах до 160 МГц. К сожалению, ПВДФ менее чувствителен, чем керамика, что видно из коэффициента связи kt для режима толщины. Пьезоэлектрические PVDF-фольги следует использовать только при температуре не выше 80°C, так как при более высоких температурах начинается деполяризация, и они теряют свое пьезоэлектричество.

    Более перспективными кажутся так называемые композиционные материалы 1-3 [1,2]. Они имеют необычайно высокий коэффициент связи kt, в то время как коэффициент связи поперечной (радиальной) моды весьма низок. Кроме того, они образуют промежуточную ступень между пьезокерамикой и полимерами. На рис. 3 схематично показана структура 1-3 композитных материалов: Они состоят из керамических стержней, расположенных параллельно друг другу и залитых матрицей из эпоксидной смолы.Стержни обычно изготавливаются из ЦТС высокой плотности.

    7K, Рис. 3. Схематическая структура пьезокомпозита 1-3.

    Результатом такой компоновки является общая низкая плотность и, следовательно, довольно низкий акустический импеданс по сравнению с пьезокерамикой. Из-за большой разницы в акустическом импедансе между керамическими стержнями и наполнением из эпоксидной смолы акустическая перекрестная связь между стержнями довольно мала. Это основная причина более низкого плоскостного коэффициента связи по сравнению с чистым PZT и, соответственно, меньшей склонности к возбуждению радиальных колебательных мод, которые могут мешать основной толщинной моде.

    Благодаря заполнению эпоксидной смолой промежутков между керамическими стержнями такие 1-3 пьезокерамических элемента также являются механически гибкими, по крайней мере, до определенной степени. Однако диапазон температур ограничен прибл. 100°С. При более высоких температурах смола начинает сжиматься и разрушаться, поэтому пьезоэлектрические элементы теряют свою механическую стабильность.

    Значения, приведенные в таблице 1 для 1-3 пьезокомпозитов, являются типичными, но только для специального типа конструкции.Их можно варьировать в широком диапазоне, варьируя пьезокерамический материал, эпоксидную смолу и соотношение сторон стержней и промежутков между ними. Такой пьезокомпозит 1-3 ведет себя как акустически однородная пьезоэлектрическая пластина, колеблющаяся в режиме толщины, если ширина стержней и зазоров между ними меньше длины волны, обычно в диапазоне от 0,1 до 0,2 мм для номинальной частоты 4 МГц. Это является причиной того, что современные процессы производства 1-3 пьезокомпозитов все еще очень сложны, и поэтому зонды, изготовленные таким образом, чаще всего слишком дороги для повседневного использования.Поэтому приложения обычно ограничиваются случаями, в которых технические аспекты имеют большое значение. Поэтому использование относительно дорогого 1-3 пьезокомпозитного материала не рекомендуется, если обычно используемые керамические зонды также могут дать удовлетворительные результаты.

3. Использование пьезоэлектрических материалов в датчиках

    Очень разные свойства пьезоэлектрических материалов, упомянутые в разделе 2, очень полезны для разработки совершенно разных типов зондов.В зависимости от предполагаемого применения зонда используется тот материал, свойства которого подходят лучше всего.

    В результате метаниобат свинца имеет самый низкий акустический импеданс среди всей пьезокерамики (см. Таблица 1 ). Это наиболее выгодно в отношении коротких импульсов и широкой полосы пропускания. Для этого акустический импеданс демпфирующего блока, обычно состоящего из однородных смесей порошка тяжелого металла и пластика, должен быть как можно ближе к импедансу пьезоэлектрического материала.Акустическое сопротивление такой смеси пропорционально объемной доле порошка тяжелого металла. Производственный процесс становится тем сложнее и дороже, чем выше необходимо заполнить демпфирующий блок металлическим порошком. Таким образом, метаниобат свинца с его довольно низким акустическим импедансом лучше подходит для разработки зондов с высоким разрешением с очень короткими импульсами (так называемые ударные волны), которые практически состоят только из одной или двух полуволн, подобных зондам из ПВДФ. чьи демпфирующие блоки просто состоят из пластмассы с высоким поглощением ультразвука, например.грамм. непьезоэлектрический ПВДФ. Рис. 4. показывает короткие и четкие импульсы, генерируемые погружными зондами из метаниобата свинца и ПВДФ. Чувствительность иммерсионных зондов из ПВДФ и метаниобата свинца сопоставима друг с другом при условии, что рассматриваются зонды с одинаковой центральной частотой и одинаковым диаметром кристалла. Как правило, зонд с метаниобатом свинца лишь немного более чувствителен.

    Метаниобат свинца — единственный пьезоэлектрический материал, который можно использовать для ударно-волновых датчиков, которые могут быть непосредственно соединены со сталью, металлом или керамикой (прямолучевые датчики прямого контакта). На рис. 5 показаны короткие и четкие формы импульсов зонда из метаниобата свинца с частотой 5 МГц и диаметром кристалла 6 мм. Такие хорошие результаты вряд ли могут быть достигнуты с PZT.

    12K, рис. 4. Сравнение форм импульсов: погружные зонды из метаниобата свинца (внизу) и ПВДФ (вверху).

    5K , Рис. 5. Форма импульса широкополосного прямолучевого вертикального преобразователя прямого контакта (диаметр кристалла 6 мм, 5 МГц).

    Относительно низкий импеданс метаниобатов свинца также полезен для разработки широкополосных угловых датчиков и датчиков TR.Чем ближе акустический импеданс пьезоэлектрического материала к импедансу пластикового клина или линии задержки, тем эффективнее сам клин действует как механическое демпфирование. Поскольку акустический импеданс метаниобата свинца в 6-7 раз выше, чем у плексигласа или полистирола, между пьезоэлементом и клином вставлен акустический согласующий слой (, рис. 1b и c, ). Это приводит к постепенному переходу между более высоким и более низким импедансом, что приводит к лучшему демпфированию пьезоэлемента, а также к улучшенной передаче энергии от пьезоэлемента к клину.Импеданс ZM согласующего слоя должен удовлетворять следующему уравнению

    ZA = корень (Zp * Zw)

    где Zp и Zw представляют акустический импеданс пьезоэлектрического материала и клина. В этом случае происходит максимальная передача энергии, т.е. действие согласующего слоя оптимизируется. Например, . На рис. 6 показаны типичная форма импульса и спектр углового преобразователя с частотой 4 МГц. Результат является репрезентативным для современных угловых и TR-зондов.

    Из-за малого коэффициента связи kp радиальными модами колебаний титанатов свинца можно пренебречь. Поэтому этот материал можно использовать для изготовления зондов особенно малых размеров. На рис. 7 показан сверхминиатюрный угловой зонд, состоящий из титаната свинца размером всего 2 x 3 мм в качестве пьезоэлектрического элемента. Его частота составляет 10 МГц. Использование ЦТС здесь было бы невозможно: окончательная поперечная связь ЦТС привела бы к паразитным и мешающим поперечным и радиальным колебаниям, имеющим ту же амплитуду, что и вибрация толщины.А из-за малых поперечных размеров частота этих паразитных колебаний была бы близка к моде толщины. Результатом будут значительные и недопустимые искажения формы сигнала, частотные сдвиги и мешающие низкочастотные сигналы. Все эти влияния влияют на свойства датчика, такие как разрешение в ближней и дальней зоне, и вызывают плохое отношение сигнал/шум. Такой сверхминиатюрный угловой датчик используется для обнаружения дефектов в швах, сваренных электронным или лазерным лучом, в образцах с малыми размерами, например.грамм. тонкие титановые трубки.

    13K, Рис. 6: Форма импульса и спектр пьезокерамического углового преобразователя (9 x 8 мм, 4 МГц) с согласующим слоем.

    10K, Рис. 7: Сверхминиатюрный угловой преобразователь (2 x 3 мм, 10 МГц).

    Для деталей с большими размерами и высоким поглощением ультразвука важно, чтобы датчик генерировал ультразвук более высокой интенсивности, чем обычно, чтобы можно было обнаружить даже эхосигналы от дальнего конца. В таких случаях до сих пор часто используется цирконат-титанат свинца (PZT) из-за его высокого коэффициента электромеханической связи.В качестве примера на рис. 8 показан низкочастотный датчик, который используется для обнаружения дефектов в сильно поглощающих и рассеивающих материалах, таких как бетон и графит. Он рассчитан на номинальную частоту 40 кГц. Здесь применяется особая техника укладки, как и ранее, для снижения резонансной частоты фольги PVDF. Принцип описан в литературе [3]. Толщина d массивного элемента PZT, создающего частоту 40 кГц, составляет примерно 50 мм. Однако электроискровые датчики обычных дефектоскопов не способны эффективно управлять таким толстым пьезоэлементом.При заданном напряжении возбуждения V напряженность электрического поля в материале, которая выражается как напряжение, деленное на толщину, и которое непосредственно отвечает за амплитуду генерируемой ультразвуковой волны, становится слишком низкой. Вместо этого несколько N более тонких элементов укладываются друг на друга, чтобы получить общую толщину 50 мм. Такой пьезоблок показан на рис. 8 рядом с датчиком. Электрически отдельные диски включаются параллельно, но имеют чередующуюся последовательность поляризации.При подаче напряжения весь пакет вибрирует, как если бы объемный диск общей толщины d был запитан напряжением с коэффициентом N. Такой пакетный датчик можно использовать с любым ультразвуковым прибором, приемный усилитель которого рассчитан на эту частоту. спектр. На заднюю сторону этого пьезоблока можно приклеить дополнительный демпфирующий блок, чтобы получить приемлемую форму и спектр импульса.

    26K, рис. 8: Низкочастотные датчики (передатчик/приемник) с использованием метода наложения друг на друга.

    8К, рис.9: Форма импульса пары низкочастотных преобразователей 40 кГц.

    В зонде-приемнике лучше использовать объемный элемент ЦТС соответствующей толщины, так как при заданном входном давлении напряжение на электродах пьезоэлемента пропорционально его толщине. Вот почему датчики такого типа всегда используются в режиме передатчика-приемника с отдельными датчиками передатчика и приемника. На рис. 9 показана форма импульса, которая достигается с помощью такой пары зондов передатчика-приемника с центральной частотой 40 кГц каждый.Из-за коротких импульсов такие датчики превосходят обычно используемые резонансные датчики. Благодаря четкой форме импульса с коротким временем нарастания с такими преобразователями также возможна автоматическая толщинометрия с высоким уровнем точности.

    На высоких частотах использование пьезокерамики ограничено. Хорошо известно, что резонансная частота пьезоэлектрических дисков, колеблющихся в режиме толщины, обратно пропорциональна толщине: выше 20 МГц пьезокерамические диски становятся тоньше 0.1 мм. Они хрупкие и с ними трудно обращаться в процессе изготовления зонда. С тонкой фольгой из PVDF (поливинилиденфторида) легче обращаться. Из-за их низкого акустического импеданса эффективная передача ультразвука возможна только в воду или пластиковые материалы.

    В качестве примера На рис. 10a показан пробник с линией задержки 30 МГц, изготовленный из пьезоэлектрического ПВДФ. Здесь фольга PVDF наклеена на пластиковую «линию задержки» толщиной 4 мм. Другой конец линии задержки выступает из корпуса зонда.А-экран в Рис. 10b показывает высокое разрешение, которое возможно с этим датчиком: Четко видны эхо-сигналы границы раздела и задней стенки от пластиковой фольги толщиной 100 мкм, используемой в качестве тестового образца. Развертка по времени составляет 50 нс/дел. Даже множественные эхо появляются, не мешая друг другу.

    11K, рис. 10a: 30 МГц пробник с линией задержки из ПВДФ — актуальная конструкция

    8K, рис. 10b: Зонд с линией задержки 30 МГц из PVDF — Эхо-сигналы из пластиковой фольги толщиной 100 мкм

    Даже на «нормальных» частотах высокая гибкость ПВДФ и его низкий импеданс, близкий к импедансу воды, полезны для конструкции специальных погружных зондов с линейной фокусировкой (рис.11 ). Фольга PVDF в качестве источника ультразвука точно изогнута цилиндрически. Таким образом, даже звуковое поле имеет цилиндрическую форму и поэтому хорошо согласуется с заготовками цилиндрической формы, такими как трубы и стержни. Пленка PVDF находится под защитным слоем толщиной ок. 120 мкм, который также работает как акустическая полоса пропускания, подавляющая высокие частоты, создаваемые зондом. Вместо номинальной частоты фольги ок. 28 МГц, фактическая частота испытаний снижается до 4 МГц, значения, которое установлено в большинстве спецификаций на приемочные испытания труб.Такие зонды из ПВДФ с линейной фокусировкой используются с 1990 года в высокоскоростных испытательных системах для стальных труб. Более подробно они описаны в других публикациях [4,5].

    8K, Рис. 11: Погружной зонд с линейной фокусировкой из ПВДФ.

    Благодаря относительно низкому акустическому импедансу и высокой чувствительности пьезокомпозиты 1-3 также очень подходят для генерации ультразвука в жидкостях и пластмассах. Однако производство таких зондов менее сложно, чем процесс изготовления самого пьезоэлемента.Демпфирование соотв. материалы подложки с соответствующим низким импедансом легко найти или изготовить. Они не нуждаются в таком высоком наполнителе металлического порошка, как подложки для пьезокерамики. Следовательно, можно легко изготовить широкополосные пьезокомпозитные иммерсионные датчики. На рис. 12 показана форма импульса и соответствующий частотный спектр такого датчика. Базовая чувствительность таких погружных преобразователей может быть на 6 дБ выше, чем у обычно используемых пьезокерамических преобразователей. Однако следует отметить, что из-за периодической структуры пьезокомпозитного материала распределение звукового поля не такое равномерное, как в случае однородно колеблющихся объемных пьезоэлементов [6].Тонкая структура, соответствующая периодической структуре пьезокомпозитов, может быть наложена на звуковое поле, обычно ожидаемое от объемного пьезоэлектрического элемента того же размера и частоты. Однако чаще всего влиянием тонкой структуры на результаты ультразвукового контроля можно пренебречь. В принципе, 1-3 пьезокомпозита подходят и для изготовления линейно-ориентированных иммерсионных преобразователей. По сравнению с менее дорогими PVDF-фольгами их использование было бы оправдано только в том случае, если бы применявшиеся ранее PVDF-преобразователи не обладали достаточной чувствительностью для обнаружения заданных тестовых дефектов.Но на сегодняшний день этого не произошло. На рис. 13 показаны форма и спектр импульса пьезокомпозитного зонда с линейной фокусировкой и фокусным расстоянием 85 мм. По сравнению с обычно используемыми зондами из PVDF выигрыш в чувствительности здесь составляет прибл. 18 дБ.

    9K,
    Рис. 12: Форма и спектр импульса погружного зонда, изготовленного из 1-3 пьезокомпозитов.
    Рис. 13: Форма и спектр импульса иммерсионного зонда с линейной фокусировкой, изготовленного из 1-3 пьезокомпозитов.

    С точки зрения технологии изготовления зондов особенно выгодно использование 1-3 пьезокомпозитов в угловых и ТР-зондах.Поскольку импеданс пьезокомпозитного материала лишь примерно в два раза выше импеданса пластика, правильное соединение пьезоэлемента с пластиком само по себе вызывает передачу по широкой полосе при условии, что адгезионный слой достаточно мал. Использование 1-3 пьезокомпозитов оказалось даже выгодным при изготовлении зондов TR для малярных кистей. Чувствительность таких датчиков должна быть максимально высокой, поскольку высота эхо-сигнала пропорциональна отношению размера дефекта к размеру кристалла.Если размеры кристалла станут слишком большими, эхо-сигнал дефекта будет потерян в электронном шуме. В этом конкретном случае может помочь высокая чувствительность 1-3 пьезокомпозитов. Однако следует отметить, что аналогичные результаты могут быть достигнуты с помощью пьезокерамики и соответствующих согласующих слоев.

4. Заключительные замечания

    Имеющиеся в настоящее время пьезоэлектрические материалы дополняют друг друга по своим физическим характеристикам. При разработке ультразвуковых датчиков очень важно использовать материал, характеристики которого подходят лучше всего.Помимо чисто технических аспектов, экономия также играет роль как для пользователя, так и для производителя. В результате с годами PZT превратился в экономичный пьезоэлектрический материал. Этого не было в начале. Поэтому можно ожидать, что перспективные пьезокомпозиты будут развиваться аналогичным образом. В это время они уже могут помочь решить множество специальных задач.

5. Литература

  1. Хоссак, Дж.А., Олд, Б.А. Обзор достижений в области количественного неразрушающего контроля Оценка, Том.12.
  2. Шоффле Л., Гоше М., Телье Ж.М. Какой пьезоэлектрический материал для какого преобразователя? Revue Annuelle LEP 1990, 37-38.
  3. Шварц, Р.Г., Пламмер, Дж.Д.: О генерации высокочастотной акустической энергии с помощью поливинилиденфторида IEEE Trans. Соникс Ультрасон. СУ — 27 (1980), 295 — 303.
  4. Deutsch, V., Platte, M., Möller, P.: Ultraschallprüfköpfe aus piezoelektrischen Hochpolymeren. Materialprüfung 32 (1990), 333-337. (Ультразвуковые датчики из пьезоэлектрических высокополимеров).
  5. Платте, М., Меллер, П.: Automatisches Ultraschallprüfen von Blechen und Rohren. Bänder, Bleche, Rohre 34 (1993), 25–32 (Автоматический ультразвуковой контроль пластин и труб).
  6. Рихтер, К.П., Рейболд, Р., Молкенштрук, В.: Характеристики звукового поля ультразвуковых составных импульсных преобразователей. Ультразвук 29 (1991), 76 — 80.

    Авторов:

    M. Lach, M. Platte, A. Ries
    Все работают в
    KARL DEUTSCH Prüf- und Meßgerätebau
    Instruments & Plants for NDT
    P.O. BOX 13-23-54
    42050 WUPPERTAL GERMANY
    Телефон: +49-202-7192-0
    Факс: +49-202-714-932
    Электронная почта: [email protected]
    Домашняя страница http://www.karldeutsch.de
    KARL DEUTSCH на выставке NDTnet
    | UT-Главная страница | |Наверх на эту страницу|
    © Copyright 1 сентября 1996 г. Рольф Дидерихс, [email protected] /DB:Article /AU:Lach_M /AU:Platte_M_ /AU:Ries_A /IN:Deutsch /CN:DE /CT:UT /CT:преобразователь /ED:1996-09

Преимущества использования композитных пьезоэлектрических преобразователей для медицинского УЗИ

Не секрет, что пьезоэлектрические кристаллы очень эффективно используются в ультразвуковых преобразователях для генерации акустических волн.

(Если вы не знаете, что такое пьезоэлектричество, прочтите эту статью!)

В то время как самый простой преобразователь представляет собой просто диск PZT, подключенный кабелем к источнику напряжения, существует множество других типов преобразователей.

Так называемые «композитные пьезоэлектрические» преобразователи в последние годы широко используются в медицинской визуализации. Они состоят из отдельных столбов (или стержней) PZT в полимерной матрице, как на следующем изображении:

Почему? Это то, что мы собираемся обсудить в этой статье.

Но сначала…

Для чего используется медицинский датчик?

Первое применение, которое приходит на ум, когда мы говорим о медицинских датчиках, — это, конечно же, ультразвуковая визуализация. Любой, кто собирается иметь ребенка, должен знать, находится ли ребенок в добром здравии на протяжении всей беременности. Вот почему ультразвуковые датчики чрезвычайно важны!

Конечно, важно, чтобы преобразователь соответствовал определенным специальным требованиям. Медицинские ультразвуковые датчики, например, используют пьезокомпозитные элементы вместе с акустической линзой, несколькими слоями акустических согласующих слоев и опорными элементами для соответствия этим требованиям:

Давайте поговорим об этих требованиях.

Каковы требования к пьезоэлектрическим элементам, используемым в медицинских преобразователях?

Во-первых, для чувствительных преобразователей пьезоэлектрический элемент должен эффективно преобразовывать электрическую и механическую энергию .

Во-вторых, пьезоэлектрический элемент должен быть акустически согласован с тканью , чтобы акустические волны в преобразователе и ткани хорошо сочетались как во время передачи, так и во время приема.

В-третьих, электрические свойства должны быть совместимыми с управляющей и принимающей электроникой .

Соответствующие свойства, соответственно:

  • Константа электромеханического сцепления , Кт
  • Удельный акустический импеданс , Z
  • Диэлектрическая проницаемость , мкс

В следующем разделе мы рассмотрим эти свойства обычных пьезоэлектрических материалов, пьезоэлектрических полимеров и пьезокомпозитных полимеров.

Для чувствительных преобразователей также важно обратить внимание на электрические ( tan ?) и механические (Qm) потери .

Многие другие технологические требования ( формуемость , термостойкость , структурная прочность и т.д.) также должны быть выполнены.

Каковы основные требования и как их можно выполнить?

Основные требования:

  1. Высокая электромеханическая муфта (Kt стремится к 1)
  2. Акустический импеданс, близкий к тканям (Z стремится к 1,5 Мрайл)
  3. Достаточно большая диэлектрическая проницаемость (?s > 100)
  4. Слабое электрическое (загар ? < 0.05) и механические (Qm > 10) потери

Как обычные пьезоэлектрические материалы удовлетворяют эти потребности?

Пьезоэлектрическая керамика, такая как цирконат-титанат свинца, метаниобат свинца и модифицированные титанаты свинца, является наиболее популярным выбором для медицинских ультразвуковых преобразователей.

Преобразователи, изготовленные из этих материалов, предлагают:

  • Высокая электромеханическая муфта (Kt ~0,4–0,5)
  • Широкий выбор диэлектрических проницаемостей (?s ~ 100–2400)
  • Низкие электрические и механические потери ( tan ? < 0.02, Qм ~ 10–1000)

Их главный недостаток – высокое акустическое сопротивление (Z ~ 20–30 Мрайл).

Чтобы использовать эти обычные датчики, инженеры изобрели технологию, использующую «согласованных слоев» для соединения этих керамических материалов с тканью. Это позволяет создавать относительно широкополосные и чувствительные преобразователи.

Как пьезоэлектрические полимеры отвечают этим требованиям?

Пьезоэлектрические полимеры, такие как поливинилидендифторид и его сополимер с трифторэтиленом, обеспечивают контрастный набор свойств материала.

Преобразователи, изготовленные из этих материалов, имеют низкий акустический импеданс (Z – 4 Мрайл), что упрощает акустическое согласование.

Их основные недостатки:

  • Низкая электромеханическая муфта (Kt < 0,3)
  • Высокие диэлектрические потери (tan ? ~ 0,15), которые серьезно ухудшают чувствительность
  • Низкая диэлектрическая проницаемость (мкс ~ 10), что предъявляет высокие требования к передатчику и приемнику

Как композиционные пьезоэлектрические преобразователи отвечают этим требованиям?

Во-первых, они обеспечивают свойства материала, превосходящие как пьезокерамику, так и пьезополимеры!

Их преимущество:

  • Коэффициент связи может быть больше, чем у керамики (Kt ~0.6–0,75)
  • Акустический импеданс намного ниже (Z < 10 Мрайл), почти достигая диапазона пьезополимеров!
  • Они также обеспечивают широкий диапазон диэлектрических проницаемостей (?s ~10–100)
  • Имеют низкие диэлектрические и механические потери

Короче говоря, композитные пьезоэлектрические материалы обладают потрясающими характеристиками, и именно поэтому они широко используются в медицинских ультразвуковых приложениях!

Примечание: Массивы преобразователей и пьезокомпозиты внешне похожи, но между ними есть существенная разница:

  • В пьезокомпозитах один блок преобразователя состоит из нескольких материалов, расположенных слоями/расположенных рядом друг с другом, а стойки являются частью преобразователя, который имеет одну пару электродов
  • В массиве датчиков стойки представляют собой отдельные датчики и снабжены отдельными электродами

Сравнение каждого типа пьезоэлектрического материала

В следующей таблице приведены основные характеристики датчиков каждого типа.


*Акустический импеданс должен быть близок к тканевому (Z стремится к 1,5 Мрайл).

Как получить точные характеристики пьезокомпозитов?

Поскольку композитные пьезоэлектрические преобразователи очень важны для медицинской визуализации, важно понимать точные характеристики этих сложных композитных структур, чтобы оптимизировать конструкцию медицинских зондовых устройств.

Simulation — идеальный инструмент для оценки сложных пьезоэлектрических устройств с использованием композитных пьезоэлектрических материалов, подложки, согласующего слоя и линзы в полном 3D.

Мы предоставляем пошаговое руководство на нашем веб-сайте поддержки: Моделирование пьезоэлектрического преобразователя (1-3 составная матрица).

Смотрите также наше видео:

Планарный ультразвуковой преобразователь на основе метаповерхностной пьезоэлектрической кольцевой решетки для субволновой акустической фокусировки в воде

Ультразвуковые преобразователи основаны на прямом и косвенном воздействии пьезоэлектрических материалов для выработки механической энергии в ответ на электрические сигналы и, наоборот, электрических сигналов в ответ на механические вибрации 1,2,3,4,5,6 .Благодаря таким характеристикам, как их широкая полоса пропускания, быстрое реагирование и высокая чувствительность, устройства и приложения на основе ультразвуковых преобразователей, такие как ультразвуковая визуализация 7 , акустический пинцет, внутрисосудистая терапия 8,9 и хирургические ультразвуковые инструменты, получили широкое распространение. развитый. Растущий спрос на микровизуализацию и точные манипуляции с микрочастицами в биотканях привел к изучению более высоких частот, миниатюризации устройств и новым функциям ультразвуковых преобразователей 10,11 .В обычном ультразвуковом фокусирующем устройстве, как показано на рис. 1а, размер, форма, расстояние и интенсивность сфокусированного луча определяются только изогнутой конструкцией преобразователя, т. е. аппаратной технологией, без алгоритмов формирования луча и сложных методов обработки сигналов. Разрешение фокусировки, обеспечиваемое этими изогнутыми пьезоэлектрическими преобразователями (ПТ), обычно низкое, а размер фокуса относительно больше одной длины волны. Хотя увеличение частоты возбуждения может улучшить разрешение фокусировки преобразователя, возбуждение на более высоких частотах приводит к большему потреблению энергии, поскольку сфокусированный луч подвергается более сильному затуханию.Кроме того, акустические аберрации могут значительно снизить разрешение фокусировки. Таким образом, различные подходы были исследованы для решения вышеупомянутых проблем.

Рис. 1

Иллюстрации ряда технологий преобразователей с акустической фокусировкой (AutoCAD Mechanical Desktop 2006, версия 2006, RUL: https://mechanical-desktop-6.software.informer.com): ( a ) изогнутые пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь. ( b ) акустическая линза на основе метаматериала с пространственной спиралью.( c ) акустическая линза на основе плоской кольцевой решетки. ( d ) Планарный пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь на основе пьезоэлектрической кольцевой решетки.

Результатом первоначального исследования планарной фокусировки субволнового луча стала технология, реализованная с помощью линейных акустических преобразователей 12 , основанная на принципе сдвига луча, теории антенных решеток ближнего поля, разработанной для субволновой фокусировки электромагнитных волн. Кроме того, было проведено несколько исследований, посвященных акустической линзе на основе метаматериала с пространственной спиралью (рис.1б), что привело к разработке акустических линз с резонансной экстраординарной акустической передачей (ЭАК) 13 ; направленные метаповерхности, состоящие из массива субволновых резонаторов Гельмгольца с различной внутренней длиной пути катушки 14,15,16 ; и акустическая метаповерхность, состоящая из пространственно-скрученных субъединиц, которые генерируют два симметричных параболических ускоряющих луча 17 . Плоские кольцевые пьезоэлектрические преобразователи Френеля, которые уменьшают объем пьезоэлектрического материала, используемого при изготовлении, были разработаны в рамках отдельного подхода, чтобы предотвратить слишком большой объем изогнутых ФП.Однако, поскольку ФП Френеля всегда сопровождаются дифракцией более высокого порядка, они не могут полностью сконцентрироваться на генерируемой акустической энергии. Следовательно, метаповерхностные линзы, генерирующие плоские волны, состоящие из тонкой пластинчатой ​​структуры с перфорированной глубокой субволновой щелью, отделенной от источника звука, были разработаны для фокусировки звука в дальнем и ближнем поле посредством манипулирования волнами 18,19,20 . На рис.1с. Здесь акустическая антенна с высоким коэффициентом усиления формирует акустический луч, используя метаповерхность с модуляцией полной проводимости, состоящую из периодических субволновых канавок с синусоидальным профилем глубины, а периодический профиль канавки можно модулировать как независимую бинарную метаповерхность для управления углом и шириной луча 21 ,22,23 . Недавно с использованием оптимизированных методов проектирования 24,25 были разработаны усовершенствованные устройства ультразвуковой акустической фокусировки с упрощенной архитектурой для получения субволнового изображения и активной акустической фокусировки.Планарный ультразвуковой преобразователь (ПУТ) для фокусировки акустических волн ниже длины волны показан на рис. 1d.

Помимо исследования плоских метаповерхностей для технологии ультразвуковых преобразователей, были проведены исследования, посвященные конструкционным пьезоэлектрическим материалам, на основе которых было разработано несколько ультразвуковых устройств. К ним относятся кольцевой встречно-штыревой преобразователь, концентрирующий акустические волны на поверхности ниобата лития в одной точке 26 ; ультратонкий спиральный трехмерный пьезоэлектрический элемент для генерации ультразвуковых полей произвольной сложности 27 ; и активная акустическая метаповерхность, состоящая из 16 × 16 квадратных элементов решетки субволновой толщины, в которой каждый элемент представляет собой суперячейку с пьезоэлектрическим листом 4 × 4, залитым в матрицу из эпоксидной смолы 28 , способной устранять лепестки решетки, вызванные структурной дифракцией и управление ультразвуковым фокусом.Кроме того, была проведена оптимизация конструкции массива пьезоэлектрических колец для PUT для свободного управления диаграммами акустической фокусировки и разрешением фокусировки 29 . Поскольку массив пьезоэлектрических колец, состоящий из плоского тонкого слоя, обладает свойствами метаповерхности, мы определили его как массив пьезоэлектрических колец метаповерхности (MPRA). Планарный PUT, объединяющий такой MPRA, реализует субволновой ультразвуковой сфокусированный пучок 30 .

При разработке пьезоэлектрических материалов методы лазерной абляции оказались более удобными, чем традиционное глубокое реактивное ионное травление (DRIE), которое занимает много времени и требует нанесения твердой маски для быстрой микрообработки сложных узоров с высокой точностью.Исследования, в которых пьезоэлектрические материалы обрабатывались с помощью лазерной абляции, включают исследования, в которых пленкам ПВДФ был нанесен рисунок с помощью эксимерного лазера с длиной волны 193 нм для создания биоэлектронных устройств 31 , исследование создания электродов на пьезоэлектрической керамике для сенсорных приложений с использованием ns- импульсная лазерная абляция 32 , сравнительное исследование обрабатываемости ниобата свинца-магния-титаната свинца с использованием эксимерной лазерной абляции и DRIE 33 , а также исследование процесса роста и осаждения пьезоэлектрических тонких пленок, нанесенных методом лазерной абляции для пьезоэлектрических микроустройства 34 .Однако сообщений о микрообработке сложных пьезоэлектрических структур в ультразвуковом преобразователе сравнительно немного. Кроме того, не было экспериментальных демонстраций изготовленного PUT, способного к субволновой акустической фокусировке, которая преодолевала бы дифракционные ограничения.

В этом исследовании мы разработали метод оптимизации метаповерхностной пьезоэлектрической кольцевой матрицы (MPRA), способной формировать игольчатый субволновой ультразвуковой фокусирующий пучок, и подготовили детальный структурный проект PUT, состоящий из согласующего слоя, слоя MPRA, подложки. слой и корпус с использованием мультифизического анализа методом конечных элементов.MPRA со сложным рисунком был изготовлен путем создания оптимального процесса лазерной абляции, а полный PUT был изготовлен после окончательной упаковки и процесса сборки. Впоследствии центральная частота устройства и полоса частот были измерены с помощью гидрофона. Наконец, производительность субволнового ультразвукового фокусирующего луча была проверена и сравнена с результатом моделирования.

%PDF-1.5 % 1 0 объект> эндообъект 2 0 объект> эндообъект 3 0 объект> эндообъект 4 0 obj>/Метаданные 411 0 R/Страницы 8 0 R/StructTreeRoot 208 0 R>> эндообъект 5 0 объект> эндообъект 6 0 объект> эндообъект 7 0 объект> эндообъект 8 0 объект> эндообъект 9 0 объект> эндообъект 10 0 объект> эндообъект 11 0 объект> эндообъект 12 0 obj>/MediaBox[ 0 0 595.32 842.04]/Parent 8 0 R/Resources>/ExtGState>/Font>/ProcSet[/PDF/Text/ImageB/ImageC/ImageI]>>/StructParents 0/Tabs/S>> эндообъект 13 0 объект> эндообъект 14 0 объект> эндообъект 15 0 объект> эндообъект 16 0 объект> эндообъект 17 0 объект> эндообъект 18 0 объект> эндообъект 19 0 объект> эндообъект 20 0 объект> эндообъект 21 0 объект> эндообъект 22 0 объект> эндообъект 23 0 объект> эндообъект 24 0 объект> эндообъект 25 0 объект> эндообъект 26 0 объект> эндообъект 27 0 объект> эндообъект 28 0 объект> эндообъект 29 0 объект> эндообъект 30 0 объект> эндообъект 31 0 объект> эндообъект 32 0 объект> эндообъект 33 0 объект> эндообъект 34 0 объект[ 38 0 R] эндообъект 35 0 объект> эндообъект 36 0 объект> эндообъект 37 0 объект> эндообъект 38 0 объект> эндообъект 39 0 объект> эндообъект 40 0 объект> эндообъект 41 0 объект> эндообъект 42 0 объект> эндообъект 43 0 объект> эндообъект 44 0 объект> эндообъект 45 0 объект> эндообъект 46 0 объект> эндообъект 47 0 объект> эндообъект 48 0 объект> эндообъект 49 0 объект> эндообъект 50 0 объект> эндообъект 51 0 объект> эндообъект 52 0 объект> эндообъект 53 0 объект> эндообъект 54 0 объект> эндообъект 55 0 объект> эндообъект 56 0 объект> эндообъект 57 0 объект> эндообъект 58 0 объект> эндообъект 59 0 объект> эндообъект 60 0 объект> эндообъект 61 0 объект> эндообъект 62 0 объект> эндообъект 63 0 объект> эндообъект 64 0 объект> эндообъект 65 0 объект> эндообъект 66 0 объект> эндообъект 67 0 объект> эндообъект 68 0 объект> эндообъект 69 0 объект> эндообъект 70 0 объект[ 74 0 R] эндообъект 71 0 объект> эндообъект 72 0 объект> эндообъект 73 0 объект> эндообъект 74 0 объект> эндообъект 75 0 объект> эндообъект 76 0 объект> эндообъект 77 0 объект> эндообъект 78 0 объект> эндообъект 79 0 объект> эндообъект 80 0 объект> эндообъект 81 0 объект> эндообъект 82 0 объект> эндообъект 83 0 объект> эндообъект 84 0 объект> эндообъект 85 0 obj>/BS>/F 4/Rect[ 77.

0 comments on “Ультразвуковой пьезоэлемент: Пьезоэлемент для ультразвукового увлажнителя. 25мм купить в Москве | Товары для дома и дачи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.