SU1702298A1 - Device for receiving ultrasonic oscillations in gaseous medium - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к акустическому неразрушающему контролю материалов и изделий и может быть использовано в технике ультразвуковой локации и управлени  объектами в газовых средах. Цель изобретени  - повышение эффективности устройства дл  приема ультразвуковых колебаний в газовой среде за счет обеспечени  его высокой электрической помехоустойчивости и возможности выполн ть точную настройку его резонансной частоты и упрощение конструкции за счет устранени  склеивани  пьезоактивных частей между собой. Прошедшие в пьезоэлемент 1 УЗ колебани  возбуждают на электродах 3 и 4 электрические сигналы, которые, поступа  на вход усилител  7, усиливаютс  и поступают на электроды 6 и 4 эсти 5 пьезоэлемента, возбужда  в нем часть 2 пьезоэлемента так, что амплитуда его увеличиваетс  во времени, что приводит к постепенному уменьшению во времени амплитуды отраженных от него УЗ- колебаний и свидетельствует о практически полном согласовании устройства с газовой средой. 2 ил сл сThe invention relates to acoustic non-destructive testing of materials and products and can be used in the technique of ultrasonic locating and controlling objects in gaseous media. The purpose of the invention is to increase the efficiency of a device for receiving ultrasonic vibrations in a gaseous environment by providing its high electrical noise immunity and the ability to fine-tune its resonant frequency and simplify the design by eliminating the gluing of the piezoactive parts together. The oscillations that have passed to the piezoelectric element 1 ultrasonic excite electric signals on electrodes 3 and 4, which, entering the input of amplifier 7, are amplified and fed to electrodes 6 and 4 of phase 5 of the piezoelectric element, exciting part 2 of the piezoelement in it so that its amplitude increases with time which leads to a gradual decrease in time of the amplitude of ultrasonic oscillations reflected from it and indicates that the device is almost completely coordinated with the gaseous medium. 2 cl

Description

/ J/ J

1one

XIXi

о ю ю оo you o

0606

СЕCE

Фи§ 1Phi 1

Изобретение относитс  к акустическому нераэрушающему контролю материалов и изделий и может быть использовано в технике ультразвуковой (УЗ) локации и управлени  объектами в газовых средах, измерени  толщины тонколистовых изделий, измерени  уровн  жидких и сыпучих сред в бункерах, контрол  температуры воздуха, определени  концентрации газовых смесей и т.д.The invention relates to acoustic non-destructive testing of materials and products and can be used in the technique of ultrasonic (US) location and control of objects in gaseous media, measuring the thickness of thin-sheet products, measuring the level of liquid and bulk media in bunkers, monitoring air temperature, determining the concentration of gas mixtures and etc.

Цель изобретени  - повышение эффективности устройства за счет обеспечени  его высокой электрической помехоустойчивости и возможности выполн ть точную настройку его резонансной частоты и упрощение его конструкции за счет устранени  склеивани  пьезоэлементов.The purpose of the invention is to increase the efficiency of the device by providing its high electrical noise immunity and the ability to fine tune its resonant frequency and simplify its design by eliminating the gluing of piezoelectric elements.

На фиг. 1 представлена схема устройства дл  приема ультразвуковых колебаний. Это устройство содержит пьезоэлемент 1 (выполненный в виде монолитного диска с толщиной h и диаметром d, удовлетвор ющими услови  h А/2, d - А /2, где А - длина продольной или изгибной волны его диаметральных ультразвуковых колебаний), имеющий две пьезоактивные части, расположенные на тыльной торцовой поверхности (часть 2 с электродами 3 и 4 и часть 5 с электродами 6 и 4, при этом электрод 4 общий), и усилител  7 электрических сигналов с фазосдвигающей цепью. Электрод 3 подключен к входу усилител , электрод 6 - к его выходу, а электрод 4 - к земл ной клемме усилител .FIG. 1 shows a diagram of an apparatus for receiving ultrasonic vibrations. This device contains a piezoelectric element 1 (made in the form of a monolithic disk with thickness h and diameter d, satisfying the conditions h A / 2, d - A / 2, where A is the length of the longitudinal or bending wave of its diametric ultrasonic vibrations), having two piezo-active parts , located on the rear end surface (part 2 with electrodes 3 and 4 and part 5 with electrodes 6 and 4, with electrode 4 common), and amplifier 7 electrical signals with a phase-shifting circuit. Electrode 3 is connected to the input of the amplifier, electrode 6 to its output, and electrode 4 to the ground terminal of the amplifier.

На фиг. 2 представлены диаграммы входных и выходных сигналов устройства дл  приема ультразвуковых колебаний в газовой среде: где а - падающие на пьезоэлемент 1 УЗ-колебани ; б - отраженные от пъезоэ- лемента 1 УЗ-колебани  при включенной между част ми 2 и 5 положительной электромеханической обратной св зи; в - отраженные от пьезоэлемента 1 УЗ-колебани  в отсутствие положительной электромеханической обратной св зи между част ми 2 и 5; г - усиленные усилителем 7 УЗ-колебани  при включенной между част ми 2 и 5 положительной электромеханической обратной св зи; д - усиленные усилителем 7 УЗ-коле- бани  в отсутствие положительной электромеханической обратной св зи между част ми 2 и 5.FIG. 2 shows diagrams of input and output signals of a device for receiving ultrasonic vibrations in a gaseous medium: where a is the ultrasonic vibrations incident on the piezoelectric element 1; b - ultrasonic vibrations reflected from the piezoelement 1 when the positive electromechanical feedback is switched on between parts 2 and 5; c) ultrasonic vibrations reflected from the piezoelectric element 1 in the absence of positive electromechanical feedback between parts 2 and 5; d, ultrasound amplified by an amplifier 7 with positive electromechanical feedback between parts 2 and 5; e - ultrasound amplified by amplifier 7 in the absence of positive electromechanical feedback between parts 2 and 5.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Прошедшие в пьезоэлемент 1 УЗ-колебани  возбуждают на электродах 3 и 4 части 2 электрические сигналы с частотой падающих УЗ-колебаний. Эти сигналы поступаютUltrasonic vibrations transmitted to the piezoelectric element 1 initiate electrical signals at the electrodes 3 and 4 of part 2 with a frequency of incident ultrasonic vibrations. These signals come in

на вход усилител  7 и после усилени  поступают на электроды 6 и 4 части 5 и возбуждают в ней механические колебани  Эти колебани  синфазно подвозбуждают часть 2 таким образом, что амплитуда механических УЗ-колебаний пъезоэлемента постепенно во времени увеличиваетс , что приводит к такому же постепенному уменьшению во времени амплитуды отраженных от него УЗ-колебаний.At the input of the amplifier 7 and after amplification, they arrive at the electrodes 6 and 4 of part 5 and excite mechanical oscillations in it. These oscillations inevitably trigger part 2 in such a way that the amplitude of the mechanical ultrasonic oscillations of the piezoelectric element gradually increases in time, which leads to the same gradual decrease in time amplitudes of ultrasonic vibrations reflected from it.

При правильном выборе коэффициента усилени  усилител  и параметров фазосдвигающей цепи в установившемс  режиме отражение УЗ-колебаний от рабочей поверхности пъезоэлемента будет пренебрежимо мало, что свидетельствует о практически полном согласовании устройства с газовой средой, Это объ сн етс  тем, что в устройство введен за счет такого усилител  дополнительный генератор напр жени , компенсирующий суммарные внутренние потери, т.е. введено отрицательное сопротивление , равное сопротивлению суммарных внутренних потерь устройства. ТакимWith proper selection of the gain of the amplifier and the parameters of the phase-shifting circuit in the established mode, the reflection of ultrasonic vibrations from the working surface of the piezoelectric element will be negligible, which indicates that the device is almost completely coordinated with the gaseous medium. This is due to additional voltage generator compensating for total internal losses, i.e. A negative resistance equal to the resistance of the total internal losses of the device has been introduced. So

образом, на входе усилител  7 будет регистрироватьс  электрический сигнал УЗ-колебаний (фиг. 2, г), много больший, чем это имело место в отсутствие св зи между выходом усилител  и электродом 6 пьезоэлемента 1.Thus, the electrical signal of ultrasonic vibrations (Fig. 2, d), much larger than that in the absence of a connection between the output of the amplifier and the electrode 6 of the piezoelectric element 1, will be recorded at the input of the amplifier 7.

Claims (1)

Формула изобретени  Устройство дл  приема ультразвуковых колебаний в газовой среде, содержащее пьезоэлемент с электродами, первый из которых заземлен, и схему согласовани  электрических сопротивлений, выполненную в виде усилител  электрических сигналов с фазосдвигающей цепью, выход схемы электрически соединен с вторым электродомApparatus of the Invention A device for receiving ultrasonic vibrations in a gaseous medium, comprising a piezoelectric element with electrodes, the first of which is grounded, and an impedance matching circuit made in the form of an electrical amplifier with a phase-shifting circuit, the output of the circuit is electrically connected to the second electrode пьезоэлемента, отличающеес  тем, что, с целью повышени  эффективности устройства и упрощени  его конструкции, второй электрод выполнен в виде двух электрически не св занных между собой частей , подключение выхода схемы согласовани  электрических сопротивлений осуществлено к одной части электрода, а втора  часть электрически св зана с входом схемы.A piezoelectric element, characterized in that, in order to increase the efficiency of the device and simplify its design, the second electrode is made in the form of two electrically unrelated parts, the output of the impedance matching circuit is connected to one part of the electrode, and the second part is electrically connected input circuit. д  шшашжуьd sshaszhuzh Фиг 2Fig 2