Излучение и прием ультразвука. Конструкция пезопреобразователей

В настоящее время наибольшее применение для излучения и приема ультразвука в дефектоскопии находит пьезоэлектрический эффект. Эффект заключается в том, что деформация кристаллов некоторых материалов (пъзоэлектриков) вызывает появление на его гранях электрических зарядов. Если на пластинку из такого материала нанести электроды и с помощью проводников подсоединить их к чувствительному прибору, то окажется, что при сжатии пластины между электродами возникает электрическое напряжение определенной величины и знака. При растяжении пластины также возникает напряжение, но противоположного знака.

Явление возникновения электрических зарядов на поверхностях пластины при ее деформации называют прямым пьезоэлектрическим эффектом.

Существует также обратное явление, заключающееся в том, что если к электродам пластины подвести электрическое напряжение, размеры ее уменьшатся или увеличатся в зависимости от полярности приложенного напряжения. При изменении с определенной частотой знака приложенного напряжения пластина сжимается и растягивается с такой же частотой. Это явление изменения размеров пластины под действием электрического поля называют обратным пьезоэлектрическим эффектом.

Таким образом, оказывается возможным при помощи пьезопластины преобразовывать электрические колебания в ультразвуковые (обратный пьезоэффект – для излучения ультразвука) и, наоборот, ультразвуковые в электрические (прямой пьезоэффект – для приема ультразвуковых колебаний).

Для возбуждения и регистрации (излучения и приема) ультразвуковых колебаний применяют пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП) в которых активными являются пьезоэлементы – пластины, выполненные из материала, обладающего пьезоэлектрическими свойствами с нанесенными на их поверхности металлическими электродами

Пьезоэлемент: 1 – пьезоэлектрик, 2 – металлические электроды,
3 – подводящие провода

Для излучения и приема ультразвуковых колебаний используют пьезоэлектрические преобразователи.

Пьезоэлемент (1) служит для преобразования электрических колебаний в акустические при возбуждении ультразвука и (или) обратно при его приеме. У прямого ПЭП (и в некоторых конструкциях раздельно-совмещенных (РС) ПЭП он отделен от контролируемого изделия (8) протектором (6), который служит для защиты пьзоэлемента от истирания и механических повреждений. В наклонных и некоторых конструкциях РС ПЭП роль протектора выполняет призма (7), которая одновременно задает угол падения, то есть определяет угол ввода ультразвука в изделие. Пьезоэлемент соединен с разъемом (4) подводящими проводами (3). Демпфер (2) служит для создания коротких импульсов. Кроме того, вместе с заливной массой он придает преобразователю дополнительную механическую прочность. Все элементы ПЭП обычно помещаются в корпус (5).

а 5 б в

3 l 9

2 n 7

6 7

Конструкция прямого (а), наклонного (б), и раздельно-совмещенного (в) ПЭП

Прямые ПЭП служат для ввода в изделие продольных волн, а наклонные как продольных (при углах призмы до первого критического), но чаще поперечных или поверхностных волн. В комбинированных ПЭП имеется более двух пьезоэлементов с различными углами ввода УЗ.