Устройство преобразователей

Устройство типовых контактных преобразователей представлено на рисунке 57.

Преобразователь состоит:

1 – пьезопластина – основной чувствительный элемент преобразователя. Пьезопластина должна иметь оптимальный размер, при котором обеспечивается максимум отраженного сигнала при минимальном уровне ложных сигналов и акустических шумов в ПЭП. Электроды – слои серебра – нанесенные на широкие поверхности пьезопластины предназначены для равномерного распределения по поверхности пластины электрического заряда, подводимого к пластине в режиме возбуждения или возникающего на пластине в режиме приема. Толщина слоя серебра должна быть много тоньше толщины пластины (обычно несколько тысячных долей миллиметра), чтобы не влиять на ее акустические свойства;

2 – демпфер – служит для гашения свободных колебаний пьезопластины, снижения добротности ПЭП (т.е. для получения более коротких импульсов). Материал и форма демпфера должны обеспечивать достаточное затухание и отвод колебаний, излученных пьезопластиной в материал демпфера без возвращения их к пластине. Для уменьшения многократных переотражений не вошедших в ОК ультразвуковых колебаний на демпфере делают скосы, канавки, добавляют пузырьки воздуха. Демпферы обычно изготавливают из искусственных смол (эпоксидных) с добавками порошковых наполнителей. С улучшением демпфирования ПЭП уменьшается чувствительность ПЭП, повышается разрешающая способность, сокращается мертвая зона;

3 – протектор – предохраняет пьезопластину от повреждений и износа (протектор имеется у прямых ПЭП по совмещенной схеме включения). Способствует передаче колебаний в среду и стабилизации акустического контакта. Материал протектора должен обладать высокой износостойкостью и скоростью звука, которая определяет необходимую его толщину, равную 0,1–0,5мм. Для изготовления протекторов применяют кварц, бериллий, сталь, твердые сплавы, керамику, а также материалы на основе эпоксидных смол с порошковыми наполнителями (кварцевый песок, бериллиевый или корундовый порошок);

4 – катушка индуктивности (электрическое согласование) – для согласования работы ПЭП с электронным блоком дефектоскопа. В дефектоскопах молдавского производства, применяемых для контроля рельсов, катушка индуктивности размещена в блоке генератора возбуждения дефектоскопа; в дефектоскопах российского производства новейших разработок катушка индуктивности размещается внутри ПЭП. Она обеспечивает такой режим работы дефектоскопа и ПЭП, при котором достигается наибольший коэффициент преобразования электрической энергии в акустическую и обратно

Рисунок 57 – Устройство типовых контактных преобразователей: а) прямой ПЭП по совмещенной схеме включения; б) наклонный ПЭП; в) раздельно-совмещенный ПЭП

5 – проводники, соединяющие электроды на плоскостях пьезопластины с корпусом преобразователя 6 и с внутренним проводником кабеля 7, предназначены для подведения и снятия электрического напряжения с пьезоэлемента. Проводники припаивают непосредственно к электродам легкоплавкими припоями;

6 – корпус –служит для обеспечения прочности конструкции, защиты элементов ПЭП от механических повреждений и воздействия наружной среды, а также для экранирования от электромагнитных помех, поэтому корпус из пластмассы металлизируют;

8 – преломляющая призма – обеспечивает требуемый угол наклона. Ее конструируют так, чтобы не возникали сигналы помех в результате отражений волн от поверхностей.Призму изготавливают обычноиз материала с небольшой скоростью звука (оргстекло, капролон, эпоксидные смолы), что позволяет при относительно небольших углах падения β получать углы преломления α до 90º. Высокое затухание ультразвука в призме обеспечивает ослабление не вошедшей в изделие волны, которое увеличивается в результате многократных отражений. Для улучшения гашения УЗК призму делают ребристой или придают ей сложную форму. Материал призмы должен быть износостойким и термостабильным для устранения шумов ПЭП. Для того чтобы в изделие проходили волны только одного типа, угол падения (наклона призмы) делают либо небольшим (при этом поперечные волны практически не возбуждаются), либо в интервале между первым и вторым критическим углами. В этом случае при переходе из призмы в изделие излучаемые пьезопластиной продольные волны трансформируются в поперечные. Для пары оргстекло – сталь эти условия выполняются при углах β<7º и 27º<β< 55º. Призмы с малыми углами используют обычно в раздельно-совмещенных, а с большими углами – в наклонных преобразователях;

9 – электроакустический экран, разделяющий излучатель и приемник в раздельно-совмещенных ПЭП, предназначен для акустической и электрической изоляции излучающей и приемной частей РС ПЭП. Его выполняют из пробки или пенопласта с электроизолирующей прослойкой. В идеальном случае ультразвук должен проходить от излучателя к приемнику только через изделие, но на практике не удается избежать небольшого прямого перехода ультразвука между излучателем и приемником.