Ультразвуковые линии задержки. Звукопровод, страница 4

Резонансное плечо характеризуется резонансной частотой

Обычно .  определяется размерами пластины, а С₀ – отношением величины площади пластины к ее толщине ().

Так как в УЛЗ преобразовательная кварцевая пластина жестко связана со звукопроводом, то ее свойства определяются параметрами звукопровода и переходного слоя (клея).

Эквивалентную схему преобразователя с учетом влияния указанных параметров можно представить в виде:

Схема для двухсторонней симметричной нагрузки.

R_С  - активное сопротивление потерь в переходном слое;

С_С – гибкость переходного слоя.

 

Влияние переходного слоя характеризуется коэффициентом шунтирования

а коэффициент потерь в нем

КПД кварцевого преобразователя определяется при  и равен с учетом потерь в переходном слое:

.

При конструировании ЛЗ обычно компенсируют внешние емкости С₀ включением параллельно или последовательно индуктивности. При настройке входного и выходного преобразователей в резонанс входное сопротивление оказывается активным. Если при этом внешние усилители согласованы, вносимые потери на f₀ оказываются минимальными, а подавление сигналов с утроенным временем прохождения – максимально.

Относительная полоса пропускания преобразователя:

К точности установки пластин преобразователей предъявляются высокие требования, так как излучение и прием колебаний происходит в ограниченном угле

Установка пластины производится нормально к направлению распространения УЗ волны.

Влияние переходного слоя приводит к увеличению резонансной частоты и сужению полосы пропускания. Поэтому стремятся использовать тонкий клея (1 микрон).

Расширить полосу пропускания можно, нагружая обратную сторону преобразователя на конический или ступенчатый поглотитель.

Оптимальным режимом работы (по ) является , однако, реальные соотношения для используемых материалов таковы:

Следовательно, наилучшим вариантом является соседство кварцевого преобразователя с кварцевым звукопроводом.

Вообще, по материалу звукопровода различают:

-  ртутные (жидкость);

-  магниевые;

-  кварцевые;

-  прочие.

Линии Задержки

В ртутных ЛЗ звукопровод выполнен в виде стеклянной трубки, наполненной ртутью. С обеих сторон ртутный столб контактирует с кварцевым преобразователем.

.

Для уменьшения габаритов РЛЗ стеклянную трубку для ртути изгибают под углом 90° и в местах изгиба нанизывают пластины отражателей.

Достоинствами ртутных ЛЗ являются высокая однородность среды, легкость соединения звукопровода с преобразователем, надежность механического контакта.

МАГНИЕВЫЕ И КВАРЦЕВЫЕ ЛЗ

Одним из наиболее распространенных УЛЗ являются  магниевые и кварцевые  ЛЗ.

Основными элементами  таких линий являются звукопровод и устройство, обеспечивающее одновременное крепление преобразователя и его электрическое соединение.

В объеме звукопровода могут распространяться как продольные, так и поперечные волны. Скорость распространения продольных волн на 1/3 больше скорости распространения поперечных волн. Поэтому стремятся использовать режим поперечных волн.

МАГНИЕВЫЕ ЛЗ

Для ЛЗ с временем задержки 10-20мкс используют режим продольных волн и звукопровод выполняют в виде стержня прямоугольного или круглого сечения. При этом его длина должна совпадать с направлением проката или прессования материала, так как звукопроводность вдоль проката для мягких сплавов выше.

Используются сплавы марок: МА1, МА2, МА3, МА8.

Сплав МА1 (система Mg Mn) имеет наивысшую коррозионную стойкость, хорошую свариваемость и высокую пластичность. ТКЛР=22,3×10^-6 (при температуре Т = 20-100 °С).

При необходимости обеспечения больших задержек звукопровод выполняют так, чтобы обеспечить многократное отражение УЗ волны.

Отражающие поверхности звукопровода располагаются строго параллельно друг другу.

Угол падения стремятся использовать минимальный, так как при этом уменьшаются габариты. Однако если он очень мал, возникают ложные сигналы.

Вообще, расстояния между центрами соседних отражающих пластин должны быть больше линейного размера преобразователя, определяющего ширину звукового пучка.