Поле прямоугольного преобразователя

Вид прямоугольного преобразователя представлен на рис. 2.8. Характеристики такого преобразователя зависят от соотношения сторон и .

Рис. 2.7. Структура акустического поля дискообразного преобразователя при 0,3Х/Х_Б

Рис. 2.8. Прямоугольный преобразователь

Размер ближней зоны такого преобразователя определяется формулой

. (2.25)

Поле прямоугольного преобразователя зависит от безразмерного параметра , где – расстояние, измеряемое по оси преобразователя, – размер ближней зоны.

В общем случае . Зависимость амплитуды поля от расстояния по оси, нормированного на размер ближней зоны, для различных значений отношения , показана на рис. 2.9.

Положение последнего максимума амплитуды на оси определяется величиной ближней зоны только для квадратного преобразователя . Для прямоугольного излучателя с соотношением сторон положение последнего максимума можно определить лишь приближенно. Условия интерференции для волн в ближней зоне прямоугольного преобразователя отличны от условий для круглого преобразователя.

Сравнение с полем дискообразного преобразователя показывает, что для прямоугольного преобразователя максимумы и минимумы в ближней зоне сильно сглажены. В импульсном режиме наблюдается дополнительное сглаживание с одновременным уменьшением амплитуды.

Поле прямоугольного преобразователя в дальней зоне

(2.26)

где и – углы между акустической осью преобразователя и проекциями лучей на плоскости ХОZ и ХОY (рис. 2.11).

На рис. 2.10 приведены сравнительные диаграммы направленности для преобразователей различной формы.

Рис. 2.9. Зависимость поля прямоугольного преобразователя от расстояния на оси: 1 – квадратный преобразователь: ; 2 – прямоугольник: ; 3 – полоса:

Рис. 2.10. Диаграммы направленности для преобразователей: 1 – круглого, 2 – прямоугольного, 3 – тонкого кольцеобразного

Рис. 2.11. Схема для расчета поля прямоугольного преобразователя: и – углы между акустической осью преобразователя и проекциями лучей на плоскости ХОZ и ХОY

Рис. 2.12. Способы устранения неравномерности чувствительности прямоугольного преобразователя: а – изменение формы пьезопластины, б – создание треугольных каналов на нерабочей стороне пьезопластины

Как видно по рис. 2.11, диаграмма направленности прямоугольного преобразователя более широкая, чем в случае кольцеобразного преобразователя, но уже, чем у круглого.

Прямоугольные преобразователи применяются в тех случаях, когда нужно увеличить зону контроля за один проход преобразователя. Этот вид преобразователей чаще всего используется в автоматизированном контроле.

Основной недостаток прямоугольных преобразователей – неравномерная чувствительность вдоль длинной стороны (следствие интерференции волн в ближней зоне).

Существует несколько способов устранения этого недостатка: сокращение длительности импульса, за счет чего сглаживаются интерференционные максимумы в ближней зоне; расширение полосы частот. Для этого на нерабочей стороне пьезопластины создают треугольные каналы (рис. 2.12, б); изменение формы пьезопластины (рис. 2.12, а).

Изменение формы пьезопластины является наиболее эффективным способом выравнивания чувствительности (применение остальных способов приводит к ухудшению чувствительности). Изменяя форму пьезопластины, можно управлять рабочей частотой преобразователя, добротностью и параметрами акустического поля.