Способ определения направления максимального излучения электроакустических преобразователей

Способ определения направления максимального излучения электроакустических преобразователей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) ) 004864 (6 I ) Допол интел ьное к а вт. с внд-ву— (22)Заявлено 10.04.81 (21) 3276148/18-28 (51)/Й. Кл.

G 01 N 29/00

Г 01 Н 5/00 с присоелиненнеьт заявки J%

Государственный комнтет (23) Приоритет—

Опубликовано 15. 03. 83. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 15 .03. 83 (53) УДК 620 179..16(088.8) па делам нзооретеннй н открьпнй

П. А. Безуглый, Н. Г. Бурма, A. M. Гришин и А. Е. Кабанов (72) Авторы изобретения

Физико-технический институт низких температур

AH Украинской CCP (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Изобретение относится к технике ультразвуковых измерений и может быть использовано для построения ди. аграммы направленности электроакустических преобразователей СВЧ-диапа5 зона.

Известен способ исследования ультразвукового поля - по дифракции света на звуке, заключающийся в том, что направляют лазерный луч на расположенный на поворотном столике оптически прозрачный образец - звукопровод, в котором исследуемым электроакустическим преобразователем возбуждают ультразвуковую волну, фронт которой устанавливают по отношению к световому пучку в отражающем положении, т.е. под брэгговским углом и регистрируют дифрагированный на звуке свет на выходе звукопровода с по- го мощью оптической системы. По угловым зависимостям диф агированного света определяют диаграмму направленности акустического преобразователя. По исследованию дифракции в различных точках образца — звукопровода определяют картину пространственного распределения интенсивности ультразвука и направление максимального излучения электроакустического преобразователя (1).

Основным недостатком способа является ограничение частотного диапазона исследуемых электроакустических преобразователей вследствие невозможности осуществить брэгговскую дифракцию света на звуке выше предельной звуковой частоты порядка

1O" r .

Известен способ визуализации звукового поля — способ Теллера, заключающийся в том, что направляют све. товой пучок на оптически прозрачную среду, в которой возбуждают стоячую ультразвуковую волну. Изменение плотности среды в звуковом поле приводит к соответствующему изменению показателя преломления световых лучей, про-максимумов сигнала электроакустический преобразователь устанавливают на звукопровод из металлического монокристалла, помещают приемник ультразвукового сигнала на противоположную поверхность эвукопровода, охлаждают его до температуры жидкого гелия и возбуждают магнитное поле, направление вектора напряженности которого совпадает с нормалью к поверхности Ферми звукопровода, поворачивают систему относительно вектора напряженности магнитного поля и при этом регистрируют укаэанные инФормативные параметры.

На фиг. 1 изображена схема устройства для осуществления предлагае» мого способа; на фиг. 2 а — экспериментальная зависимость коэффициента сс поглощения от угла Ф наклона магнитного поля с((ф) при V-0 (вектор Й наклонялся в плоскости (100); б - зависимость коэффициента р поглощения от угла ф наклона магнитного поля с (ф) при Ч --0,25 (вектор Н наклонялся ь

7 плоскости, проходящей через ось

001 и отклонявшейся от ппоскости (010) на угол 15 ); на фиг.3I угловая зависимость угла У смещения СЦВ относительно НЗ в плоскости (001), перпендикулярной открытой поверхности Ферми.

Согласно способу исследуемый электроакустический преобразователь 1 устанавливают на одной из рабочих поверхностей звукопровода 2 из металлического монокристалла, ориентированного так, чтобы направление открытой поверхности Ферми совпадало с нормалью к электроdêóñтическому преобразоватслю 1. Помещают приемчик 3 ультразвукового сигнала на про. тивоположную поверхность звукопровода 2.

Охлаждают звукопровод 2 дс температуры жидкого гелия, прикладывают внешнее магнитное пале перпендикулярно направлению открытости поверхности Ферми звукопровода, поворачивают магнитное поле в плоскости, проходящей через вектор Н напряженности внешнего магнитного полл и направление открытбй поверхности Ферми, на угол, достаточный для того, чтобь; на зависимости коэффициента с поглощения звука от угла ф наклона набл- дались максимумы, связанные как со спиральной циклотронной волной (СЦР), так и

3 10048б4 ходящих через этот участок среды. В способе используют явление рефракции световой волны при прохождении среды с переменным показателем преломления, которая становится при этом визуально наблюдаемой, вследствие того., что при рефракции света на стоячей звуковой волне в среде образуются темные и светлые полосы, соответствующие узлам и пучности звуковой волны, фотографиру- IIÎ ют полученную картину звукового поля, по которой определяют направление максимального излучения электроакустического преобразователя (2).

Однако в указанном способе для ви- 35 зуализации звукового поля используют явление рефракции, что уменьшает частотный диапазон исследуемых преобразователей (не больше нескольких мГц), Наиболее близким к изобретению щ является способ определения направления максимального излучения электроакустических преобразователей, заключающийся в том, что регистрируют максимумы сигнала электроакусти- zg ческого преобразователя и соответствующие им положения приемника сигналов, по которым определяют искомое напра вление Р 3 ).

Основным недостатком способа является ограничение частотного диапазона исследуемых электроакустических преобразователей, связанное с тем, что сканирование звукового поля производят в газообразной или

35 жидкой среде, в которых высокочастотный звук сильно затухает (верхний частотный предел - несколько десятков мГц для жидкостей). Кроме того, трудно создать миниатюрный датчик

46 звукового давления для высокочастотной области, а внесение в звуковое поле датчика звукового давления искажает последнее, поэтому картина исследуемого поля необъективна„

Цель изобретения — расширение час тотного диапазона исследуемых преобразователей в область сверхвысоких частот.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения на- о правления максимального излучения электроакустических преобразователей, заключающемуся в том, что регистрируют максимумы сигнала электроакустического преобразователя и соответствующие им положения приемника сигналов, по которым определяют искомое направление, перед регистрацией

1004864 с наклонным эффектом (НЭ), снимают ряд зависимостейа. (ф) при различных направлениях вектора Н относительно кристаллографических осей образца — звукопровода в плоскости, перпендикулярной направлению открытой поверхности джерми, измеряют на зависимостях Ы(ф) углы V смещения максимумов НЗ относительно максимумов

СЦВ, строят угловую зависимость угла

V в плоскости, перпендикулярной направлению открытости, и определяют угол отклонения направления максимального излучения исследуемого электроакустического преобразователя l от нормали к его поверхности как максимальное значение угла V на упомянутой угловой зависимости, а направление максимального излучения — по знаку смещения максимумов НЭ относительно максимумов СЦВ на зависимости о((ф ) соответствующей максимуму y гла 3/.

Максимумы А и Б (фиг.2) на зависимости с (ф) связаны соответственно с

СЦВ и НЭ.

Способ основан на том, что при распространении звука вдоль или под углом к направлению открытости на одной и той же криво Жф) наблюдаются эф- 30 фекты различной природы, причем положение максимумов СЦВ на-кривой а/(ф) определяется направлением открытости, т.е. кристаллографией, а положение максимумов НЭ вЂ” направлением волново- 3

-ф 35

ro вектора q звука, совпадающего с направлением максимального излучения, Если образец — звукопровод 2 сориентирован так, что нормаль и к его рабочим поверхностям совпадает с на- 40 правлением открытости поверхности

Ферми монокристалла, то на зависи" мости сК(Ф) максимумы НЭ и СЦВ будут располагаться симметричным образом, если направление максимального излучения передающего электроакустического преобразователя совпадает с нормалью к этому преобразователю, и,сле- довательно, с направлением открытости поверхности Ферми. Если же направле50 ние максимального излучения не совпадает с нормалью к электроакустическому излучателю, то на зависимостио (ф) максимумы НЭ смещаются относительно максимумов СЦВ на угол У, равный углу между направлением открытости и проекцией вектора р на плоскость, проходящую через направление открытости и вектор Н, т.е. на плоскость, в которой поворачивают магнитное поле при записи кривых с (ф) .

Для определения направления максимального излучения исследуемого преобразователя 1 в пространстве находят плоскость наклона, в которой угол

V принимает максимальное значение, для чего строят угловую зависимость

Ч в плоскости, перпендикулярной направлению открытости. Тот факт, что в в искомой плоскости наклона на угол

V максимален, означает, что направление максичального излучения исследуемого преобразователя также лежит в. этой плоскости. Величина угла отклоне" ния направления максимального излучения исследуемого преобразователя от нормали к его плоскости равна максимальному значению Ч, а направление максимального излучения в указанной плоскости наклона определяется по знаку смещения максимумов НЭ на зав"симости g (ф),т.е. по тому в области положительных или отрицательных углов

Ф набпюдается смещение этих максимумов.

Способ опробован на пьезопреобразователях,изготовленных из кварцевых пластин х-соеза с основной частотой бб мГц. В качестве звукопровода использовались монокристаллы галлия марки

ГЛ-000, рабочие поверхности которых ориентировались перпендикулярно оси

001, совпадающей с направление открытой поверхности Ферми рентгеновским дифрактометрическим методом. Толщина звукопровода 2 мм. Эксперименты проводились при 1,7 К на частоте звука

200 мГц. Магнитное поле, создаваемое электромагнитом, равно 14 кЭ. Наклон магнитного поля относительно монокристалла осуществлялся устройством, наклонявшим звукопровод относительно неподвижного магнитного поля на угол до + 7 . Устройство позволяло разворачивать образец - звукопровод вокруг о оси на 360, что позволило снять угловые зависимости V e плоскости, перпендикулярной поверхности ферми.

Результаты экспериментов, приведенные на фиг.2 и 3, свидетельствуют о том, что направление излучения исследуемого пьезопреобразователя отклоняется от нормали к пьезопластине на угол 0,25 в сторону оси 100 звукопровода.

Таким образом, использование предлагаемого способа определения направления максималь :ого излучения ульту 10И864 развуковых преобразователей позволя- и ет обеспечить по сравнению с существующими способами значительно (íà о один - два порядками расширение частотного диапазона исследуемых пре- 3 образователей. Дальнейшее расширение о диапазона в настоящее время невоз- р можно из-за отсутствия соответствующих преобразователей.

Кроме того, способ можно исполь- в л зовать для контроля направления излучения электроакустических преобразователей, применяемых в экспериментальной физике, например для изуче" ния электронного спектра металпов.

Другим возможным применением способа является контроль направления излучения электроакустических преобразователей, используемых в многоугольных линиях задержки, поскольку к таким 20 преобразователям предъявляются особенно высокие требования к отклонению направления максимального излуи чения от нормали к их поверхности.

Формула изобретения

Способ определения направления максимального излучения электроакустических преобразователей, заключающийся в том, что регистрируют максимумы сигнала электроакустического преобразователя и соответствующие им оложения приемника сигналов„ по коорым определяют искомое направление, т л и ч а ю шийся тем, что, с елью расширения частотного диапазоа исследуемых преобразователей в бласти сверхвысоких частот, перед егистрацией максимумов сигнала элекроакустический преобразователь усанавливают на звукопровод из металического монокристалла, помещают примник ультразвукового сигнала на проивоположную поверхность звукопроода, охлаждают его до температуры идкого гелия и возбуждают магнитное оле, направление вектора напряжености которого совпадает с ноомальг к оверхности Ферми звукопровода, поорачивают систему относительно векора напряженности магнитного поля при этом регистрируют указанные нформативные параметры.

Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе

1, Гуляев Ю. В., Проклов В. В., 25 Шкердин Г. Н, Дифракция света на звуке в твердых телах. УФН, 1978, т.12ч, вып. 1, с. 61-111, 2. Л. Бергман. Ультразвук и его применение в науке и технике. М., 1957, с. 160-168.

3. Ультразвук. — Маленькая энциклопедия. Под ред. И,П,Голяминой, Л., "Наука", 1979, с. 37-61 (прототип) .

1004864

1004864

Составитель Н. Долгова

Техред М.Тепер Корректор О.Билак

Редактор М. Бандура

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 1873/55. Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5