Акустический блок

Акустический блок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

АКУСТИЧЕСКИЙ БЛОК, содержащий линию задержки поверхностных акустических волн, состоящую из волновода и преобразователей, размещенных на его поверхности, и включенный между преобразователями широкополосный усилитель, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, линия задержки выполнена в виде цилиндрического волновода «3 пьезоэлектрического материала с фланцами, при этом преобразователи размещены по окружности на поверхностях фланцев , а переход от фланца к внутренней поверхности цилиндра выполнен радиусом R закругления, выбранным из условия R 5-

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РеспуБлик (19) (21) 315@ ц 01 В 17/00, Н 03 Н 9/25

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3591144/18-28 (22) 19.05.83 (46) 23.07.84. Бюл. Ф 27 (72) В.M.Колешко, Ю.В.Мешков и Л.А.Колешко (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (53) 620.179.16 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 890071, кл. Н 03 Н 9/25, 1981 (прототип). (54)(5?) АКУСТИЧЕСКИЙ БЛОК, содержащий линию задержки поверхностных акустических волн, состоящую из волновода и преобразователей, размещенных на его поверхности, и включенный между преобразователями широкополосный усилитель, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, линия задержки выполнена в виде цилиндрического волновода из пьезоэлектрического материала с фланцами, при этом преобразователи размещены по окружности на поверхностях фланцев, а переход от фланца к внутренней поверхности цилиндра выполнен радиусом R закругления, выбранным из условия R (8-10) 3, где Ъ вЂ” длина поверхностной акустической волны.

4 1104

Изобретение относится к измерительной технике, s частности к измерению линейных размеров изделий, и может быть использовано для прецизионного контроля диаметра микропровода.

Известен акустический блок, содержащий линию задержки поверхностных акустических волн, состоящую из волновода и преобразователей, разме- 1о щенных на erо поверхности, и включенный между преобразователями широкополосный усилитель. Линия задержки является частотозадающим элементом автогенератора (1) .

IS

Указанный блок не позволяет контролировать диаметр микропровода, так как поверхностные акустические волны (ПАВ) возбуждаются на поверхности плоского волновода. 20

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в акустическом блоке, содержащем линию задержки поверхностных акустических волн, состоящую из волновода и преобразователей, размещенных на его поверхности, и включенный между преобразователями широкополосный усилитель, линия задержки выполнена в виде цилиндрического волновода из пьезоэлектрического материала с фланцами, при этом преобразователи размещены по окружности на поверхностях фланцев, а переход от фланца к внутренней по35 верхности цилиндра выполнен радиусом

R закругления, выбранным из условия

R ) (8-10) > где A — длина поверхностной акустической волны.

На фиг. 1 показана схема акустического блока, на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 — зависимость величины скорости ПАВ от зазора между микропроводом и внутренним диамет45 ром волновода, на фиг. 4 — вариант акустического блока, включенного по дифференциальной схеме.

Акустический блок (фиг,1) содержит линию 1 задержки ПАВ, являющуюся частотозадающим элементом автогене50 ратора (не показан), входной 2 и выходной 3 преобразователи линии 1 задержки подключены соответственно к выходу и входу широкополосного усилителя 4. Линия 1 задержки ПАВ выполнена из пьезоэлектрического материала в виде круглого волоконного волновода 5 с фланцами 6 и 7. Вход363 2 ной 2 и выходной 3 встречно-штыревые преобразователи ПАВ (ВШП) размещены по окружности (фиг.2) на .соответствующих внешних торцовых поверхностях фланцев 6 и 7 волновода 5 непосредственно либо с использованием пьезоэлектрических пленок (например, окиси цинка ZnO). Фланцы 6 и 7 по радиусу R закругления переходят в сквозной канал 8 волновода 5. Для уменьшения последовательного сопротивления электродной структуры до необходимого уровня электродная структура ВШП

2 и 3 может быть разделена на сегменты (фиг.2), управляемые параллельно (электрическое соединение сегментов

ВШП 2 и их подключение к усилителю

4 осуществляется известным образом).

В варианте устройства, построенном по дифференциальной схеме (фиг.4) устройство содержит еще один ПАВ-генератор 9, аналогичный первому, и смеситель 10. Иикропровод 11 протягивают в отверстие 8 волновода 5.

Процесс контроля осуществляется следующим образом.

С помощью входного кругового ВШП

2 на торговой поверхности фланца 6 возбуждаются ПАВ. Вследствие того, что торцовая поверхность фланца 6 симметрично закруглена с радиусом закругления и 3 (8-10) 3 (где длина ПАВ) и переходит во внутренний сквозной канал 8 волновода 5, ПАВ без существенных потерь на генерацию паразнтных объемных волн направляются вдоль внутренней поверхности волоконного волновода 5.

Радиус закругления нецелесообразно выбирать больше десяти Ъ из-за изменения траектории распространения

ПАВ. Диаметр торцовых поверхностей фланцев 6 и 7 выбирается из возможности осуществления необходимого радиуса R. закругления и размещения на торцовых частях этих поверхностей соответствующих ВШП IIAB 2 и 3.

Распространяющиеся вдоль внутренней поверхности волновода 5 волны имеют подобные рэлеевским аксиальную и радиальную компоненты и не имеют азимутальной компоненты. Результирующее распределение энергии имеет круговую симметрию и уменьшается приблизительно экспоненциально с изменением радиуса внутренней поверхности канала 8. Дисперсионная связь для основной поверхностной моды, 2Ь = Q, L (V OL g ) 25 з 1104 распространяющейся вдоль внутренней поверхности волновода 5 ПАВ, выражается уравнением о(п г1 <, 3о(рг1 2Р, Р где Р = (p -P„) п1 = (Р Pã,)"

r — радиус сквозного канала 8, 8, — соответственно, постоянные распространения поверхностной моды, объемной продольной моды и объемной поперечной моды, J — модифицированная функция Бесселя порядка

С помощью ВШП 3, расположенного на торцовой поверхности фланца 7, аналогично ВШП 2 происходит прием

ПАВ. В цепи обратной связи введен усилитель 4 с коэффициентом усиления, достаточным для компенсации полных потерь в линии 1 задержки.

Частоты, на которых возможно возбуждение генератора ПАВ, описываются уравнением где 4)„ — частота генерации, Кз электрический суммарный сдвиг фазы во ВШП 2 и 3 и усилителе 4, V скорость вдоль внутренней поверхности валновода 5 ПАВ, L — рабочая длина линии 1 задержки (расстояние между центрами ВШП 2 и 3).

Толщину стенок (круглого волновода 5 в его неутолщенной части целесообразно выбирать равной 8 (5-10) A . В этом случае паразитные объемные моды удаляются путем поглощения на внешней поверхности

-волновода 5, так как они обычно имеют большие глубины проникновения, чем основная, и, следовательно, удаляются по мере распространения волны.

Таким образом, в отсутствии контролируемой микропроволоки обеспечивается чистый одномодовый режим генерации с частотой И„.

Контролируемый микропровод 11, выполненный из электропроводного материала или имеющий электропроводящее покрытие, направляется в сквозной канал 8 волновода 5.

Наличие в канале 8 электропроводящего микропровода 11 приводит к закорачиванию тангенциальных составляющих сопровождающего распространение вдоль внутренней поверхности пьезо-! электрического волновода 5 ПАВ элект.ромагнитного поля, что приводит к

363 4 уменьшению скорости Ч распространения

ПАВ .

При увеличении или уменьшении диаметра контролируемого микропровода

11 уменьшается или увеличивается зазор между его поверхностью и окружающей микропровод внутренней поверхностью волновода 5, что и приводит к соответствующему изменению скорости ПАВ.

Величину изменения постоянной распространения ajar = P -)5 ПАВ при изменении диаметра о микрпоровода 11 в функции нормализованного зазора

Ph между поверхностью микропровода

11 и внутренней поверхностью волновода 5 можно найти из к,,(-tg pa)

2 о р " тгт т тлям где Ер= Ey t -(E> j ) — коэффициент электромеханйческой связи, Я,1=,,„ т т т хх 3

E„ — диэлектрические постоянные пьезоэлектрического волновода, Ео диэлектрическая постоянная свободного пространства.

Пример изменения скорости Ч .ПАВ в функции нормализованного зазора

Pb представлен на фиг. 3.

Максимальную величину изменения

ДЧ скорости ПАВ можно оценить из условия Чсо -Ч, где Чд — скорость IIAB для полностью электрически закороченной внутренней поверхности волновода 5 Ь = (D — d) 12=0, D = 2r — диаметр сквозного канала 8, М вЂ” скорость в отсутствие микропровода .

Таким образом, при изменении диаметра микропровода происходит модуляция скорости и величины фазовой задержки линии 1 задержки генератора

ПАВ и, следовательно, изменение b,(,) частоты генерации. Для получения точ- ного контроля частоты генератор должен содержать элемент с фазовой характеристикой, быстро изменяющейся с частотой. Наклон фазовой характеристики d /б пропорционален длине линии 1 задержки, поэтому эту длину целесообразно выбирать равной от сотен до тысяч длин ПАВ.

С этой же целью обеспечение наибо лее точного контроля диаметра микропровода 11 разница между диаметром

Q канала 8 и средним ожидаемым ди1104363

S аметром 8 микропровода (начальный зазор) выбирается небольшой, вплоть до долей длины ПАВ (фиг.2).

Для уменьшения влияния внешних 5 факторов на точность контроля, в частности, температурной стабилизации в широком диапазоне, акустический блок содержит еще один. ПАВ— генератор 9 (фиг.4), аналогичный первому. Контролируемый микропровод

11 подается в сквозной канал лишь первого ПАВ-генератора. При контроле микропровода 11 этим генератором разностная частота, выделяемая сме- 15 сителем 10, приобретает значения, пропорциональные величине изменения диаметра микропровода. Изменение температуры в этом случае не приводит к изменению разностной частоты на 2О выходе смесителя 10.

Устройство особенно эффективно для контроля очень малых изменений диаметра микропровода, что обеспечивается весьма высокой кратковременной стабильностью ПАВ-генератора

-z» (до 10 - 10 ), взаимодействием всей поверхности микропровода (по окружности в поперечном ее сечении) с электромагнитным полем, сопровождающим

ПАВ, достаточно резкой зависимостью скорости М ПАВ от нормализованного воздушного зазора Ph, удалением паразитных мод колебаний путем выбора толщины стенок круглого волновода.

Использование устройства в ультразвуковых микросварочных: .установках Ю для сварки элементов ИС позволяет повысить процент выхода годных ИС эа счет понижения коэффициента вариации и повышения механической прочности соединений.

1104363

Составитель Н.Долгова

Редактор Н.Лазаренко Техред <.Тепер Корректор,А.Дзятко

Заказ 5201/28 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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