Способ визуализации акустических полей в твердотельных звукопроводах

Способ визуализации акустических полей в твердотельных звукопроводах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и изделий и может найти применение в фи зических исследованиях при определении поляризационных характеристик акустических полей, а также в различных технических приложениях. Целью изобретения является определение поляризации волны в визуализи- . руемом акустическом поле. При визуализации акустических полей в твердотельных звукопроводах дополнительно с помощью акустической связки создают акустический контакт отражающего конца твердотельного эвукопровода с пластиной-анализатором, выполненной из однопреломляющего акустического материала. Затем пропускают акустические колебания, возбужденные в этом твердотельном звукопроводе пьезоэлектрическим преобразователем с металлическими обкладками через пластину-анализатор.Далее с помощью упругой сферы локально изменяют отражающую способность свободной поверхности пластины-анализатора последовательно по всей ее площади, осуществляют визуализацию акустического поля на этой поверхности пластины-анализатора. После этого сопоставляют полученные картины визуализируемого акустическог6 поля на отражающем торце твердотельного звукопровода и свободной поверхности пластины-анализатора и по результатам сравнения получают информацию о поляризации волны в рассматриваемом акустическом поле.1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1!) (51) 4 G 01 N 29 О

А2 р(iг c r p,y

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

БИвАМ« .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 691749 (2!) 3888548/25-28 (22) 24.04.85 (46) 23.10.86. Бюл. )(39 (71) Специальное конструкторское бюро Ордена Трудового Красного Знамени института радиофизики и электроники АН УССР (72) В.А. Нежевенко и В.В. Тараканов (53) 620.179.16 (088.8) (56) Патент CIIIA )(- 3742439, кл. 73-645, 1969, Авторское свидетельство СССР

Р 691749, кл. G 01 К 29/00, 1979. (54) СПОСОБ ВИЗУАЛИЗАЦИИ АКУСТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ В ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЗВУКОПРОВОДАХ (57) Изобретение относитСя к неразрушающему контролю материалов и изделий и может найти применение в фи зических исследованиях при определении поляриэационных характеристик акустических полей, а также в различных технических приложениях.

Целью изобретения является определение поляризации волны в визуализи- . руемом акустическом поле. При визуализации акустических полей в твердотельных звукопроводах дополнительно с помощью акустической связки создают акустический контакт отражающего конца твердотельного эвукопровода с пластиной-анализатором, выполненной из однопреломляющего акустического материала. Затем пропускают акустические колебания, возбужденные в этом твердотельном звукопроводе пьезоэлектрическим преобразователем с металлическими обкладками через пластину-анализатор. Далее с помощью упругой сферы локально изменяют отражающую способность свободной поверхности пластины-анализатора последовательно по всей ее площади, осуществляют визуализацию акустического поля на этой поверхности пластины-анализатора. После этого сопоставляют полученные картины визуализируемого акустического поля на отражающем торце твердотельного звукопровода и свободной поверхности пластины-анализатора и по результатам сравнения получают информацию о поляризации волны в рассматриваемом акустическом поле. 1 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий, может быть использовано в физических исследованиях и технических приложениях, например, при разработке твердотельных линий задержки, где необходимо иметь информацию о структуре акустических полей в эвукопроводах и является усовершенствованием способа по авт.св. 1Î

И 691749.

Цель изобретения — определение поляризации волнь1 в визуализируемом акустическом поле.

На чертеже представлена схема 15 реализации способа визуализации акустических полей в твердотельных эвукопроводах. .Устройство содержит твердотельный эвукопровод 1, пьезокерамичес- 2О кий преобразователь 2, металлические обкладки 3 и 4, упругую сферу 5, акустическую связку 6, пластину-анализатор 7.

Способ визуализации акустических полей в твердотельных звукопроводах осуществляется следующим образом„

При определении поляризации ультразвуковой волны„ излученной преобразователем 2 в твердотельный звукопровод 1, выполненный из плавленного кварца в ниде прямоугольного параллелепипеда„ возбуждают ультразвуковую волну в направлении передней базовой грани (торца) звукопровода 1. Возбуждение ультраэвуко" вых колебаний производят пьеэопреобразователем 2,, изготовленным из монокристалла ниобата лития в виде

40 плоскопараллельной пластины, которая размещена между двумя алюминиевыми обкладками 3 и 4. Твердотельный эвукопровод 1 жестко крепят путем вклеивания в корпусе высокочастотного устройства (не показано) так, что ме45 таллические обкладки 3 и 4 пьезопреобразователя 2 электрически контактируют с выходом этого высокочастотного устройства. Твердотельный звукопровод 1 размещают в корпусе вы сокочастотного устройства таким образом, чтобы отражающий торец (грань) его параллельный базовой грани, оказался доступным для внешнего воздействия.

Ультразвуковая волна, излученная пьеэопреобразователем 2, распространяется в направлении отражающего

97 А торца звукопровода 1 и в силу значительноc0 Отличия акустических импедансав кварца и воздуха полностью отражается от торца звукопровода 1.

Отразившаяся волна возвращается к пьезопреабраэователю 2, где трансформируется в электромагнитный импульс (эхо-сигнал). амплитуда которого пропорциональна интегральной интенсивности принятой пьезопреобразователем 2 ультразвуковой волны.

Для регистрации зхо-импульса используют эха-импульсную методику измерений, дополненную схемой калиброванного интегратора, которая позволяет зафиксировать малые (го и О, 1 дБ) изменения амплитуды эхо-импульсного высокочастотного сигнала, снимаемого с пьезопреобразователя 2. Затем внешним воздействием изменяют отражательную способность в локальной области отражающего конца твердотельного звукопровода 1. Для этого используют ме ханическое давление стальной сферы

5 диаметром 2 мм, которую прижимают к отражающему торцу звукопровода внешним усилием Г = 0,5 кг.

Такое внешнее воздействие приводит к рассеянию в образованной контактной области (диаметр d 0,02 мм) падающей на отражающий торец звукопровода 1 ультразвуковаи Волны что .регистрируется как уменьшение на а Ы = 0,5 дБ амплитуды эхо-импульса„ снимаемого < пьеэопреобразователя 2.

После этого образованной контактной областью сканируют по поверхности отражающего торца звукопровода 1 и одновременно регистрируют амплитуду эхо-импульса, снимаемого с пьезопреобразователя 2„ В результате получают картину визуализируемого акустического поля нг отражающем торце твердотельного звукопровода 1, Затем с помощью акустической связки б, например расплавленного салола, создают акустический контакт отражающего торца твердотельного звукопровода I с пластиной-анализатором

7 и пропускают через нее исследуемую акустическую волну. Поскольку пластина-анализатор 7 выполнена из однопреломляющего акустического материала, например монскристалла кварца„ ориентированногс осью симметрии третьегУ порядка (осью Z) вдоль толз щины этой пластины-анализатора 7, ультразвуковая волна распространяется в направлении свободной поверхности пластины-анализатора 7 таким образом, что поток энергии этой волны имеет направление, однозначно зависящее от поляризации.

В случае продольной поляризации рассматриваемая волна распространяется вдоль нормали к поверхности 10 пластины-анализатора 7, которая по направлению совпадает с кристаллографической осью Z. В отличие от эТого ультразвуковая волна сдвиговой поляризации распространяется та- f5 ким образом, что поток энергии этой волны направлен под углом к оси Z причем величина этого угла определяется явлением внутренней конической рефракции. В частности, в 20 монокристалле кварца угол внутренней конической рефракции составляо ет 17 . Область отражения ультразвуковой волны продольной поляризации располагается на свободной по- 25 верхности пластины-анализатора 7 таким образом, что ее геометрический центр находится на одной оси с центром пьезопреобразователя 2, причем направление этой оси совпадает с 30 нормалью к поверхности пластины-анализатора. Область отражения волны сдвиговой поляризации размещается на свободной поверхности пластиныанализатора 7 так, что центр этой области располагается на окружности радиуса е gä

40 где h — - толщина пластины-анализатора 7.

Азимутальное положение центра области отражения сдвиговой волны на этой окружности однозначно свя- . 45 эано с поляризацией этой волны, т.е. направление вектора смещения частиц UПосле отражения от свободной поверхности пластины"анализатора 7 рас-50 сматриваемая ультразвуковая волна по той же траектории возвращается к пьезопреобразователю 2, где трансформируется в электромагнитный эхо597 4 сигнал, который регистрирует я. Затем внешним воздействием, в качестве которого также используется механическое давление стальной сферой 5 диаметром 2 мм, прижимаемой к свободной поверхности пластины-анализатора

7 последовательно по всей ее площади. При этом, используя эхо-импульсную методику, регистрируют изменение интенсивности отразившейся от свободной поверхности пластины-анализатора 7 ультразвуковой волны и получают картину визуализируемого акустического поля на этой поверхности пластйны-анализатора 7. В дальнейшем сопоставляют полученную ранее картину визуализируемого акустического поля на отражающем торце твердотельного звукопровода 1 с картиной поля этой волны на свободной поверхности пластины-анализатора 7 и из сравнения геометрических координат этих картин получают информацию о поляризации рассматриваемой волны.

Предлагаемый способ позволяет в наглядной форме получить информацию о влиянии различных внешних факторов на поляризацию акустической волны в тк..рдотельном звукопроводе.

Формула изобретения

Способ визуализации акустическИх полей в твердотельных звукопроводах по авт..св. У 691749, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью определения поляризации волны в визуалиэируемом поле, на поверхности твердотельного звукопрбвода через акустически прозрачный слой устанавливают пластину-анализатор иэ однопреломляющего акустического материала, локально изменяют отражательную способность свободной поверхности пластины-анализатора последовательно по всей ее площади, осуществляют визуализацию акустического поля на поверхности пластиныанализатора, а искомый параметр определяют путем сравнения полученных картин визуализируемого поля на отражающем конце твердотельного эвукопровода и свободной поверхности пластины-анализатора.

l265597

Составитель K. Леонов

Редактор Н. Яцола Техред В.Кадар Корректор В. Синицкая

Заказ 5654/38

Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1l3035 Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная,4