Ультразвуковой дефлектор

(Ю (10 Г ПИСА ОБР ТЕЛЬС"3"Ву ЯГ напряжения э ч а ю щ и й с я упрощения конст .апертуры отклон провод выполнен педа, одна пара ней которого- острыми углами, жением ю о=-ассор ф-м-з, а,Ргдето, ф 1,фм квадратичные ции, при этом одну пару про ных граней, а иэ другой пар ДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТНРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ(71) Ордена Трудового Красного Знамени институт Физики. АН БС(Р(54)(57) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЛЕКТОРсодержащий звукопровод из иэотропно"го электрострикционного материалас болыаим значением диэлектрическойпроницаемости, снабженный двумя под-.;соединенными к источнику управлякще-: лектродами, о т л тем, чтд, с цел рукции и увеличен яемых пучков, зву в виде параллеле противоположных параллелограммы.с определяемыми выр Мюй 444 144 ) 9%Ллинейные, ад н,3 Д, онстапты электрострикэлектроды нанесены на ивоположных прямоуголь- входной является любая ы прямоугольных граней,Изобретение относится к акустике и ультразвуковой технике и может бытьиспользовано в акустических системах, дефектоскопии, подводной локации и ультразвуковой технологии, атакже н других областях науки и тех"ники, где требуется управляемое сканирование ультразвуковых пучков.Известно устройство для управления направленивм распространенияультразвуковых пучков, содержащееэлемент для изменения фазы ультразвуковых колебаний, выполняющий функцию звукопровода из пьезоэлектрического материала (анизотропного кристалла), обладающего электроупругим 15эффектом, на боковую поверхность которого наложены четыре цилиндрических электрода, подсоединенных к источнику питания, направляющие кото"рых параллельны направлению распрост-оранения ультразвука, а форма электродов в ортогональном к оси распространения сечении имеет вид гипербол.Внешнее электрическое поле, приложенное к электродам, изменяет ве- р 5 личину коэффициента упругости вещества звукопровода, Форма электродов обеспечивает линейное изменение коэффициента упругости в зависимости от координаты, ндоль которой происходит отклонение пучка, благодаря чему за счет рефракции ультразвуковой пучок отклоняется от первоначаль;ного направления распространения (1).Недостатками данного устройстна являются необходимость больших электрических полей, а также. значительные технологичесКие трудности, связанные с необходимостью конструктивного выполнения на поверхность кристалла звукопронода четырех электродов гиперболического сечения.Наиболее близким к изобретению является ультразвуковой дефлектор, содержащий заукопронод, из иэотропного электрострикционного материала с большим значением диэлектрической проницаемости, снабженный двумя подключенными к источнику управляющего напряжения:электродами. Внешнее электрическое поле, приложенное к электродам, вызывает квадратичное изменение скорости ультразвука, фор" ма электродов обеспечивает линейное по сеченик пучка изменение фазовой скорости, благодаря чему эа счет рефракциы ультразвуковой пучок отклоняется от первоначального направлению распространения (2.Недостатками известного устройства являются необходимость конструк- бО тинного выполнения электродов слож" ной формы, что сопряжено со эначительныии технологическими трудностями, а также невозможность отклонения пучков большой апертуры, обусловлен- у ная тем, что линейное изменение скорости упругой волны формируется и поперечном сечении знукопронода только в узкой области вдоль направления, соединяющего вершины электродов.Поэтому также устройство позволя" вт отклонять без искажения пучки только с малой апертурой в поперечном влечении. При этом основная часть материала звукопровода не используетсяя.Цель изобретения - упрощение конструкции и увеличение апертуры отклоняемых ультразвуковых пучкон путем создания однородности электрического поля во всем объеме звукопронода.Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковом двфлекторе, содержащем звукопровод из изотропного электрострикционного материала с большим значением диэлектрической проницаемости, снабженный двумя подсоединенными к источнику управляю щго напряжения электродами, звуко- провод выполнен в виде параллелепипеда одна пара противоположных граней которого - параллелограммы с острыми углами, определяемыми выражением ф = - ОГСС 0514 Ь 44- 444 У 44-4Й 1 г 144 А 4 ЬЬ 441+4444 где 4 Д ,ф 44 линейные р ди 4 1 14 д 44квадратичные константы электрострик ции, при этом электроды нанесенына одну дару противоположных прямоугольных граней, а входной являетсялюбая из другой пары прямоугольныхграней.На фиг, 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг.2сечение звукопровода плоскостью, пер"пендикулярной оси звукового пучкамина фиг. 3 - отклонение направления1распространения потока энергии УЭволны от первоначального направления.Устройство содержит звукопровод2, выполненный в форме прямого .параллелепипеда из материала, .обладающего электрострикцией (например,пьезокерамики на основе .ВаТ 10)плоские электроды 2 и 3, нанесенныена противоположные боковые грани параллелепипеда и подключенные к источнику электрического напряжения, входную грань О для ультразнуконогопучка,Устройство работает следувхцим образом. Ультразвуковой пучок из окружающей среды проходит через входную грань дефлектора и распространяется в энукопроводе в направлении оси 2 При отсутствии напряжения на электродах упругие свойства звукопровода10 являются изотропными, и падающая ультразвуковая волна в звукопроводе является либо чисто продольной, либо чисто поперечной с поляризацией по оси У , Вследствие этого направление распространения энергии упругой волны (вектор лучевой скорости 8 ) совпадает с направлением распространения фазы (волновым вектором К ). При подключении электродов к источнику питания в объеме звукопровода появляется однородное электрическое поле, которое благодаря электрострикции приводит к изменению коэффициентов упругости вещества. Упругие свойства вещества становятся анизотропными, причем ось анизотропии направлена под углом 8 к оси Е (фиг. 3).Вследствие наведенной полем упру- гой анизотропии происходит отклоне" ние направления распространения по тока энергии УЗ-волны от первоначаль- ногО направления распространения (оси 2 ). Это позволяет отклонять акустический пучок путем изменения разности потенциала, подаваемой на электроды.Зависимость угла отклонения 8 от напряженности электрического поля Е для прОдольной 1 и поперечной 11 волн показана на фиг, 4, из которой видно, что отклонение луча происходит в противоположные стороны.Если.на входную грань дефлектора падает чисто сдвиговая волна с поля" ризацией по оси У, то в звукопроводе с полем она остается чисто сдви" говой. Если падает чисто продольная ультразвуковая волна, то внутри зву-,копровода онастановится кв аэ ипродольнойПри этом часть звуковой энергии продольной волны .преобразуется в поперечную волну, однако коэффициент потерь составляет менее од" ного процента.В звукопроводе из керамики на он основе титаната бария в поле напрякаженностью 7 , для продольной волны получается угол отклонения раве/ ный 7, а для поперечной волны угол отклонения составляет13 О при=33.По сравнению с дефлектором, пред-. лагаемое .устройство позволяет как существенно упростить конструкцию дефлектора за счет простоты изготовления обоих электродов, так и увеличить апертуру отклоняемого ультра звукового пучка в 3 раза гутем соз- дания однородного электрического поля во всем объеме звукопровода.Предлагаемое устройство позволя-ет производить сканнрование УЗ пучков круглого сечения с более, чем в 3 раза большей апертурой. Это дает выигрыш по площади поперечного сечения пучка в м 10 раз, на порядок сокращая время обнаружения налйчкя дефекта в исследуемом объекте при ультразвуковой дефектоскопии. Кроме этого, более чем в 4 раза Уменьшает" ся расходимость отклоняемого УЗ-пучка, что при одинаковых углах отклонения дает увеличение разрешающей способности устройства также л в 4 раза, обеспечивая возможность более точного определения положения дефекта.1052280 рого рректор М.Шарошн акаэ 4931/б Тираа 492ВНИИПИ Государственного копо делам иэобретевий и о11303, Москва, Ж-Э 5, Раущсе йфилиал ППП Патент, г.у Подписмитета СССРкрытийкар наб., д. 4 ул.Проектн Составитель В,ПРедактбр Н,Воловик Техред Л.Микеш,