Способ визуализации акустических полей в твердотельных звукопроводах

(19)5) 4 С 01 И 29 0 А 2 У) ГзЕЬ 4 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3.,ББвАМо,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Специальное конструкторскоебюро Ордена Трудового Красного Знамени института радиофизики и электроники АН УССР(54) СПОСОБ ВИЗУАЛИЗАЦИИ АКУСТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ В ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЗВУКОПРОВОДАХ(57) Изобретение относитСя к неразрушающему контролю материалов и изделий и может найти применение в физических исследованиях при определении поляриэационных характеристикакустических 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 связкисоздают акустический контакт отражающего конца твердотельного эвукопровода с пластиной-анализатором,выполненной из однопреломляющегоакустического материала. Затем пропускают акустические колебания, возбужденные в этом твердотельном звукопроводе пьезоэлектрическим преобразователем с металлическими обкладками через пластину-анализатор. Далеес помощью упругой сферы локально изменяют отражающую способность свободной поверхности пластины-анализатора последовательно по всей ееплощади, осуществляют визуализациюакустического поля на этой поверхности пластины-анализатора. Послеэтого сопоставляют полученные картины визуализируемого акустическогополя на отражающем торце твердотельного звукопровода и свободной поверхности пластины-анализатора и порезультатам сравнения получают информацию о поляризации волны в рассматриваемом акустическом поле. ил.12655Изобретение относится к областинеразрушающего контроля материалови изделий, может быть использованов физических исследованиях и технических приложениях, например, приразработке твердотельных линий задержки, где необходимо иметь информацию о структуре акустических полей в эвукопроводах и является усовершенствованием способа по авт.св. 1 ОФ 691749,Цель изобретения - определениеполяризации волны в визуализируемомакустическом поле.На чертеже представлена схема 15реализации способа визуализацииакустических полей в твердотельныхэвукопроводах..Устройство содержит твердотельный эвукопровод 1, пьезокерамичес Окий преобразователь 2, металлическиеобкладки 3 и 4, упругую сферу 5,акустическую связку 6, пластину-ана"лиэатор 7. Способ визуализации акустических полей в твердотельнь 1 х звукопроводах осуществляется следующим образом11 ри определении поляризации ульт" развуковой волны излученной преобразователем 2 в твердотельный звукопровод 1, выполненный из плавленного кварца в виде прямоугольного параллелепипеда возбуждают ультразвуковую волну в направлении передней базовой грани (торца) звуко- провода 1. Возбуждение ультраэвуко" вых колебаний производят пьеэопреобразователем 2 изготовленным иэ монокристалла ниобата лития в виде40 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 ме 45 таллические обкладки 3 и 4 пьеэопреобразователя 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 воз" действия,Ультразвуковая волна, излученная пьеэопреобразователем 2, распростра. няется в направлении отражающего1 97 Аторца звукопровода 1 и в силу значительного Отличия акустических им педансов кварца и воздуха полностью отражается от торца звукопровода 1. Отразившаяся волна возвращается к пьезопреобраэователю 2, где трансформируется в электромагнитный импульс (эхо-сигнал). амплитуда которого пропорциональна интегральной интенсивности принятой пьезопреобразователем 2 ультразвуковой волны,Для регистрации зхо-импульса используют эхо-импульсную методику измерений, дополненную схемой калиброванного интегратора, которая позволяет зафиксировать малые (гой 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 звуко- провода 1. Для этого используют ме- ханическое давление стальной сферы 5 диаметром 2 мм, которую прижимают к отражающему :".орцу звукопровода внешним усилием Г = 0,5 кг. Такое внешнее воздействие приводит к рассеянию в образованной контактной области (диаметр й - 0,02 мм) падающей на отражающий торец звуко- провода 1 ультразвуковой волны, что .регистрируется как уменьшение на а Ы = 0,5 дБ амплитуды эхо-импульса снимаемого с пьеэопреобразователя 2.1После 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 сапола, создают акустический контакт отражающего торца твердотельного звукопровода 1 с пластиной-анализатороми пропускают через нее исследуемую акустическую волну. Поскольку пластина-анализатор 7 выполнена из однопреломляющего акустического материала, например монскристалла кварца ориентированногс осью симметрии третьегопорядка (осью Е) вдоль тол зщины 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 Е. В отличие от эТого ультразвуковая волна сдвиговой поляризации распространяется та ким образом, что поток энергии этой волны направлен под углом к оси Е, причем величина этого угла определяется явлением внутренней конической рефракции. В частности, в 20 моиокристалле кварца угол внутренней конической рефракции Ч составляоет 17 . Область отражения ультразвуковой волны продольной поляризации располагается на свободной по 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 пластины- анализатора 7 так, что центр этой области располагается на окружности радиуса 40 где Ь - толщина пластины-анализатора 7.Азимутальное положение центра области отражения сдвиговой волны на этой окружности однозначно свя эано с поляризацией этой волны, т.е. направление вектора смещения частиц П.После отражения от свободной поверхности пластины"анализатора 7 рассматриваемая ультразвуковая волна по той же траектории возвращается к пьезопреобразователю 2, где трансформируется в электромагнитный эхо 597 4сигнал, который регистрируется. 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 ткрдотельном звукопроводе.Формула изобретенияСпособ визуализации акустическИх полей в твердотельных звукопроводах по автсв, У 691749, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью определения поляризации волны в визуалиэируемом поле, на поверхности твердотельного звукопровода 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 пластины- анализатора, а искомый параметр определяют путем сравнения полученных картин визуализируемого поля на отражающем конце твердотельного эвукопровода и свободной поверхности пластины-анализатора,12 б 5597Составитель К. Леонов Редактор Н, Яцола Техред В,Кадар Корректор В. Синицкая Заказ 5654/38Тираж 778 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5юШ Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная,4