Устройство для управления пространственными параметрами пучков упругих волн

(71) Заявительа рдена Трудового Красного Знамени инст физики АН БелорусскойССР,54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННБКИ ПАРАМЕТРАМИ ПУЧКОВ УПРУГИХ ВОЛНеспечени ь а,п ачала коины канаК - ра ор воИзобретение относится к акустике и ультразвуковой технике и может быть использовано для целей ультразвуковой локации, дефектоскопии,микроскопии, голографии, а также в других областях науки и техники, где необходимо управляемое фокусирование ул траэвуковых волн.Известно устройство для управления пространственными параметрами пучков упругих волн., представляющее собой жидкостную линзу с гибкими поверхностями, способными изменять под действием давлением свою кривизну И .Однако это устройство не позволя ет достаточно быстро изменять Фокусное расстояние и неспособно Фокусировать сдвиговые волны.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 20 устройство, содержащее звукопровод с управляемыми параметрами, на боковой поверхности которого выполнены параллельно направлению распростра" нения пучка упругих волн четыре цилиндрические канавки с нанесенными на их стенки электродами 23.Однако это устройство не позволяет производить сферическую фокусировку сдвиговых волн. 30 Цель изобретения - об еуправляемой сферической фокусировкисдвиговых упругих волн,Указанная цель достигается тем,что в устройство введен второй идентичный звукопровод с управляемымипараметрами и вращатель плоскостиполяризации сдвиговых упругих волнна 90 о, установленный между звукопроводами и жестко соединенный с ними, причем звукопроводы выполненыиэ сегнетоэлектрика в параэлектрической фазе, а образующие цилиндрических канавок в ортогональном к нравлению распространения упругихволн сечении описываются уравнениемх - у= В, О)где х и у - оси декартовой системыкоординат, отогональныенаправлению распростране"ния упругих волн с вачалом на акустической осиустройства,сстояния от ндинат до верш При этом звукопроводы с управлямыми параметрами выполнены из непо856586 Формула изобретения пе 60через такой звукопровод, где созданпоперечный градиент скорости, акустические лучи изгибаются в сторонууменьшения скорости, причем траектория их движения определяется уравнением 5а 9 1 ачП)аг = о ЬРгде 0 - угол между касательной к лучу и осью звукопровода Е.Из уравнения (7) с учетом (5) и 10 (6) находят углы отклонения лучей от перпендикуляров, восстановленных к входной границе устройства, после прохождения первого звукопровода тол щиной 1, При этом радиально поляризованные лучи отклоняются на угол 6 Р, равныйПосле прохождения акустического пучка через вращатель плоскости поля ризации каждый луч с радиальной поляризацией становится азимутально поляризованным и наоборот. Поэтому после прохождения второго звукопровода дополнительный Угол отклонения 82 35Ъ тех лучей, которые были радиально поляризованы в первом моноблоке, равенет, ес1а угол 9 тех лучей, которые были2 40 азимутально поляризованы в первом звукопроводе, равенОф:еР,Полный угол О отклонения ультразвуковых лучей на всей длине звуко- провода не зависит от азимутального угла Р и равен Поэтому все ультразвуковые лучи собтраются в точку на расстоянии Р от входной грани звукопровода, причем 55 В формуле (11) из-за преломления на выходной грани угол отклонения изменяется на величину п, равную отношению скорости д во внешней среде к скорости ч в материале звуко- провода,Согласно (10) и (11), фокусное расстояние линзы определяется по формулеЙС РО155 255 К Ки/ Таким образом, выбранная кОнфигурация электродов создает линейно изменяющееся по радиусу электрическое поле в звукопроводе, которое из-за электрострикционного эффекта обеспечивает квадратичное по радиусу распределение акустической скорости, необходимое для сферической фокусировки поперечно .оляризованного ультразвукового пучка. Величина фокусного расстояния линзы меняется путем изменения разности потенциалов, прикладываемых к электродам.При отсутствии напряжения на электродах линза действует как плоскопараллельная пластинка,П р и м е р. Рассмотрим линзузвукопровод, который выполнен из не- поляризованной пьезокерамики на ос,нове ВаТ Од. Сдвиговая упругая волна внутри звукопровода создается кварцевым преобразователем, рассчитанным на частоту 13 ИГц. Длина каждого моноблока равна 5 см, а расстояние между вершинами электродов 2 К = 4 см. Данные для электрострикционных коэффициентов этой пьезокерамики равны С = 5,110 -, Й = 510 . Тогда ,риН Ъ 1муправляющем потенциале Фо = 5 кВ фокусное расстояние равно Г = 10 см. При изменении потенциала на электродах от нуля до 5 кВ фокусное расстояние устройства меняется от со до Г = 10 см. Предлагаемое устройство позволяет перестраивать фокусное расстояние в широком диапазоне и его можно менять по любому, наперед заданному закону путем изменения по такому же закону управляющего потенциала на электродах. 1. Устройство для управления пространственными параметрами пучков упругих волн, содержащее звукопровод с управляемыми параметрами, на боковой поверхности которого выполнены параллельно направлению распространения пучка упругих волн четыре цилиндрические канавки с нанесенными на их стенки электродами, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения управляемой сферической фокусировки сдвиговых упругих волн, в него введен второй идентичный звукопровод с управляемыми параметрами и вращатель плоскости поляризацииР сдвиговых упругих волн на 90 , установленный между звукопроводами и жес856586 Составитель В.Пироговктор М.Ликович Техред М. Табакович Корректор М.Демчнк Подписнотета СССРкрытийая наб / Обб/10 Тираж 527ВНИИПИ Государственного комипо делам изобретений и о113035, Москва, Ж, Раушс Вака д, 4 5Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. тная, 4.тко соединенный с ними, причем эву.копроводы выполнены из сегнетоэлект- рика в параэлектрической фазе, а образующие цилиндрических канавок в ортогональном к направлению распространения упругих волн сечении описыва. ются уравнениемхф - у щ 3 Ргде х и у - оси декартовой системыкоординат, ортогоналъныенаправлению распростране-ния упругих волн с началом иа акустической осиустройства;Е " расстояния от начала координат до верщик канавок. ф 152.устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что звукопроводы с управляемыми параметрами выполнены из неполяриэованной пьеэокерамики. 2 О3. Устройство по п. 1, о т л нч а ю щ е е с я тем, что звукопроводы выполнены из центроснмм трнчного кристалла.4. Устройство по и. 1, о.л ив ч а ю щ е е с я тем, что зю.тель плоскости поляризации сдвиговых упругих волн на 90 выполнен в виде плоскопараллельной пластинки из материала, обладающего естественной акустической активностью.5. Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что вращатель плоскости поляризации выполнен в виде управляемого пьезоэлемента. источники информации,принятые во внимание при экспертизе,1. Каневский И,Н. н др. Ультраэвуаовая трехкамерная линза с переменнымФокусным расстоянием.-акустический журнал, М., ф 1 Наукаф 1, 1978, т. 24, Р 2,с. 300-301.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2720004/18-10,кл, В 06 В 3/04, 05.02.79.