Устройство для управления ультразвуковыми пучками

Союз СоветсиикСоциалистичесиизРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОВРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 902863(51)В. Кл, В 06 В 3/04 Ъаударстееииый комитет СССР во делам иэаоретеиий и открытий.В. Филипп рдена Трудового Красного Знамени инстит т физики АН Белорусской ССР 71) Заявитель(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫМИ ПУЧКАИИбуждающих сигнал симость угла отк го пучка от его ственно нелинейн сит от параметро теля, что осложн ов. При этомлонения акустчастоты имеетый характерв пьезопреобряет схему упр кустикожет относи й техн но в а систе ИзобретениеМ ультразвуков.тях науки и теуправляемое ск и скос оптичес- идролокароля игих обласребуется льтразвузавизова- влени кового кон также в дрники, где нирование клонением. ковых пучкоИзвестно ния акустич используетс выполненный тины 11. тройство для отклонеих пучков, в которомьезопреобразователь,виде клиновидной плас строистве распрелучающей гранителя зависит отего электрическогоием происходитния распространеакустическоготво также должноную электроннуюния частоты возОднако в этом деление фазы на и такого преобразов частоты возбуждающ поля; с ее измене изменение направл ния излучаемого и пучка. Это устрой содержать специал систему для измен Известно также устройство для управления ультразвуковыми пучками,содержащее элемент для измененияфазы ультразвуковых колебаний, выполненный в виде звукопровода изпьезоэлектрического материала (анизо"тропного кристалла), обладающего 15упругоэлектрическим эффектом, на боковую поверхность которого наложенычетыре цилиндрических электрода,подсоединенных к источнику питания,образующие которых параллельны направлению распространения .ультразву-ка, а форма электродов в ортогональном к оси распространения сеченииимеет вид гиперболы 123.902863 Й = р со 5 - )32 3Внешнее электрицеское поле,приложенное к электродам, изменяет величину коэффициентов упругости вещества звукопровода, Форма электродов обеспецивает линейное изменение коэффициентов упругости в зависимости от координаты, вдоль которой происходит отклонение пучка, благодаря чему за счет рефракции ультразвуковой пучок отклоняется от первоначального направления распространения,Основным недостатком этого устройства является выполнение звукопровода из материала, обладающего упругоэлектрическим эффектом, при котором изменение скорости ультразвуковой волны линейно зависит от напряженности создаваемого электродами поля. Как известно, этот эффект мал. Поэтому для изменения относительной скорости ультразвуковой волны на десятые доли процента требуется изменение напряженности электрического поля в десятки или даже сотни киловоЛьт на сантиметр. При этом, конструктивное выполнение известного устройства, использующего упругоэлектрицеский эффект в материале, предполагает обязательное выполнение на поверхности кристалла звукопровода) четырех электродов гиперболического сецения, что сопряжено со значительными технологическими трудностями. Наиболее близким по техническойсущности к изобретению являетсяустройство для управления ультразвуковыми пучками, содержащее звукопровод с управляемыми параметрами,выполненный из материала, обладающего квадратичным .электроакустическимэффектом, на одной из боковых поверхностей которого выполнена вдольакустицеской оси устройства канавкацилиндрической формы с нанесеннымина ее стенку и противоположнуюей боковую поверхность электродами 3),Однако это устройство требуетподачи на него высоких напряженийи не позволяет изменять направленияраспространения пучка без его искажения.Целью изобретения является снижение величины управляющего напряженияи обеспечение изменения направленияраспространения пучка без его искажения. 4Поставленная цель достигаетсяблагодаря тому, цто поверхностьзвукопровода, противоположная поверхности с цилиндрической канавкойвыполнена в форме двугранногоугла, симметричного относительноакустической оси устройства, при этомформа цилиндрической поверхностиканавки выполнена согласно уравне О нию направляющей ге р - расстояние между вершина ми двугранного угла ицилиндрической канавки;- угол, отсчитываемый от прямой, соединяющей эти вершины;На чертеже изображено предлагаемое устройство.Устройство состоит из звукопровода 1, выполненного из материала,обладающего квадратичным электроакусд 5 тицеским эффектом. На боковой поверхности звукопровода выполнена цилиндрическая канавка 2, а противоположная ей боковая поверхность 3 выполнена в виде двугранного угла. На эти1поверхности нанесены электроды 1,начертеже не показаны). Образующаяканавки и ребро двугранного углапараллельны акустической оси устройства. Направляющая цилиндрическойповерхности канавки определяется 35уравнением К = Р(со 5 - )Г 1)32 40где й - расстояние от начала координат, лежащего на ребре,двугранного угла до произвольной точки направляющей.Устройство работает следующим 45образом.1При подаче на электроды потенциалав звукопроводе устанавливаетсяраспределение потенциала у ф, р" сов(ф - .3 (2)фЛз выражения (2) можно определитьЪйкомпоненты электрического поля Е=щ55 ми Е = - ъ . Нахождение Е дает3 3 фЕ=ч 4 Ф - йрб(3) Ч= У+ - А;, Р, )=1,2,3 где Ч, -, скорость звуковых волн приоотсутствии электрическогополя.Коэффциенты О определяютсявыражениямис 12с)2О 5 с 1 са-ц,ч,ьЦчТ)ц) где д,с 1,д - компоненты тензорапятого ранга, описывающего электрострикцию;плотность среды;М и Ч - фазовые скоростипоперечных и продольных волн в отсутствии электрическогополя,При прохождении вдоль оси г ультразвуковой пучок отклоняется в сторону уменьшения акустической скорости. Угол отклонения луча после прохождения звукопровода длиной 1)определяется выражением У= у - 1 , 1= 1,2,3. (5) дЧь Подставляя выражения (3) и (5) для величины угла отклонения имеем(6) р.= ф сс 1,Из-за преломления на границезвукояровода и акустической средыугол отклонения можно увеличить вУсщи раз; где и-=н)а), око рость звука в среде. С учетом этогоокончательно для. угла отклоненияультразвукового пучка получим формулу При приложении к электродам разности потенциалов в дефлекторе создается неоднородное электрическое поле. По направлению к электроду напряженность его больше в соответствии с выражением (2). Таким образом, чем ближе лучи исходного Следовательно, изменение скоросФти волн пропорционально В пучка, сечение которого ограничено на чертеже пунктирной линией к электроду, тем, согласно выражению (4), меньше их скорости. По мере прохождения дефлектора лучи пучка постепенно отклоняются вдоль радиусов-векторов в сторону электрода.формула изобретенияУстройство для управления ультразвуковыми пучками, содержащее звукопровод с управляемыми параметрами, 15 выполненный из материала, обладающего квадратичным электроакустйЧеским эффектом, на одной из боковыхповерхностей которого выполненавдоль акустической оси устройства 2 о канавка цилиндрической формы с нанесенными на ее стенку и противоположную ей боковую поверхность электро, дами, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью снижения величины упа равляющего напряжения и обеспеченияизменения направления распространения пучка без его искажения, поверхность звукопровода, противоположная поверхности с цилиндрической зо канавкой выполнена в форме двугран-.ного угла, симметричного относитель-но акустической оси устройства, приэтом форма цилиндрической поверхности канавки выполнена согласно уравнению направляющей3 й О (сов -4) где 0расстояние между вершинами двугранного угла ицилиндрической канавки; - угол, отсчитываемый отпрямой, соединяющий этивершины.45 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1.Балакший В.И. и др.Угловое смещение акустического пучка, возбуждаемого клиновидным пьезопреобразователем.-"Акустический журнал", т.24,вып. 4, 1976, с. 420-426.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке йф 2720718/18-10,кл. В 06 В 3/04, 19793.Авторское свидетельство СССРпо заявке й 2737256, кл. В 06 В 3/04,1979 (прототип).902863 Составитель В, Пи Техред Е.Харитончи о ктор С. Титова Корректор Н. Швыдк 505/9 Тираж 498ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж, Раушская наб., д. ак дписное Филиал ППП "Патент",г. Ужгород, у ектная, 4