Визуализатор ультразвука

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 09) (11) ц 51) 6 01 Н 29/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙй АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Лениградский ордена Ленина кораблестроительный институт (53) 620.179.16(088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 1032408; кл. 6 01 Н 29/00, 1983 (прототип) .(54) (57) 1, ВИЗУАЛИЗАТОР УЛЬТРАЗВУКА по авт.св. Р 1032408, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен расположенным с другой стороны жидкокристаллической пленки слоем поглотителя ультразвука, выполненным 4 из материала с коэффициентом поглощения ультразвука большим, чем у газа, в котором распространяется ультразвук, и головным сопротивлением, близким к волновому сопротивлениюо газа.2. Визуализатор по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, слой поглотителя представляет собой заполненную газом кювету, дно которой выполнено иэ звукопроэрачной пленки.3. Визуализатор по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что кювета выполнена с возможностью изменения ее высоты,4. Визуализатор по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что слой погло 9 тителя ультразвука выполнен из тка-, ни типа сукна.На Фиг. 1 изображена схема конструкции визуализатора со слоем поглотителя ультразвука; на Фиг. 2схема визуализатора со слоем поглотителя ультразвука, выполненным в виде заполненной газом кюветы; нафиг. 3 - схема визуализатора ультразвука со скроем поглотителя ультразвука, в виде заполненной газом кюветы,выполненной с возможностью изменения ее высоты.Визуализатор ультразвука содержит температурочувствительную жидкокристаллическую пленку 1, установленный на одну ее поверхность светопроэрачный термостабильный буфер 2и установленный на другую ее поверхность слой 3 поглотителя ультразвука, а также размещенный со стороныбуфера 2 источник 4 света. С этойже стороны находится регистратор 5изображения,Слой 3 поглотителя ультразвукаможет быть выполнен в виде кюветы б(Фиг. 2), дно 7 которой выполненов виде звукопрозрачной пленки, Кювета б при этом заполнена газом 8,Кроме того, кювета б (фиг. 3) может быть выполнена с возможнсстьюизменения ее высоты, например, ввиде телескопически соединенных дна7 и обечайки 9, в которой есть штуцер 10 для подключения к пневмомагистрали (не показана) .Снабжение визуализатора слоем 3поглотителя ультразвука обеспечивает возможность работы визуализаторавне связи его с излучающей ультразвук поверхностью, независимостьот газа, в котором распространяется Изобретение относится к средствам визуализации колебательных процессов и ультразвуковых полей в газах и может быть использовано принеразрушающих испытаниях материалови изделий. 5По основному авт.св. Р 1032408,известен визуализатор ультразвука,содержащий температурочувствительную жидкокристаллическую пленку иустановленный на одной стороне ее 10светопроэначный термостабильный буФер 1),Однако данный визуализатор обладает неоптимальным значением чувствительности по интенсивности ультразвука и небольшой разрешаюшей способностью, так как в нем тепловоеполе, соответствующее исследуемомуультраэвукому полю, и воздействующее на температурочувствительнуюжидкокристаллическую пленку, создается во всем слое газа между жидкокристаллической пленкой и излучающей ультразвук поверхностью, т.е.основным поглотителем исследуемогоультразвука является весь этот слойгаза.Газ же, заполняющий пространство,в котором распространяется исследуемое ультразвуковое поле (обычно воздух), обладает малым коэффициентомпоглощения ультразвука и поэтомупоглощение в нем энергии ультразвука, а значит, и нагрев газа, малы.Кроме того, неоптимальность чувствительности по интенсивности ульт- З 5развука вызвана еще тем, что в визуализаторе не предусмотрена настройка на резонансное поглощение ультразвука в слое газа, нагреваемом поглощаемой энергией ультразвука. Это 4 Оэквивалентно отсутствию. настройкина оптимальное изображение ультразвукового поля, так как чувствитель"ность по интенсивности ультразвукасвязана с раэрешаюшей способностьювизуализатора.Кроме того, поскольку основноепоглощение энергии ультразвука происходит в слое газа между жидкокристаллической пластинкой и излучающейультразвук поверхностью, и жидкокристаллическая пленка визуализатораФиксирует тепловое Rоле, создаваемое поглощенной энергией ультразвука именно в этом слое газа, то действие визуализатора связано с его 55расположением и расстоянием от излучающей ультразвук поверхности.При сравнительно больших расстояниях жидкокристаллической пленки ви-.зуализатора от излучающей ультразвук поверхности соответствие структуры фиксируемого жидкокристаллической пленкой теплового поля структуре создающего его ультраэвуковогаполя нарушается. 65 Целью изобретения является повышение чувствительности.Указанная цель достигается тем,что визуализатор ультразвука, содержащий температурочувствительнуюжидкокристаллическую пленку и установленный на ней светопроэрачныйтермостабильный буфер, снабжен расположенным с другой стороны жидкокристаллической пленки слоем поглотителя ультразвука, выполненным изматериала с коэффициентом поглощении ультразвука большим, чем у газа,в котором распространяется ультразвук, и головным сопротивлением,близким к волновому сопротивлениюгаза,Кроме того, слой поглотителяультразвука представляет собой заполненную газом кювету дно которойРвыполнено из эвукопрозрйчной пленки,Кювета может быть выполнена свозможностью изменения ее высоты,а слой поглотителя ультразвука может быть выполнен из ткани типасукна, 1075143ультразвук, и возможность подборатребуемых свойств поглотителя ультразвука, обеспечивающих оптимальнуюработу визуализатора, Слой 3 поглотителя ультразвука должен быть одинаковой толщины и расположен нажидкокристаллической пленке 2 параллельно ей с облучаемой ультразвуком стороны, что обеспечивает соответствие структуры теплового поляв поглотителе, фиксируемого поля в 0поглотителе, фиксируемого жидкокристаллической пленкой 2, структуреультразвукового поля, создающегоэто тепловое поле,Выполнение слоя поглотителя 15ультразвука из материала с коэффициентом поглощения ультразвука большим, чем у газа, в котором распространяется ультразвук, обеспечиваетбольшее поглощение ультразвука 20поглотителем, чем газом, в которомраспространяется ультразвук, а значит, и больший нагрев поглотителя,что приводит к повышению чувствительности и разрешающей способности визуализатора.Выполнение слоя 3 поглотителяиз материала с волновым сопротивлением, близким к волновому сопротивлению газа, в котором распространяется ультразвук, обеспечивает вхождение ультразвука в поглотитель.Выполнение слоя поглотителя ультразвука в виде кюветы 6 позволяет,заполняя кювету газом, осуществлятьгазовый слой поглотителя с волновымсопротивлением, близким к волновомусопротивлению газа, в котором распространяется ультразвук, а такжеизменять характеристики слоя поглотителя, меняя газ, заполняющий кюветуВыполнение дна 7 кюветы 6 в видетонкой звукопрозрачной пленки обеспечивает прохождение ультразвукав гаэ кюветы, так как пленка для 45ультразвука акустически прозрачна.Жидкокристаллические пленки визу.алиэатора при этом обеспечивают фиксирование теплового поля в поглотителе, создаваемого ультразвуком.Параллельность облучаемой ультразвуком стенки кюветы жидкокристаллической пленке визуализатора обеспечивает одинаковость толщины слояпоглотителя ультразвука.55Выполнение кюветы Ь с возможностью изменения ее высоты обеспечивает возможность изменения толщины слоя поглотителя, Обечайка 9 кюветы 6 пневматическим приводом переме щает дно 7 кюветы с сохранением его параллельности жидкокристаллической пленке 1, при этом изменяется ирасстояние между ними, что обеспечивает изменение толщины слоя поглотителя ультразвука, а это, в свою очередь, обеспечивает возможность настройки визуализатора на резонансное поглощение ультразвука в слое поглотителя. Последнее обстоятельст- во увеличивает чувствительность визуализатора, улучшает качество изображения ультразвукового поля, увеличивает разрешающую способность вслецствие уменьшения времени срабатывания и воэможность настройки визуализатора на оптимальное иэображение ультразвукового поля.Выполнение слоя поглотителя ультразвука из ткани типа сукна обеспечивает при простоте конструкции вхождение ультразвука в слой поглотителя и большее поглощение ультразвука в нем, а значит, и больший нагрев этого слоя, чем слоя газа, в котором распространяется ультразвук. Такой слой поглотителя ультразвука целесообразно использовать, когда не требуется изменение характеристик слоя поглотителя.В варианте конкретного исполнения визуализатора температурочувствительной жидкокристаллической пленкой 1 служит пленка толщиной 160 мкм, состоящая из внутреннего слоя холесте; рического жидкого кристалла, смешанного с поливиниловым спиртом. Для лучшего наблюдения изображения теплового поля на поверхности жидкокристаллической пленки 1 в отраженном свете ее облучаемая ультразвуком поверхность выполнена светонепрозрачной (черной) . Рабочий температурный диапазон жидкокристаллической пленки 1 находится в интервале 25,5 30,5 С, в котором цвет на наблюдаемой поверхности в отраженном белом свете в зависимости от температуры измеряется от красного до фиолетового, проходя все цвета видимого спектра. При температуре ниже 25,5 С и выше 30,5 С цвет наблюдаемой поверхности пленки черный.Светопрозрачный термостабильный буфер 2 выполнен в виде кюветы, наполненной жидкостью, например водой, температура которой устанавливается и поддерживается постоянной посредством соединенного с кюветой термостата (не показан), через который протекает заполняющая кювету (не поканаэа) светопрозрачного термостабильного буфера 2 жидкость. Источником 4 света, освещающимнаблюдаемую поверхность температурочувствительной жидкокристаллической пленки 1, служит или окружающий свет, или специальный осветитель, например лампа накаливания.Регистратором 5 изображения картины ультразвукового поля на поверхности жидкокристаллической пленки1 может служить или глаз наблюдателя, или специальное устройство, например фото-или кинокамера, Фотоэлектронное или приемное телевизионное или специальное устройство.Слой 3 поглотителя ультразвукав варианте визуализатора со слоемпоглотителя из ткани типа сукна выполнен из ткани толщиной 0,5 мм,прикрепленной к облучаемой ультразвуком поверхности жидкокристаллической пленки 1.В варианте слоя поглотителя ультразвука в виде кюветы 6, заполненной газом 8 (фиг. 2 и 3) дно 7 кюветы 6 выполнено из лавсановой пленки толщиной 5 мкм. При распространении исследуемого ультразвуковогополя в воздухе, газом-поглотителем8 ультразвука, заполняющим кювету6, служит углекислый газ(СО 2), имеющий коэффициент поглощения ультразвука значительно больший, чем у воздуха.Обечайка 9 кюветы 6 (фиг. 2 и 3)выполнена иэ любого, не пропускающего газа и не реагирующего с ним материала,В варианте кюветы 6 с изменяющейся высотой (фиг, 3) обечайка 9 выполнена, например, в виде двух входящих друг в друга цилиндров или ввиде сильфона. Приводом, изменяющимчастоту кюветы 6, может служитьпневмомагистраль с тем же газом-поглотителем 8.Визуализатор работает следующим образом.Визуализатор помещают в газ, вкотором распространяется исследуемоеультразвуковое поле, так что ультразвуковая волна падает нормально наслой 3 поглотителя ультразвука, Проходя через этот слой, ультразвукчастично в нем поглощается и создает в нем тепловое поле, соответствующее по структуре создающему егоультразвуковому полю, т.е. распределению энергии по фронту падающейультразвуковой волны, Тепловое цолев слое поглотителя ультразвука регистрируется температурочувствительной жидкокристаллической пленкой 1локальным изменением ее цвета в отраженном свете в соответствии с;фокальной температурой каждого участка теплового поля в слое 3 поглотителя ультразвука. В результате на40 45 Использование изобретения позволяет повысить чувствительность по интенсивности ультразвука, увеличить разрешающую способностью и качество иэображения. Кроме того, визуализатор обеспечивает возможность работы вне связи его с излучающейультразвук поверхностью. Это повышает точность производимых визуализатором измерений, в частности, при применении визуализатора в неразрушающем ультразвуковом контроле, позволяет применять ультразвуковые измерители меньшей мощности, контГ олировать изделия большей толщины, обнаруживать дефекты меньших размеров, а также повышает экспрессность контроля. наблюдаемой поверхности температурочувствительной жидкокристаллическойпленки 1 возникает цветное изображение теплового поля, соответствующее распределению интенсивностиультразвука по фронту ультразвуковойволны, которое или наблюдается визуально, или регистрируется соответствующим регистратором 5.Для обеспечения оптимального режима работы визуализатора, т,е.его максимальной чувствительности иминимального времени срабатывания,температуру жидкокристаллическойпленки 1 и слоя 3 поглотителя ультра 15 звука устанавливают и поддерживаютпосредством термостабильного буфера2 на нижней границе рабочего температурного диапазона жидкокристаллической пленки 1.В варианте визуализатора со слоем 3 поглотителя ультразвука изменяющейся толщины (Фиг. 3) для обеспечения максимальной чувствительности и разрешающей способности виэуалир 5 затора производят его настройку нарезонансное поглощение ультразвукаслоем поглотителя 5, Для этого изменяют толщину слоя 3 поглотителяультразвука и настройку производятили по оптимальности визуальной картины ультразвукового поля, даваемойвизуализатором, или по прилагаемойк визуализатору таблице или градуировочной кривой зависимости толщиныслоя 3 поглотителя ультразвука отчасщты ультразвука, при которойего поглощение слоем 3 поглотителябудет резонансным,/.Зб Тираж 823ВНИИПИ Государственного кпо делам изобретений и13035, Москва, Ж, Раую митета СССР крытий кая наб