Акустический блок

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК аю гг 17/00, Н 03 Н 9/25 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКО ЕЛЬСТ о СССР1 8 б/ХР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ(71) Белорусский ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехническийинститут(прототип),(54) (57) АКУСТИЧЕСКИЙ БЛОК, содержащий линию задержки поверхностныхакустических волн, состоящую из волновода и преобразователеи, размещенных на его поверхности, и включенный между преобразователями широкополосный усилитель, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей,линия задержки выполнена в виде цилиндрического волновода из пьезоэлектрического материала с фланцами,при этом преобразователи размещеныпо окружности на поверхностях фланцев, а переход от фланца к внутреннеиповерхности цилиндра выполнен радиусом Н закругления, выбранным из условия Н(8-10) Ъ, где Ъ - длина поверхностной акустической волны.1104Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению линейных размеров изделий,и может быть использовано для прецизионного контроля диаметра микропровода,Известен акустический блок, содержащий линию задержки поверхностныхакустических волн, состоящую изволновода и преобразователей, разме ощенных на его поверхности, и включенный между преобразователями широкополосный усилитель. Линия задержкиявляется частотозадающим элементомавтогенератора 1 .5Указанный блок не позволяет контролировать диаметр микропровода,так как поверхностные акустическиеволны (ПАВ) возбуждаются на поверхности плоского волновода. 20Целью изобретения является расширение функциональных возможностей,Поставленная цель достигаетсятем, что в акустическом блоке, содержащем линию задержки поверхностных акустических волн, состоящуюиз волновода и преобразователей,размещенных на его поверхности, ивключенный между преобразователямиширокополосный усилитель, линиязадержки выполнена в виде цилиндрического волновода из пьезоэлектрического материала с фланцами, приэтом преобразователи размещены поокружности на поверхностях фланцев,а переход от фланца к внутренней по 35верхности цилиндра выполнен радиусомК закругления, выбранным из условияК ) (8-10) , где Л - длина поверхностной акустической волны.На фиг. 1 показана схема акустического блока, на фиг. 2 - вид Ана фиг. 1; на фиг. 3 - зависимостьвеличины скорости ПАВ от зазора междумикропроводом и внутренним диамет 45ром волновода, на фиг. 4 - вариантакустического блока, включенного подифференциальной схеме.Акустический блок (фиг,1) содержит линию 1 задержки ПАВ, являющуюсячастотозадающим элементом автогене 50ратора (не показан), входной 2 ивыходной 3 преобразователи линии 1задержки подключены соответственнок выходу и входу широкополосного усилителя 4. Линия 1 задержки ПАВ выполнена из пьезоэлектрического материала в виде круглого волоконноговолновода 5 с фланцами 6 и 7. Вход 363 2 ной 2 и выходной 3 встречно-штыревые преобразователи ПАВ (ВШП) размещены по окружности (фиг.2) на .соответствующих внешних торцовых поверхностях фланцев 6 и 7 волновода 5 непосредственно либо с использованием пьезоэлектрических пленок (например, окиси цинка 2 пО). Фланцы 6 и 7 по радиусу 1 закругления переходят в сквозной канал 8 волновода 5. Для уменьшения последовательного сопротивления электродной структуры до необходимого уровня электродная структура ВШП 2 и 3 может быть разделена на сегменты (фиг.2), управляемые параллельно (электрическое соединение сегментов ВШП 2 и их подключение к усилителю 4 осуществляется известным образом).В варианте устройства, построенном по дифференциальной схеме (фиг.4) устройство содержит еще один ПАВ-генератор 9, аналогичный первому, и смеситель 10. Иикропровод 11 протягивают в отверстие 8 волновода 5,Процесс контроля осуществляется следующим образом.С помощью входного кругового ВШП 2 на торговой поверхности фланца 6 возбуждаются ПАВ. Вследствие того, что торцовая поверхность фланца 6 симметрично закруглена с радиусом закругления В ) (8-10) 9 (гдедлина ПАВ) и переходит во внутренний сквозной канал 8 волновода 5, ПАВ без существенных потерь на генерацию паразнтных объемных волн направляются вдоль внутренней поверхности волоконного волновода 5. Радиус закругления нецелесообразно выбирать больше десяти Ъ из-за изменения траектории распространения ПАВ. Диаметр торцовых поверхностей фланцев 6 и 7 выбирается из возможности осуществления необходимого радиуса К закругления и размещения на торцовых частях этих поверхностей соответствующих ВШП ПАВ 2 и 3. Распространяющиеся вдоль внутренней поверхности волновода 5 волны имеют подобные рэлеевским аксиальную и радиальную компоненты и не имеют азимутальной компоненты, Результирующее распределение энергиИ имеет круговую симметрию и уменьшается приблизительно экспоненциально с изменением радиуса внутренней поверхности канала 8. Дисперсионная связь для основной поверхностной моды,2110 =Я,Ь 9+ б.з ) з 1104 распространяющейся вдоль внутренней поверхности волновода 5 ПАВ, выражается уравнениемо(щг3 о(Рг) 2 Р, Р где Р = (Р -3)пъ = (Р -1"т) г - радиус сквозного канала 8, Д,- соответственно, постоянные распространения поверхностной моды, 1 О объемной продольной моды и объемной поперечной моды, 3 - модифицированная функция Бесселя порядка д,С помощью ВШП 3, расположенного на торцовой поверхности фланца 7, аналогично ВШП 2 происходит прием ПАВ. В цепи обратной связи введен усилитель 4 с коэффициентом усиления, достаточным для компенсации полных потерь в линии 1 задержки, Частоты, на которых возможно возбуждение генератора ПАВ, описываются уравнением где 11- частота генерации, Жз электрический суммарный сдвиг фазы во ВШП 2 и 3 и усилителе 4, Ч скорость вдоль внутренней поверхности валновода 5 ПАВ, 1 - рабочая длина линии 1 задержки (расстояние между центрами ВШП 2 и 3).Толщину стенок 1 круглого волновода 5 в его неутолщенной части целесообразно выбирать равной 1(5-10)Э . В этом случае паразитные объемные моды удаляются путем поглощения на внешней поверхности волновода 5, так как они обычно имеют большие глубины проникновения, чем основная, и, следовательно, удаляются по мере распространения волны.Таким образом, в отсутствии контролируемой микропроволоки обеспечивается чистый одномодовый режим генерации с частотой И.Контролируемый микропровод 11, выполненный из электропроводного материала или имеющий электропроводящее покрытие, направляется в сквозной канал 8 волновода 5.50 Наличие в канале 8 электропроводящего микропровода 11 приводит к закорачиванию тангенциальных составляющих сопровождающего распространение вдоль внутренней поверхности пьезоэлектрического волновода 5 ПАВ элект.ромагнитного поля, что приводит к 363 4уменьшению скорости Ч распространенияПАВ.При увеличении или уменьшениидиаметра контролируемого микропровода11 уменьшается или увеличивается зазор между его поверхностью и окружающей микропровод внутренней поверхностью волновода 5, что и приводитк соответствующему изменению скорости ПАВ.Величину изменения постояннойраспространения а=-(5 ПАВ приизменении диаметра о микрпоровода 11в функции нормализованного зазора6 между поверхностью микропровода11 и внутренней поверхностью волновода 5 можно найти изьр , г;,(-1 рьЯЬт гт т таяф(4коэффициентэлектромеханйческой связи, Я , Е,1,т тт ф мха 13 фЯ - диэлектрические постоянныепьезоэлектрического волновода, Яодиэлектрическая постоянная свободного пространства.Пример изменения скорости Ч .ПАВв функции нормализованного зазораЬ представлен на фиг, 3,Максимальную величину измененияДЧ скорости ПАВ можно оценить из условия "(р-Чо где Чд - скорость ПАВ для полностью электрически закороченной внутренней поверхности волновода 5 Ь = (О-д) 12=0, 0 = 2 г - диаметр сквозного канала 8, Ч - скорость в отсутствие микропровода.Таким образом, при изменении диаметра микропровода происходит модуляция скорости и величины фазовой задержки линии 1 задержки генератора ПАВ и, следовательно, изменение ьИ частоты генерации. Для получения точ- ного контроля частоты генератор должен содержать элемент с фазовой характеристикой, быстро изменяющейся с частотой. Наклон фазовой характеристики 3, / бпропорционален длине линии 1 задержки, поэтому эту длину целесообразно выбирать равной от сотен до тысяч длин ПАВ. С этой же целью обеспечение наибо лее точного контроля диаметра микро- провода 11 разница между диаметром )канала 8 и средним ожидаемым ди 1104363аметром 3 микропровода (начальныйзазор) выбирается небольшой, вплотьдо долей длиныПАВ (фиг.2) . 1 О Для уменьшения влияния внешних 5факторов на точность контроля, вчастности, температурной стабилизации в широком диапазоне, акустический блок содержит еще один. ПАВ -генератор 9 (фиг.4), аналогичныйпервому. Контролируемый микропровод11 подается в сквозной канал лишьпервого ПАВ-генератора, При контролемикропровода 11 этим генераторомразностная частота, выделяемая смесителем 10, приобретает значения,пропорциональные величине изменениядиаметра микропровода, Изменениетемпературы в этом случае не приводитк изменению разностной частоты на 20выходе смесителя 10,Устройство особенно эффективно для контроля очень малых изменений диаметра микропровода, что обеспечивается весьма высокой кратковременной стабильностью ПАВ-генератора(до 10 - 10 ), взаимодействием всей поверхности микропровода (по окружности в поперечном ее сечении) с электромагнитным полем, сопровождающим ПАВ, достаточно резкой зависимостью скорости М ПАВ от нормализованного воздушного зазора 3 Ь, удалением паразитных мод колебаний путем выбора толщины стенок круглого волновода.Использование устройства в ультразвуковых микросварочных:.установках для сварки элементов ИС позволяет повысить процент выхода годных ИС эа счет понижения коэффициента вариации и повышения механической прочности соединений.1104363 Составитель Н,Долгова Техред М,Тепер Корректор,А.Дзятк Редактор Н.Лазаре Тираж 587ВНИИПИ Государственногпо делам изобретений5, Москва, Ж, Раушс акаэ 5201/28 Подписитета СССР открытииая наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна