Ультразвуковая линза

НЫЙ КОМИТЕТЯМ И отНРЦТИЯМ ГОСУДАРСТВ ПО ИЗ 0 БРЕТЕ(54)(57) УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ЛИНЗА, содержащая заполненный жидкостью сосуд,о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, сцелью повышения скорости перестройкифокусного расстояния, сосуд выполненв виде кругового цилиндра, заполнен":ного феррожидкостью, и помещен междушестью последовательно цередующимися Изобретение относится к области акустики и ультразвуковой техники и может использоваться, в частности,для фокусировки ультразвуковых волн в системах ультразвуковой технологии, де" Фектоскопии, подводной локации,зву" ковой голографии, а также для опера-. тивного управления фокусным расстоянием фокусирующих узлов в подобныхсистемах.Известно ультразвуковое фокусирующее устройство, содержащее рефлекторные кристаллический звуковод и систему электродов.Однако это устройство дорого из-за использования специальных кристаллов и их обработки,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст.,8 О 794835щ) В 06 В 3/04 2по полярности полюсными наконечниками электромагнита, расположенными сим" метрицно относительно оси линзы, причем полюсные наконечники имеют форму цастей цилиндров, образующие которых параллельны оси линзы, а направляющие цилиндров в поперечном ортогональном .сечении определяются соотношением3 2 3у-Зху=В. оси прямоугольнои системы координат с началом на оси кругового цилиндра, а красстояние от начала координат до вершины полюсного, наконечника. е ройство для изменения фокусировкиультразвука, содержащее заполненный жидкостью сосуд. Однако это устройство а ф при своей красоте не позволяет доста-точно быстро изменить фокусное расстояние.ОбЦелью изобретения является повыше" ние скорости перестройки,фокуснбгорасстояния,Цель достигается тем, что сосуд выполнен в виде кругового цилиндра, за" полненного Феррожидкостью, и помещен между шестью последовательно череду- )фр ющимися по полярности полюсными наконечниками электромагнита, расположенными симметрично относительно оси линзы, причем полюсные наконечникиимеют форму частей цилиндров,. обрзующие которых параллельны оси линзы, в3 794835направляющие цилиндров в поперечномортогональном сечении определяютсясоотношением ам ЗЧК с ее. (х -у ), Эу 2 К(1) 3Согласно выражению (3) напряженность магнитного поля возрастает квадратично по радиусу от центра звукового провода.Так как звукопроводом являетсяферрожидкость, то внешнее магнитное16поле оказывает влияние на скоростьраспространения упругой волны. Изменение скорости обусловлено ориента"цией магнитных моментов частиц, колеблющихся в поле ультразвука.15Относительное изменение скоростиДЧультразвука в феррожидкости лий сонейно зависит от величины магнитногополя Н: г 3 у"ЭхуК, ДЧ-- =КЧ ег ъпричем Н = Н+ Н, М - коэффициентпропорциональности.Эта зависимость выполняется вплотьдо полей, при которых наступает насы"щение.Согласно (2) и (3) находим, чтомагнитное поле выбранной конфигурациивызывает квадратичное по поперечномусечение изменения скорости: ЙО 1 37я щщ М щщ щщ (6)Чо ф.где 9 - угол между касательной к лучу и осью звукопровода 7.Из уравнений (5) и(6) следует, что йосле прохождения пучком звукопровода длиной 1 каждый акустический лй отклоняется на угол, равный я ъ гНе -(у-Зху) 2 КЗ ., Р(7) 3 М 1 Р 1 о ЭМ ЗЧоНм" - -ху;3 х Ко где х, у - оси прямоугольной сис координат с началом на оси круго цилиндра (линзы); К - расстояние начала координат до вершины полю накрнечника.На фиг. 1 показан внешний вид зы; на фиг. 2 - расположение пол ных наконечников и силовых линии нитного поля относительно осей к динат; на фиг. 3 " эскиз, поясня выбор формы наконечников.На чертежах 1 " цилиндрически суд, заполненный феррожидкостью .полюсныенаконечники с положительным (Я) и 3 - отрицательным (Б) магнитным потенциалом, соединенные замкнутым магнитопроводом, 4,5 - подмагничивающие катушки, 2феррожидкость состои из магнитных частиц, размером 50-100 А, взвешенных в различных жидких носителях.Ролюсные наконециики, описываемые уравнением (1), имеют сложную форму. Однако на практике их. легче изготовить в виде частей круглых цилиндров. Такая замена не вызывает больших искажений поля линзы.Устройство работает следующим образом, 35 Ультразвуковой пучок из окружающей звукопроводящей среды проходит через входную грань линзы и распространяется в феррожидкости в направлении оси 46 кругового цилиндра, являющейся осью устройства. При наличии тока в обмот,ках электромагнитов в каждой точке поперечного сечения эвукопровода уста-навливается распределение магнитного 45 потенциала вида Я где Я - разность магиитных потенциалов между двумя соседними полюсами.Потенциал (2) приводит к появлению .составляющих магнитного поля по осям Х ИЫ Чо+ 2 К 7 О( Чо,ЗИогАе= 1 х +уа - Расстояние От оси линзы до любой точки поперечного сечения.При прохождении через такой звуко" провод, в котором создан поперечный градиент скорости, акустические лучи изгибаются в сторону уменьшения ско- рости, причем траектория их движения определяется Поэтому по выходе из линзы все ультразвуковые лучи соберутся в точку,назы"ваемую фокусом, расположенную от вы57983 ходной грани звукопровода на расстоя- нии е,и О(8). В формуле (8) учтено, что из-запреломления на выходной грани уголотклонения изменяется на величину и,равную отношению скорости Ч во внеш" 1 О6 Кней акустической среде .к скорости ЧоЬ феррожидкости,Окончательно, согласно (7) и (8), фокусное расстояние линзы определяет.5 ся по формуле3К(9)ЗпИ, ь 61Таким обра зом, выбра нная конфигура" 20 ция полюсов электромагнита создает .квадратично изменяющееся по радиусу магнитное поле в звукопроводе, которое в свою очередь, обеспечивает такое же изменение акустической скорости, 35 необходимое для сферической Фокусировки продольно поляризованного ультразву" кового пучка. Величина Фокусного рас".стояния линзы меняется путем изменения величины тока в подмагничивающих. ЗО обмотках.При отсутствии тока в обмотках лин" за действует как плоскопараллельная пластинка.Пример. Рассмотрим линзу, звукопро" водом которой является Феррожидкость, состоящая из частиц магнетита ГеО 5 6объемной концентрации 2,8 Ф и размером 50-ООА, взвешенных в керосине. Продольная упругая волна с частотой 2 ИГц создается пьезоэлектрическим преобразователем, прикрепленным к одному из торцов звукопровода. Полюсные наконечники выполнены из мягкой малоуглеродистой стали, Длина линзы равна 5 см, а ее апертура равна 2 К2 см. Из опытных данных коэффициент Ы= 2,8 10гаусс, тогда Фокусное расстояние линзы согласно формуле (9) при и в 1 и управляющем магнитном потенци" але" и = 13,3 гаусс. см равно Р= 1;8 см.1- При изменении магнитного потенциала на полюсах электромагнита от нуля до 13,3 гаусс.см Фокусное расстояние ме" няется от со до Р = 1,8 см, око рость изменения фокусного расстояния при этом ограничивается лишь временем прохождения ультразвука через фокусирующую.среду ( " ИГс), так как свойства среды, связанные с изменением акустической скорости, успевают установиться при быстром изменении величины потенциала полюсных наконечников за время (10- 10 с). В устройстве отсутствуют механически движущиеся час" ти, поэтому линза не дает искажений изображений источника ультразвука изза механических вибраций, а возможность управления ее свойствами позволяет добиться значительной скорости управления фокусным расстоянием.79.4835 р,С. Шекмареаевееавеаеаееаеваэаее К Реда кт о 07 аказНИИПИ твенно-издательский комбинат 1 Патент", г. Ужгород, ул арина, 3 П Составитель В. ПирогТехред А,Кравчук Тираженного коввтет йо ииеобретениям и 13035, Иоскве, 3 35, Раувская наб евеееаюПодписноткрцтид,. 4/