Способ определения направления максимального излучения электроакустических преобразователей

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51) Ч. Кл. 0 01 М 29/00 Г 01 Н 5/00 с присоелиненнеьт заявки Рй Государственный комнтет(23) Приоритет -Опубликовано 15. 03. 83, Бюллетень10 Дата опубликования описания 1503. 83па делам нзооретеннй н открьпнй(72) Авторы изобретения Физико-технический институт низких температур АН Украинской ССР(51 т) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ МАКСИМАЛЪНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ Изобретение относится к технике ультразвуковых измерений и может быть использовано для построения ди аграммы направленности электроакустических преобразователей СВЧ-диапа 5 зона.Известен способ исследования ультразвукового поля - по дифракции света на звуке, заключающийся в том,что направляют лазерный луч на расположенный на поворотном столике оптически прозрачный образец - звукопровод, в котором исследуемым электроакустическим преобразователем возбуждают ультразвуковую волну, фронткоторой устанавливают по отношению ксветовому пучку в отражающем положении, т.е, под брэгговским углом и регистрируют дифрагированный на звукесвет на выходе звукопровода с по- гомощью оптической системы. По угловымзависимостям дифрагированного светаопределяют диаграмму направленностиакустического преобразователя. По исследованию дифракции в различныхточках образца - звукопровода определяют картину пространственного распределения интенсивности ультразвукаи направление максимального излучения электроакустического преобразователя1,Основным недостатком способа является ограничение частотного диапазона исследуемых электроакустических преобразователей вследствие невозможности осуществить брэгговскуюдифракцию света на звуке выше предельной звуковой частоты порядка10" Гц,Известен способ визуализации звукового поля - способ Теллера, заклюцающийся в том, что направляют све.товой пучок на оптически прозрачнуюсреду, в которой возбуждают стоячуюультразвуковую волну. Изменение плотности среды в звуковом поле приводитк соответствующему изменению показателя преломления световых лучей, про-.максимумов сигнала электроакустицеский преобразователь устанавливают на звукопровод из металлического моно- кристалла, помещают приемник ультразвукового сигнала на противоположную поверхность звукопровода, охлаждают его до температуры жидкого гелия и возбуждают магнитное поле, направление вектора напряженности которого совпадает с нормалью к поверхности Ферми звукопровода, поворачивают систему относительно вектора напряженности магнитного поля и при этом регистрируют указанные инФормативные параметры.На Фиг, 1 изображена схема устройства для осуществления предлагае мого способа; на Фиг. 2 а - экспериментальная зависимость коэффициента с поглощения от угла Ф наклона магнитного поля сф) при У=С (вектор Й наклонялся в плоскости (100); б - зависимость коэффициентапоглощения от угла 4 наклона магнитного поля о.( ф) приЧ 0,25 (вектор Н наклонялся ь7плоскости, проходящей через ось 001 и отклонявшейся ат ппоскости (010) на угол 15 ); на Фиг.3- угловая зависимость угла У смещения гЦВ относительно НЗ в плоскости (001), перпендикулярной открытой поверхности Ферми.Согласно способу исследуемый электроакустицеский преобразователь 1 устанавливают на одной из рабочих поверхностей звукопровода 2 из металлического монокристалла, ориентированного так, цтобы направление открытой поверхности Ферми совпадало с нормалью к электроакустицескому преабразоватслю 1. Помещают прием;чик 3 ультразвукового сигнала на про тивоположную поверхность звукопровода 2. Охлаждают звукопровод 2 дс температуры жидкого гелия, прикладывают внешнее магнитное пале перпендикуляр. но направлению открытости поверхности Ферми звукопровода, поворачивают магнитное поле в плоскости, проходящей церез вектор Н напряженности внешнего магнитного поля и направление открытой поверхности Ферми, на угол, достаточный для того, чтобы на зависимости коэффициента с поглощения звука от угла 9 наклона наблюдались максимумы, связанные как со спиральной циклотронной волной (ОЯ ), так и 3 10048 б 4ходящих через этот участок среды. 8способе используют явление рефракциисветовой волны при прохождении средыс переменным показателем преломления,которая становится при этом визуально Знаблюдаемой, вследствие того, что прирефракции света на стоячей звуковойволне в среде образуются темные и светлые полосы, соответствующие узлам ипуцности звуковой волны, Фотографиру- Ц 1ют полученную картину звукового поля,по которой определяют направлениемаксимального излучения электроакустицеского преобразователя2),Однако в указанном способе для визуализации звукового поля используютявление рефракции, цто уменьшает цастотный диапазон исследуемых преобразователей (не больше нескольких мГц),Наиболее близким к изобретению щявляется способ определения направления максимального излучения электроакустицеских преобразователей,заключающийся в том, что регистрируют максимумы сигнала электроакусти- рцеского преобразователя и соответствующие им положения приемника сигналов, по которым определяют искомоенаправление 3).Основным недостатком способа является ограничение частотного диапазона исследуемых электроакустицеских преобразователей, связанноес тем, что сканирование звуковогополя производят в газообразной или35жидкой среде, в которых высокочастотный звук сильно затухает ( верхнийчастотный предел - несколько десятков мГц для жидкостей). Кроме того,трудно создать миниатюрный датцик46звукового давления для высокоцастотной области, а внесение в звуковоеполе датчика звукового давления искажает последнее, поэтому картинаисследуемого поля необъективнаЦель изобретения - расширение частотного диапазона исследуемых преобразователей в область сверхвысоких частот.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу определения на- эоправления максимального излученияэлектроакустицеских преобразователей,заключающемуся в том, что регистрируют максимумы сигнала электроакустического преобразователя и соответ- Иствующие им положения приемника сигналов, по которым определяют искомое направление, перед регистрациейс наклонным эффектом (НЭ), снимаютряд зависимостейа.(ф) при различныхнаправлениях вектора Н относительно кристаллографических осей образца - звукопровода в плоскости, перпендикулярной направлению открытойповерхности ферми, измеряют на зависимостях й(Ф ) углы Ч смещения максимумов НЗ относительно максимумовСЦВ, строят угловую зависимость углаЧ в плоскости, перпендикулярной направлению открытости, и определяютугол отклонения направления максимального излучения исследуемого электроакустического преобразователя 1 отнормали к его поверхности как максимальное значение угла Ч на упомянутой угловой зависимости, а направление максимального излучения - познаку смещения максимумов НЭ относительно максимумов СЦВ на зависимостиоС(ф ) соответствующей максимуму угла У,Максимумы А и Б (Фиг.2) на зависимости с(ф)связаны соответственно сСЦВ и НЭ.Способ основан на том, что при распространении звука вдоль или под углом к направлению открытости на однойи той же кривой ЖФ) наблюдаются эфФекты различной природы, причем положение максимумов СЦВ на.кривой о(ф)определяется направлением открытости,т.е. кристаллографией, а положениемаксимумов НЭ - направлением волново-4 35го вектора и звука, совпадающего снаправлением максимального излучения,Если образец - звукопровод 2 сориентирован так, что нормаль и к егорабочим поверхностям совпадает с направлением открытости поверхностиФерми монокристалла, то на зависи"мости сК(.Ф) максимумы НЭ и СЦВ будутрасполагаться симметричным образом,если направление максимального излучения передающего электроакустического преобразователя совпадает с нормалью к этому преобразователю, и,сле-довательно, с направлением открытостиповерхности Ферми, Если же направле 50ние максимального излучения не совпадает с нормалью к электроакустическому излучателю, то на зависимостио(ф)максимумы НЭ смещаются относительномаксимумов СЦВ на угол У, равный углу между направлением открытости ипроекцией вектора р на плоскость,проходящую через направление открытости и вектор Н, т.е, на плоскость,в которой поворачивают магнитное поле при записи кривых с(ф)Для определения направления максимального излучения исследуемого преобразователя 1 в пространстве находят плоскость наклона, в которой угол Ч принимает максимальное значение, для чего строят угловую зависимость Ч в плоскости, перпендикулярной направлению открытости. Тот факт, что в в искомой плоскости наклона на угол Ч максимален, означает, что направление максичального излучения исследуемого преобразователя также лежит в.этой плоскости. Величина угла отклоне"ния направления. максимального излучения исследуемого преобразователя от нормали к его плоскости равна максимальному значению Ч, а направление максимального излучения в указаннойплоскости наклона определяется по знаку смещения максимумов НЭ на зав"симости с(ф),т.е. по тому в области положительных или отрицательных угловФ набпюдается смещение этих максимумов.Способ опробован на пьезопреобразователях,изготовленных из кварцевыхпластин х-соеза с основной частотойбб мГц, В качестве звукопровода использовались монокристаллы галлия маркиГЛ, рабочие поверхности которыхориентировались перпендикулярно оси001, совпадающей с направление открытой поверхности Ферми рентгеновскимдифрактометрическим методом. Толщиназвукопровода 2 мм. Эксперименты проводились при 1,7 К на частоте звука200 мГц, Магнитное поле, создаваемоеэлектромагнитом, равно 11 кЭ, Наклонмагнитного поля относительно монокристалла осуществлялся устройством,наклонявшим звукопровод относительнонеподвижного магнитного поля на уголдо + 7 . Устройство позволяло разворачивать образец - звукопровод вокругооси на 360 , что позволило снять угловые зависимости Ч в плоскости, перпендикулярной поверхности Ферми.Результаты экспериментов, приведенные на фиг,2 и 3, свидетельствуюто том, что направление излучения исследуемого пьезопреобразователя отклоняется от нормали к пьезопластине на угол 0,25 в сторону оси 100звукопровода,Таким образом, использование предлагаемого способа определения направления максималь:ого излучения ульт1001861развуковых преобразователей позволя- иет обеспечить по сравнению с сущест- твующими способами значительно ( на оодин - два порядка) расширение час- цетотного диапазона исследуемых пре нобразователей. Дальнейшее расширение одиапазона в настоящее время невоз- рможно из-за отсутствия соответствующих преобразователей,Кроме того, способ можно исполь- О лзовать для контроля направления излучения электроакустических преобразователей, применяемых в экспериментальной Физике, например для изуче"ния электронного спектра металпов,Другим возможным применением способаявляется контроль направления излучения электроакустических преобразователей, используемых в многоугольныхлиниях задержки, поскольку к таким 20 ипреобразователям предъявляются особенно высокие требования к отклонению направления максимального излуичения от нормали к их поверхности. Формула изобретения Способ определения направления максимального излучения электроакустических преобразователей, заключающийся в том, что регистрируют максимумы сигнала электроакустического преобразователя и соответствующие им оложения приемника сигналов по коорым определяют искомое направление,т л и ч а ю щ и й с я тем, что, селью расширения частотного диапазоа исследуемых преобразователей вбласти сверхвысоких частот, передегистрацией максимумов сигнала элекроакустический преобразователь усанавливают на звукопровод из металического монокристалла, помещают примник ультразвукового сигнала на проивоположную поверхность звукопроода, охлаждают его до температурыидкого гелия и возбуждают магнитноеоле, направление вектора напряжености которого совпадает с ноомальг коверхности Ферми звукопровода, поорачивают систему относительно век.ора напряженности магнитного поляпри этом регистрируют указанныенформативные параметры,Источники информации,ринятые во внимание при экспертизе1, Гуляев Ю. В., Проклов В. В.,25 Шкердин Г. Н, Дифракция света назвуке в твердых телах. УФН, 1978,т.121, вып, 1, с. 61-111,2, Л. Бергман, Ультразвук и егоприменение в науке и технике. Мзо 1957, с. 160-168,3. Ультразвук. - Маленькая энциклопедия. Под ред. И,П,Голяминой,Л., "Наука", 1979, с, 37-61 (прототип),1004861 Редак Зака ПодписССР итета крыти делам и35, Моск ская н Фил з 183ВНИ 113 Составитель Н, ДолговаБандура Техред М,Тепер Корректор О.Билак Тиражрственного кобретений иа, Ж, Рауш ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная