Ультразвуковой дефлектор

 

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ даФЛЕКТОР, содержащий звукопровод из изотропного электрострикционного Материала с большшл значением диэлектрической пpoницae 4pcти, снабженный двумя ,соединенными к источнику управляюцбЦ f напряжения электродами, о т л и ч а ю щ и и с я тем, чтб, с целью упрощения конструкции и увеличения апертуры отклоняемых пучков, звукопровод выполнен в виде параллелепипеда , одна пара противоположных граней которого - параллёлограм1Ф1 с острыми углами, определяемыми выражением - агссо V . gVgV b - jt v 3Weg,,,g,,.444 - линейные, ad,4.d,«.J,«квадратичные константы электрострикции при этом электроды нанесены на г одну пару противоположным прямоугольных граней, а входной 9вляется любая из другой пары прямоугольных граней, р :л о 0 эо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (1% (11}

3(5D

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСВ Ву .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЗОВ ЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3461047/18-10 (22) 02.07.82 (46) 07.11.83. Бюл. Р 41 (72) В.Н. Велый, Г.А. Пашкевич, Я. Г. Поветьев и Б. Б. Севрук (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт физики. АН БС(Р (53) 534. 232 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 808167 кл. В 06 В 3/04, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 902863, кл. В 06 В 3/04, 1980. (54)(57) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЛЕКТОР содержащий звукопровод из иэотропно" го электрострикционного материала с большим значением диэлектрической проницаемости снабженный двумя под-. ;соединенными к источнику управлякще-

ЯГ напряжения электродами, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции и увеличения апертуры отклоняемых пучков, звукопровод выполнен в виде параллелепипеда, одна пара iпротивоположных граней которого - параллелограммы.с острыми углами, определяемыми выражением

Ь«&44 1Л4 94Л

l „- „-м„,- „,.а„, raeg«, ф1,ф, - линейные, ad<<<, „,1, ° квадратичные константы электрострикции, при этом электроды нанесены на одну пару противоположных прямоуголь-Я ных граней, а входной является любая иэ другой пары прямоугольных граней.

1052280

Изобретение относится к акустике и ультразвуковой технике и может быть использовано в акустических системах, дефектоскопии, подводной локации и ультразвуковой технологии, а также н других областях науки и техники, где требуется управляемое сканирование ультразвуковых пучков.

Известно устройство для управления направленивм распространения ультразвуковых пучков, содержащее элемент для изменения фазы ультразвуковых колебаний, выполняющий функцию звукопровода из пьезоэлектрического материала (анизотропного кристалла), обладающего электроупругим 15 эффектом, на боковую поверхность которого наложены четыре цилиндрических электрода, подсоединенных к источнику питания, направляющие которых параллельны направлению распрост-g() ранения ультразвука, а форма электродов в ортогональном к оси распространения сечении имеет вид гипербол.

Внешнее электрическое поле, при ложенное к электродам, изменяет величину коэффициента упругости вещества звукопровода. Форма электродов обеспечивает линейное изменение коэффициента упругости в зависимости от координаты, ндоль которой происходит отклонение пучка, благодаря чему за счет рефракции ультразвуковой пучок отклоняется от первоначаль;ного направления распространения (lf.

Недостатками данного устройстна являются необходимость больших электрических полей, а также. значительные технологичесхие трудности, связанные с необходимостью конструктивного выполнения на поверхность кристалла звукопронода четырех элект-40 родов гиперболического сечения.

Наиболее близким к изобретению является ультразвуковой дефлектор, содержащий знукопронод, из иэотропного электро1стрикционного материала с большим значением диэлектрической проницаемости, снабженный двумя подключенными к источнику управляющего напряжения:электродами. Внешнее электрическое поле, приложенное к электродам, вызывает квадратичное изменение с корости ультразвука, фор" ма электродов обеспечивает линейное по сеченик пучка изменение фазовой скорости, благодаря чему эа счет рефракциы ультразвуковой пучок отклоняется от первоначального направлению распространения (2).

Недостатками известного устройства являются необходимость конструк- 60 тинного выполнения электродов сложной формы, что сопряжено со эначительныии технологическими трудностями, а также невозможность отклонения пучков большой апертуры, обусловлен- у ная тем, что линейное изменение скорости упругой волны формируется и поперечном сечении знукопронода только в узкой области вдоль направления, соединяющего вершины электродов.

Поэтому также устройство позволяет отклонять без искажения пучки только с малой апертурой в поперечном сечении. При этом основная часть материала звукопровода не используется.

Цель изобретения — упрощение конструкции и увеличение апертуры отклоняемых ультразвуковых пучкон путем создания однородности электрического поля во всем объеме звукопронода.

Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковом двфлекторе, содержащем звукопровод из изотропного электрострикционного материала с большим значением диэлектрической проницаемости, снабженный двумя подсоединенными к источнику управляю щего напряжения электродами, звукопровод выполнен в виде параллелепиледа одна пара противоположных граней которого — параллелограммы с острыми углами, определяемыми выра жением (= -агссо,э « 4 - «1 ЗИ

4

2 -4

Й 12 144 1ЬЬ 311 С Щ где g, «, Д 12, ф44 - линейные; 4 111, s«д 1е6 квадратичные константы электрострик ции, при этом электроды нанесены на одну нару противоположных прямоугольных граней, а входной является любая из другой пары прямоугольных граней. Ha фиг, 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг.2 сечение звукопровода плоскостью,.перпендикулярной оси звукового пучкау на фиг. 3 - отклонение направления

1 распространения потока энергии УЭволны от первоначального направления.

Устройство содержит звукопровод

1, выполненный в форме прямого .параллелепипеда из материала, .обладающего электрострикцией (например, пьезокерамики на основе .BaT10 )i плоские электроды 2 и 3, нанесенные на противоположные боковые грани параллелепипеда и подключенные к источнику электрического напряжения, входную грань а для ультразнуконого пучка, Устройство работает следуксцим образом.

Ультразвуковой пучок. из окружающей среды проходит через входную грань дефлектора и распространяется в энукопроводе в направлении оси 2

При отсутствии напряжения на электродах упругие свойства звукопровода

1052280

10 являются изотропными, и падающая ультразвуковая волна в звукопроводе является либо чисто продольной, либо чисто поперечной с поляризацией по оси У . Вследствие этого направление распространения энергии упругой волны (вектор лучевой скорости S ) совпадает с направлением распространения фазы (волновым вектором К ). При

:подключении электродов к источнику питания в объеме звукопровода появляется однородное электрическое поле, которое благодаря электрострикции приводит к изменению коэффициентов упругости вещества. Упругие свойства вещества становятся анизотропны-15 ми, причем ось анизотропии направлена под углом S к оси Е (фиг. 3).

Вследствие наведенной полем упру- гой анизотропии происходит отклонение направления распространения по- 70 тока энергии УЗ-волны от первоначальногО направления распространения (оси 2 ). Это позволяет отклонять акустический пучок путем изменения разности потенциала, подаваемой на электроды.

Зависимость угла отклонения 5 от напряженности электрического поля Е для прОдольной 1 и поперечной 11 волн показана на фиг, 4, из которой видно, что отклонение луча происходит в противоположные стороны.

Если.на входную грань дефлектора падает чисто сдвиговая волна с поляризацией по оси У, то в звукопроводе с полем она остается чисто сдвиговой. Если падает чисто продольная ультразвуковая волна, то внутри зву-, копровода она становится кв аэ ипродольной .. При этом часть звуковой энергии продольной волны .преобразуется в поперечную волну, однако коэффициент потерь составляет менее од" ного процента.

В звукопроводе из керамики на он основе титаната бария в поле напряка женностью 7 у, для продольной волны получается угол отклонения раве

I ный 7, а для поперечной волны угол отклонения составляет 13О при f =33.

По сравнению с дефлектором, пред-. лагаемое .устройство позволяет как существенно упростить конструкцию дефлектора за счет простоты изготовления обоих электродов, так и увеличить апертуру отклоняемого ультра звукового пучка в 3 раза гутем соз- дания однородного электрического поля во всем объеме звукопровода. г

Предлагаемое устройство позволя- ет производить сканнрование УЗ пучков круглого сечения с более, чем в

3 раза большей апертурой. Это дает выигрыш по площади поперечного сечения пучка в м 10 раз, на порядок сокращая время обнаружения налйчкя дефекта в исследуемом объекте при ультразвуковой дефектоскопии. Кроме этого, более чем в 4 раза Уменьшает" ся расходимость отклоняемого УЗ-пучка, что при.одинаковых углах отклонения дает увеличение разрешающей способности устройства также в 4 раза, обеспечивая возможность более точного определения положения дефекта.

1052280

Составитель В,Пирогов

Техред Л.Микеш, Редактор Н.Воловик Корректор М.Шароши.3 еюе «аэ

Закаэ ф731/6 Тирам 492 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушска я наб., д, 4/5 ю4

Филиал ППП Патент, г.уигород, ул.Проектная, 4