Способ получения акустической линзы

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОЙ линзы путем формирования распределения показателя преломления в стеклянном стержне с помощью ионообменной диффузии из расплава, отличающийс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и улучшения фокусирующих свойств линзы, в качестве материала стержня используют стекло, содержащее натрий, в качестве расплава - расплав солей, содержащих дитий, а ионообменную диффузию осуществляют при температурах , превышающих температуру стеклования исходного стекла стержня на 50-100°;С g т

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПИГИ К

3(59 В 06 В 3 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ рщстическоб луч 1

9PWm4/ уИ0аащей Веаиц

Фи Р

ГОСУДАРСТВЕККЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

И АВТОРСКОМУ СВИДЕ ГЕЛЬСТВУ (21) 3491627/18-10 (22) 13.09..82 (46) 30 .12. 83. Бюл Р 48 (72) А,А.Àáðàìîâè÷, В, Я.Лившиц и Д .Г. Теннисон (71) Ленинградский орден; Трудового .

Красного Знамени технологический институт целлюлозно-бумажной промышленности (53) 534.232 (088. 8) (56) 1 Каневский И,Н.Фокусирование звуковых и ультразвуковых волн

И, 1977, с 336.

2 Авторское, свидетельство СССР

В 808167, кл В Об В 3/04, 1981.

3 Лившиц В,Я,, Карапетян F„ Q, Ильин В.Г ., Негодаев Г. Д . Получение и исследование стекла, с градиентом показателя преломления .-"Физика и химия стекла", т. 2,1976, с 68-74.

„.Я0„„1063480 А (54) (57) СЦОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОИ ЛИНЗЫ путем формирования распределения показателя прелом-

;,ления в стеклянном стержне с помощью ионообменной диффу зии из расплава, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и улучшения фокусирующих свойств линзы, в качестве материала стержня используют стекло, содержащее натрий, в качестве расплава - расплав солей, содержащих литий, а ионообменную диффузию осуществляют при темпера.турах, превышающих температуру стеклования исходного стекла стержня на 50-100аС, C

1063480

Изобретение относится к технической акустике и может найти применение при создании линз для ультразву ковой дефектоскопии, медицинской диагностики и акустической голографии. 5

Известны способы изготовления однородных и неоднородных акустических линз различных конструкций, выполненных из,разнообразных материалов с применением для придания 10 им формы ограничивающих поверхност)ей (1 1.

Однако линзы,, изготовленные йэвестными способами,. имеют недостатки, связанные со сложностью изго- . 15 товления прецизионных криволинейных поверхностей и отсутствием в них плоских рабочих корректирующих поверхностей, что не дает воэможности применять .их для фокусировки акустических волн в твердых телах:: без промежуточного иммерсионного слоя, Известен также способ создания акустической линзы с управляемым звукопроводом и блоком управления (звукопровод выполнен иэ монокристалла с линейным электроакустическим эффектом), в котором на боковой поверхности звукопровода выполняют параллельно направлению распространения пучка упругих волн цилиндрические канавки, на поверхности которых наносят электроды (2 ).

Однако и при таком способе из- 35 готовления -линза обладает недостатками: сложна. и трудоемка в изготовлении, требует применения искусственно. выращенных кристаллов для иэготов ления звукопроводов при специаль- 40 ной их ориентации перед вырезкой с помоцью оптических или рентгеновских методов, нанесения сложных по форме и технологии изготовления электродов и принятия специальных 45 мер по защите поверхности монокристалла от электрического пробоя, кроме того линза не может быть проконтролирована в процессе изготовления, так как требует подключения к блоку управления.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовления акустической линзы путем формирования распределения показателя преломления в стеклянном стержне с помоцью ионообменной диффузии из расплава $3), Однако. согласно этому способу изготовления линзы не удается получить фокусирования упругих волн в 60 заданных пределах, так как способ основан на методе ионообменной диффузии, проводимой в образце стекла, содержацего литий и погруженного в расплав солей, содержа- g5

mx .натрий, "что не позволяет получить нужное фокусирующее распределение упругих свойств иэ-эа увеличения скорости .упругих волн от поверхности к оси линзы, а также. из-за малого абсолютного и относительного изменения скорости упругих волн вдоль радиуса линзы.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей и улучшение фокусирующих свойств линзы. Указанная цель достигается тем, что согласно способу изготовления акустической линзы путем формирования распределения показателя преломления в стеклянном стержне с помощью ионообменяой диффузии из расплава, в качестве материала стержня используют стекло, содержащее натрий, в качестве расплава— расплав солей, содержацих литий, а ионообменную диффузию осуществляют при температурах, превышающих температуру стекловаяия исходного стекла стержня на 50-100 С, о

На фиг. 1 показана схема работы полученной предлагаемым способом акустической линзы с.ходом акустического луча в ней на фиг, 2 схема способа создания в стержне аксиально-симметричного распределения упругих свойств) на фиг. 3 график, иллюстрирующий распределение акустических свойств вдоль радиуса акустической линзы, Акустическая линза 1, контактирующая со средой 2,(фиг.1) выполнена в виде стержня с плоскопараллельными торцами,,перпендикулярными его оси, Линза изготовлена из эвукопроводящего материала, например стекла, причем создано аксиально-симметричное Распределение акустического -показателя преломления ао закону где по и n(r i — акустические. показатели преломления на оси линзы и на расстоянии r от нее соответственно; g - длина периодичности осцилляции акустического луча в теле стержня (линзы), В такой линзе согласно распределению (1) cKopocTh ynpyгих волн возрастает от оси стержня (линзы )к поверхности вдоль радиуса, что приводит к искривлению первоначального фронта акустической волны в теле линзы, а следовательно, к фокусировке упругой волны на определенном расстоянии от входного . торца линзы, Далее акустические лучи становятся расходящимися, но за счет рефракции в неоднородной

25 (2) (2 1 (,ctg

Е . n 27

3 10634 среде снова сходятся на оси линзы через определенное расстояние вдоль нее, Таким образом, акустический .луч> спадающий первоначально в направлении, параллельном оси стержня, осциллируется с некоторым периодом 5 (фиг, 1), определяемым параметром распределения упругих свойств Описанные явления имеют место в слу- . чае параболического распределения упругих свойств (1), при этом небольшие отклонения от этого распределения (фиг. 3) не нарушают существенно общей картины распространения упругих волн в линзе

При первом приближении все акустические лучи, лежащие в меридиональной плоскости линзы, испытывают периодические осцилляции внутри ее, при этом длина линзы вдоль оси определяет ее интегральное свойство в смысле фокусировки или дефокусировки этих лучей например, при Z с (,/4 линза является собирающей, а при Ц/4 < 2 (Ц2 — рассе ивающей; при г= (,/2 линза не изменяет характера пучка Очевидно, что .эти условия сохраняются, если к полученной расчетом длине z добавлять %L, где 1с=0,1,2,3, Следовательно,- получив после обработки стержень с распределением упругих свойств (1), можно отрезать от него нужные по длине Z куски, которые будут служить, либо собирающими,либо рассеивающими акустическими линзами. B случае, показанном 35 на фиг, 1, длина линзы г =(+2)L i

;т,;е, линза является собирающей

Расчеты показывают, что фокусное расстояние предлагаемой линзы .1 и ее рабочий отрезок -5, можно опре- 4р делить из соотношений

Lg f и 5 <отличны от аналогичных значений для продольных волн, На фиг, 1 показано фокусирование упругих волн (сдвиговых или продольных) в твердой среде 2 при непосредственном (без иммерсии) контакте линзы и среды, Плоские торцы создают дополнительное удобство применения по сравнению с.известными однородными линзами с криволинейными поверхностями..

Способ осуществляют следующим образом»

Заготовка для линзы 3, представляющая собой стержень с размерами, определенными из соотношения (1-3) выполненная из силикатного стекла, содержащего натрий, предварительно разогревается до нужной температуры внутри шахтной вертикальной печи 4, после чего погружается в расплав солей, содержащих литий 5, находящийся в термостойком стакане

6e Температура расплава измеряется. термопарой 7 и поддерживается автоматическим управляющим прибором ,8 в течение всего заданного времени

После окончания процесса печь выключают, открывают крьыку 9 и охлаждают заготовку 3, вынутую иэ расплава, над его поверхностью или в любом месте внутри остывающей ne е

После остывания полученной лин . зы вместе с печью до температуры

60-100 С ее вынимащт Линза готова о к использованию, так KcLK дополнительной механической обработки производить не требуется, кроме небольшой шлифовки торцевых поверхностей (при необходимостк) ° Во время протекания описываемого процесса, когда заготовка находится в расплаве, в ее поверхностном слое происходит процесс ионообменной диффузии, результатом которой является замещение ионов. натрия в исходном стекле на ионы лития иэ расплава, что приводит с течением времени к созданию распределенной вдоль всего радиуса линзы и умень50

60

Ф где ь= C(Cc (Ñ и С - скорости упругих волн на оси линзы и в окружа,ющей ее среде соответственно) ° ..

Таким образом, линза может фокусировать или дефокусировать упругие волны в любой среде., при этом ф и 5 i будут зависеть от ве( личины скорости звука в конкрет+ ной окружающей линзу среде. Она может фокусировать и сдвиговые волны по причине очевидной связи скоростей продольных и поперечных упругих волн в изотропной среде, которой является тело линзы „ Значения шающейся к оси концентрации ионов лития, Такая взаимная замена ионов в силикатных стеклах, содержащих натрий, полученная методом ионообменной диффузии при температурах вьаае стеклования, приводит к созданию вдоль направления радиуса линзы градиента скоростей упругих волн, при котором их скорость увеличивается к поверхности линзы, причем закон распределения практически совпадает с указанным в соотношении (li) ° Оптимальной температурой ведения процесса является температура на 50-100 С вьше температуры стеклования .исходного стекла . Это объясняется

1063480

O/Ñ

Составитель В.Пирогов

Редактор Н, Безродная Техред И,Метелева Корректор О. Билак.

Заказ 10401/10 Тираж 492 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП Патент,;г, Ужгород, ул Проектная, 4

Таким образом,предлагаемый способ получения акустической линзы по сравнению со способом-прототипом позволяет повысить качество линзы с необходимым фокусируюцим распределением упругих свойств, их значительным изменением вдоль поперечного размера и повъааенной механической проч ностью..

По сравнению с базовым объектом предлагаемый способ значительно технологичнее, позволяет снизить

5 себестоимость линзы и повысить надежность ее в эксплуатации.