Способ изготовления акустической линзы

 

Изобретение относится к технической акустике и предназначено для получения неоднородных акустических линз с плоскими рабочими поверхностями, применяемых в ультразвуковой дефектоскопии, медицинской диагностике и акустической голографии. Цель изобретения - расширение возможностей способа и улучшение фокусирующих свойств акустической линзы в жидких средах . Способ заключается в формировании акустического показателя преломления в стеклянном стержне с помощью ионообменной диффузии. В качестве материала стержня используют стекло, содержащее SiOs и R20, где катионом R является либо таллий, либо цезий, либо рудий, либо калий, либо натрий, а в качестве расплава - расплав солей, содержащий щелочной катион, по массе меньший, чем катион R исходного стекла . 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5D 4 В 06 В 3/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К А BTOPCHOIVlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4102140/24-10 (22) 11.05.86 (46) 23.12.88. Бюл. № 47 (71) Ленинградский технологический институт целлюлозно-бумажной промышленности (72) А. А. Абрамович, П. М. Валов, В. Я. Лившиц и P. A. Нахапетян (53) 534.292 (088.8) (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОЙ ЛИНЗЫ (57) Изобретение относится к технической акустике и предназначено для получения неоднородных акустических линз с плоскими рабочими поверхностями, применяемых в ультразвуковой дефектоскопии, медицинской

ÄÄSUÄÄ 1445814 А1 диагностике и акустической голографии.

Цель изобретения — расширение возможностей способа и улучшение фокусирующих свойств акустической линзы в жидких средах. Способ заключается в формировании акустического показателя преломления в стеклянном стержне с помощью ионообменной диффузии. В качестве материала стержня используют стекло, содержащее Si02 и

R O, где катионом R является либо таллий, либо цезий, либо рудий, либо калий, либо натрий, а в качестве расплава — расплав солей, содержащий щелочной катион, по массе меньший, чем катион R исходного стекла. 4 ил.

1445814

Изобретение относится к технической акустике и может найти применение при создании линз для ультразвуковой дефектоскопии, медицинской диагностики и акустической томографии.

Известны способы изготовления однородных и неоднородных акустических линз различных конструкций, выполненных из разнообразных материалов и имеющих всевозможные формы ограничивающих их поверхностей.

Цель изобретения — расширение возможностей способа и улучшение фокусирующих свойств линзы.

На фиг. 1 представлена схема работы полученной предлагаемым способом акустической линзы с ходом акустического луча в ней; на фиг. 2 — схема осуществления способа; на фиг. 3 — график, иллюстрирующий диапазоны изменения акустических волновых сопротивлений для продольных

УЗВ (Z<) в линзах, полученных предлагаемым способом (кривые 1 — 4) и при помощи известного способа (кривая 5) в зависимости от мольной концентрации окисла

R>O, содержащегося в исходном стекле, где

R — Tl, Cs, Rb, К, Na или Li; на фиг. 4 -- зависимости инкрементов скоростей поперечных УЗВ (Л /ЛС) для стекол системы

SiOi — RgO при постоянной концентрации RgO

C=25 мол.о в предлагаемом способе (участок 6 кривой) и в известном способе (участок 7 кривой).

Акустическая линза 1, контактирующая со средой 2 (фиг. 1), выполнена в виде стержня с плоскопараллельными торцами, перпендикулярными его оси. Линза изготовлена из звукопроводящего материала, например стекла, причем создано аксиально-симметричное распределение акустического показателя преломления по закону

+ = Т я г / L (!) где по и n(r) — акустические показатели преломления на оси линзы и на расстоянии г от нее соответственно;

L — длина периодичности осцилляции акустического луча в теле стержня (линзы).

В такой линзе согласно распределению (1) скорость упругих волн возрастает от оси стержня (линзы) к поверхности вдоль радиуса, что приводит к искривлению первоначального фронта акустической волны в теле линзы и, следовательно, к фокусировке упругой волны на определенном расстоянии от входного торца линзы. Далее акустические лучи становятся расходящимися, но за счет рефракции в неоднородной среде снова сходятся на оси линзы через определенное расстоянии вдоль нее. Таким образом, акустический луч, падающий первоначально в направлении, параллельном оси стержня, ос10

55 циллирует с некоторым периодом L (фиг. 1), определяемым распределением упругих свойств и в случае фокусирующего (параболического) распределения равным где vo и о(Я) — скорости УЗВ на оси линзы и на ее поверхности соответственно; — радиус линзы.

Описанные явления имеют место в случае параболического распределения упругих свойств (1), которое сравнительно просто осуществляется методом ионообменной диффузии в предлагаемом способе.

Способ осуществляют следующим образом.

Заготовка для линзы 3, представляющая собой стержень из стекла состава SiOz—

R O, где катионом R может быть Tl, Cs, Rb, R или Na, предварительно разогревается до нужной температуры внутри шахтной вертикальной печи 4, после чего погружается в расплав солей 5, содержащий катион, по массе меньший, чем катион R стекла заготовки, при этом расплав находится в термостойком стакане 6. Температура расплава измеряется термопарой 7 и поддерживается автоматическим управляющим прибором 8 в течение всего заданного времени. После окончания процесса лечь выключают, открывают крышку 9 и охлаждают заготовку 3, вынутую из расплава.

После остывания полученной линзы вместе с печью до 60 — 100 С ее вынимают, при этом она готова к использованию. Время процесса, его температура и размеры заготовки определяются так же, как и в известном способе, так как в предлагаемом способе используется тот же процесс ионообменной диффузии, однако проводимый в других составах стекол и расплавов, что дает заметные преимущества в смысле линзы по сравнению с известным способом.

В предлагаемом способе применены системы силикатных стекол (Si 0 — R O), в которых катионом R может быть К, Rb, Cs или Tl, при этом в них практически не наблюдаются кристаллизационные процессы, диапазон рабочих температур ведения процесса ниже на 100 †2 С, чем в известном способе, а величины акустических сопротивлений на

30 — 50О меньше, что приводит к увеличению энергетического коэффициента прохождения И„при работе линзы в воде на

30 — 40О . Кроме того, исходные стекольные системы в предлагаемом способе обладают большими относительными изменениями (инкрементами) механических свойств, т. е. скорости УЗВ при ионообменных реакциях изменяются значительнее в расчете на мол.о измененной концентрации катиона R стекла (фиг. 4). Большие инкременты механических свойств исходных стекол позволяют по1445814

Формула изобретения

Риа.2 л чать линзы с малым рабочим отрезком

5 (фиг. 1), который непосредственно зависит от длины периодичности L и определяется как где Z — длина линзы вдоль оси, что, в свою очередь, позволяет просто получать короткофокусные и одновременно малые по длине акустические линзы, которые обладают и меньшим собственным поглощением

УЗВ за счет малого акустического пути.

Предлагаемый способ позволяет улучшить механические свойства линзы за счет снижения температуры ведения и уменьшения кристаллизационных процессов в ее объеме, улучшить условия согласования линзы, работающей в жидкости, за счет снижения ее акустического сопротивления, получать короткофокусные и малые по длине линзы с небольшим собственным поглоще- 20 нием в них УЗВ, получать одинаковые по размерам линзы, но с различными фокусирующими свойствами, расширить класс материалов для заготовок линз и расплавов, что повышает технологичность способа.

Способ изготовления акустическои линзы путем формирования распределения акусти-. ческого показателя преломления в стеклянном стержне с помощью ионообменной диффузии из расплава, отличающийся тем, что, с целью расширения возможностей способа и улучшения фокусирующих свойств линзы, в качестве материала стержня используют стекло, содержащее Si0z и R O, где катионом R является либо таллий, либо цезий, либо рубидий, либо калий, либо натрий, а в качестве расплава — расплав солей, содержащий щелочной катион, по массе меньший, чем катион R исходного стекла.

1445814

g ИОА. % юа

Р3

Фиг. Ф

Составитель С. Юдин

Реда ктор С. П ек а р ь Техред И. Верес Корректор А. Обручар

Заказ 6641/13 Тираж 443 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 85, Ра ушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4