Оптоакустический объектив



Оптоакустический объектив
Оптоакустический объектив
Оптоакустический объектив
G01N29/00 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

Владельцы патента RU 2603819:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" (RU)

Изобретение относится к области спектроскопии конденсированных сред и фотоакустического анализа материалов. Оптоакустический объектив содержит звукопровод с кольцевым пьезоэлектрическим преобразователем на одном его торце, акустической линзой на другом его торце и сквозным цилиндрическим каналом в центральной части, и оптоволокно, размещенное в цилиндрическом канале, а также переходное устройство, снабженное боковым штуцером для введения иммерсионной жидкости. Один конец переходного устройства закреплен в канале со стороны пьезоэлектрического преобразователя, а второй снабжен уплотняющей втулкой для герметизации оптоволокна. Диаметр канала и внутренний диаметр переходного устройства превышают диаметр оптоволокна на величину, обеспечивающую прохождение иммерсионной жидкости от штуцера к акустической линзе. Технический результат - обеспечение подачи иммерсионной жидкости непосредственно к области сканирования через канал в звукопроводе оптоакустического объектива, упрощение конструкции, возможность изменять глубину зондирования и область фокусировки лазерного излучения во время исследования. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области спектроскопии конденсированных сред и фотоакустического анализа материалов и может использоваться как объектив устройств для фотоакустической визуализации микрообъектов и неразрушающего контроля поверхности и приповерхностного слоя материалов в медицине, биологии, нанотехнологиях и промышленности.

В известных реализациях фотоакустические объективы имеют многокомпонентную систему зеркал, призм, линз или их комбинаций для фокусировки лазерного излучения, что усложняет их конструкцию и процесс изготовления. Также в известных конструкциях объективов отсутствует система подстраиваемой фокусировки лазерного излучения в процессе исследований, которая представляет интерес для объемного анализа структуры образца или для обнаружения дефектов. Кроме того, для всех известных оптоакустических объективов необходимо, или использовать ванну с иммерсионной жидкостью, или наносить слой иммерсионной жидкости на область сканирования перед началом работы. Использование ванны ограничивает применение таких объективов при исследовании образцов под углом к горизонту, образцов со сложной геометрией, а также усложняет процесс исследования биологических тканей у животных (погружение исследуемой области животного в ванну требует его анестезии.

В том случае, когда рассматриваемая область находится в районе дыхательных путей, дополнительно требуется специальная система подведения воздуха (статьи: «Noninvasivelaser-induced photoacoustic tomography for structural and functional invivo imaging of the brain / Xueding Wang, YongjiangPang, Geng Ku, Xueyi Xie, George Stoica&Lihong V.Wang // Nature Biotechnology. - 2003, Vol. 21, pp. 803-806; Simultaneous Molecular and Hypoxia Imaging of Brain Tumors In Vivo Using Spectroscopic Photoacoustic Tomography / Meng-LinLi, Jung-TaekOh, XieX., Ku. G., WeiWang, ChunLi, Lungu. G., Stoica. G., Wang, L.V. // Proceedings of the IEEE.-2008, Vol. 96, Is. 3, pp. 481 - 489. doi: 10.1109/JPROC.2007.913515; Biomedical photoacoustic imaging / PaulBeard // Interface Focus.-2011, Vol. 1, pp. 602-631, doi:10.1098/rsfs.2011.0028), кроме того, отсутствует возможность подачи просветляющих агентов непосредственно в область исследования (которые можно комбинировать с иммерсионной жидкостью), что может существенно снизить глубину сканирования. Нанесение слоя иммерсионной жидкости на область сканирования требует от иммерсионной жидкости специальных свойств, особенно при работе под углом к горизонту, исследовании тканей у животных, а также при исследовании значительных участков поверхности.

В предложенном изобретении система фокусировки лазерного излучения проста в изготовлении и позволяет подстраивать фокусировку лазерного излучения в процессе исследований (изменять глубину зондирования). Иммерсионную жидкость в предложенном устройстве подают через цилиндрический канал в звукопроводе оптоакустического объектива (путем использования специального переходного устройства), что позволяет применять объектив при исследованиях образцов под углом к горизонту, образцов со сложной геометрией и позволяет локально исследовать области на теле животных без применения ванны с иммерсионной жидкостью.

Известно портативное устройство для фотоакустической микроскопии, которое применяется для визуализации биологических тканей (патент US 2011/0201914 A1). Устройство содержит фотоакустический сенсор (оптоакустический объектив), который состоит из цельного или многокомпонентного пьезоэлектрического преобразователя, выполненного в виде акустической линзы, многокомпонентной и сложной в изготовлении системы фокусировки оптического излучения (включает высокоточную систему линз, фильтр, отражающую перегородку, интегрирующую камеру, диафрагму), электровывод, цилиндрическую корпус-балку. Оптоакустический объектив находится в герметической ванне (контейнере), заполненной иммерсионной жидкостью. Основа герметической ванны-контейнера изготовлена из оптически и акустически прозрачной мембраны. Акустический контакт между мембраной и исследуемым образцом достигается путем погружения стороны контейнера с мембраной в иммерсионную жидкость.

Недостатками данного оптоакустического объектива являются:

1) Сложная конструкция объектива и, как следствие, сложность его изготовления (в частности, необходимость изготовления высокоточной и согласованной системы из линз, зеркал, призм или их сочетания для обеспечения фокусировки лазерного излучения).

2) Отсутствие системы подстраиваемой фокусировки лазерного излучения в процессе исследований.

3) Необходимость применения герметической ванны-контейнера с иммерсионной жидкостью и погружения ее в иммерсионную жидкость для акустического контакта между образцом и ультразвуковым датчиком. Это обстоятельство ограничивает область применения рассматриваемого устройства при исследованиях образцов под углом к горизонту и удобство использования. Например, для исследования биологических тканей у животных (мышей) необходимо погружение исследуемой области в ванну, что требует анестезии животного. Кроме того, если рассматриваемая область находится в районе дыхательных путей, то дополнительно требуется специальная система подведения воздуха (статьи: «Noninvasive laser-induced photoacoustic tomography for structural and functional invivo imaging of the brain / Xueding Wang, Yongjiang Pang, Geng Ku, Xueyi Xie, George Stoica&Lihong V Wang // Nature Biotechnology. - 2003, Vol. 21, pp. 803-806; Simultaneous Molecular and Hypoxia Imaging of Brain Tumors In Vivo Using Spectroscopic Photoacoustic Tomography / Meng-Lin Li, Jung-Taek Oh, Xie X., Ku. G., Wei Wang, Chun Li, Lungu. G., Stoica. G., Wang, L.V. // Proceedings of the IEEE.-2008, Vol. 96, Is. 3, pp. 481 - 489. doi: 10.1109/JPROC.2007.913515; Biomedical photoacoustic imaging / Paul Beard // Interface Focus.-2011, Vol. 1, pp. 602-631, doi:10.1098/rsfs.2011.0028).

Известно также устройство для конфокальной фотоакустической микроскопии (патент US 8,454,512 B2). Устройство содержит оптоакустическую ячейку (оптоакустический объектив), которая состоит из пьезоэлектрического преобразователя, многокомпонентной системы фокусировки лазерного излучения (включает высокоточную систему линз и призм или зеркал, микроотверстие, фотодетектор) в различных вариациях, звукопровода, акустической линзы. Роль звукопровода выполняет ромбоидальная призма со слоем силиконового масла на одной из граней для отражения акустического сигнала.

Недостатками такого исполнения оптоакустического объектива являются:

1) Сложность конструкции оптоакустического объектива.

2) Сложность изготовления оптоакустического объектива, в частности

необходимость изготовления высокоточной и согласованной системы из линз, зеркал, призм или их сочетания для обеспечения фокусировки лазерного излучения.

3) Наличие переотражений акустического сигнала в звукопроводе.

4) Применение ванны с иммерсионной жидкостью для акустического контакта между поверхностью образца и ультразвуковым датчиком ограничивает область применения рассматриваемого устройства при исследованиях образцов под углом к горизонту. Ванна с иммерсионной жидкостью ограничивает удобство использования. Например, для исследования биологических тканей у животных (мышей) необходимо погружение исследуемой области в ванну, что требует анестезии животного. Если рассматриваемая область находится в районе дыхательных путей, то и специальной системы подведения воздуха.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является оптоакустический объектив, принятый за прототип (патент US 5,381,695). Устройство содержит: цилиндрический звукопровод, на одном торце которого выполнена акустическая линза, на поверхности которой или на другом торце звукопровода расположен акустический пьезопреобразователь. В центре звукопровода выполнен цилиндрический канал, в котором закреплено оптоволокно для подвода света в область исследования. На конце оптоволокна в центре акустической линзы закреплена оптическая линза, позволяющая фокусировать световое излучение на желаемом расстоянии.

Недостатками этого устройства являются:

1) Необходимость использования ванны с иммерсионной жидкостью или применения специальных уплотнений во избежание утечки иммерсионной жидкости. Это ограничивает сферу применения данного решения.

2) Невозможность перестройки глубины зондирования и области фокусировки лазерного излучения во время эксперимента.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, являЕтся:

1) Расширение области применения за счет обеспечения подачи иммерсионной жидкости непосредственно к области сканирования через канал в звукопроводе оптоакустического объектива, что позволяет исследовать образцы под углом к горизонту, образцы со сложной геометрией, а также упрощает процесс исследования биологических тканей у животных (отпадает необходимость погружения исследуемой области животного в ванну и подведения специальной системы подачи воздуха).

2) Упрощение конструкции, так как отпадает необходимость в применении ванны с иммерсионной жидкостью, уплотнителей.

3) Расширение функциональных возможностей, что связано с возможностью изменять глубину зондирования и область фокусировки лазерного излучения во время исследования за счет простой системы фокусировки лазерного излучения (изменения расстояния между оптоволокном и оптической линзой), а также за счет изменения каустики акустической линзы посредством изменения фокусного расстояния коаксиального многоэлементного преобразователя.

Указанный технический результат достигается тем, что оптоакустический объектив, содержащий звукопровод с кольцевым пьезоэлектрическим преобразователем на одном его торце, акустической линзой на другом его торце и сквозным цилиндрическим каналом в центральной части, оптоволокно, размещенное в цилиндрическом канале, согласно решению содержит переходное устройство, снабженное боковым штуцером для введения иммерсионной жидкости, один конец переходного устройства закреплен в канале со стороны пьезоэлектрического преобразователя, а второй конец переходного устройства снабжен уплотняющей втулкой для герметизации оптоволокна, причем диаметр канала и внутренний диаметр переходного устройства превышают диаметр оптоволокна на величину, обеспечивающую прохождение иммерсионной жидкости от штуцера к акустической линзе. В центре сферической акустической линзы закреплена оптическая линза, при этом между линзами выполнен зазор для подачи иммерсионной жидкости из цилиндрического канала. Кольцевой пьезоэлектрический преобразователь представляет собой коаксиальную многоэлементную структуру, элементы которой предназначены для соединения с приемником или источником электрического сигнала через отдельные фазовращатели. К звукопроводу прикреплено микроперемещающее устройство, к подвижной части которого прикреплено оптическое волокно, а втулка выполнена с возможностью продольного перемещения оптоволокна в ней.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено схематическое изображение оптоакустического объектива; на фиг. 2 - схематическое изображение оптоакустического объектива со стороны акустической линзы; фиг. 3 - схематическое изображение переходного устройства для одновременного введения оптоволокна и подведения иммерсионной жидкости; фиг. 4 - схематически изображено изменение фокусного расстояния оптической линзы при смещении положения оптоволокна в канале оптоакустического объектива;

Позициями на чертежах обозначены:

1 - звукопровод;

2 - канал;

3 - иммерсионная жидкость;

4 - оптоволокно;

5 - источник иммерсионной жидкости;

6 - переходное устройство;

7 - корпус переходного устройства с боковым штуцером;

8 - уплотняющая втулка;

9 - пластина ниобата лития;

10 - металлические электроды;

11 - оптическая линза;

12 - крепление оптической линзы;

13 - исследуемая поверхность;

14 - микроперемещающее устройство.

Оптоакустический объектив (фиг. 1) содержит звукопровод 1 (например, из диэлектрических монокристаллов: кварца, сплавов магния, иттрийалюминиевого граната, сапфира), представляющий собой, например, цилиндр, параллелепипед или конус. В центральной части звукопровода, вдоль его оси симметрии, выполнен цилиндрический канал 2, предназначенный для подведения иммерсионной жидкости 3 в область исследования. Также в канале размещено оптоволокно 4 для передачи оптического излучения. Диаметр цилиндрического канала в звукопроводе превышает диаметр оптоволокна на величину, обеспечивающую прохождение иммерсионной жидкости. Кроме того, зазор между оптоволокном и поверхностью цилиндрического канала в звукопроводе выполнен с возможностью соединения с источником иммерсионной жидкости 5 посредством применения переходного устройства 6. Переходное устройство (фиг. 3) снабжено боковым штуцером 7 для введения иммерсионной жидкости 3, один конец переходного устройства закреплен в цилиндрическом канале звукопровода, а второй конец переходного устройства снабжен уплотняющей втулкой 8 для герметизации оптоволокна 4, причем внутренний диаметр переходного устройства превышает диаметр оптоволокна на величину, обеспечивающую прохождение иммерсионной жидкости от бокового штуцера в цилиндрический канал 2 звукопровода. В качестве иммерсионной жидкости может применятся, например, вода, гель для ультразвукового исследования, касторовое масло и др.

Одна из торцевых поверхностей звукопровода выполнена плоской нормально оси симметрии звукопровода. На этой поверхности расположен кольцевой пьезоэлектрический преобразователь и переходное устройство 6. Кольцевой пьезоэлектрический преобразователь может быть изготовлен из пластины сегнетоэлектрика или пьезоэлектрика, расположенной между металлическими электродами, например пластина 9 (например из ниобата лития (LiNbO3)), расположенная между двумя металлическими (например серебряных) электродами 10. Также, пьезоэлектрический преобразователь может представлять собой коаксиальную многоэлементную структуру, элементы которой соединены с источником электрического сигнала через отдельные фазовращатели.

Противоположный торец объектива (фиг. 2) выполнен в виде акустической (например, сферической) линзы, в центре которой находится отверстие цилиндрического канала (ось отверстия совпадает с осью симметрии кольцевого акустического преобразователя и акустической линзы) и оптическая линза 11 сферической симметрии (изготовлена из природных или синтетических материалов, прозрачных в соответствующем диапазоне оптического излучения, например из кварца). Между линзами предусмотрен зазор для подачи иммерсионной жидкости из цилиндрического канала. Оптическая линза крепится на звукопроводе, (например, в трех местах под углом 120°) 12 посредством применения клея или оправки. Изменение фокусировки оптического излучения на исследуемую поверхность 13 производится путем изменения расстояния между торцевой поверхностью оптоволокна 4 и оптической линзой 11. Световое излучение, выходящее из оптоволокна, имеет сферический фронт. В этой связи область фокусировки за оптической линзой зависит от расстояния между выходным торцом оптоволокна и оптической линзой. Положение оптоволокна изменяется посредством его перемещения в цилиндрическом канале звукопровода 2 при помощи микроперемещающего устройства 14, которое жестко связано с звукопроводом.

Существенные признаки заявляемого изобретения:

1. Первым существенным признаком изобретения является то, что cо стороны плоского торца звукопровода расположено переходное устройство, имеющее на торцевом конце отверстие для введения оптоволокна и боковой штуцер для введения иммерсионной жидкости, причем диаметр канала и внутренний диаметр переходного устройства превышают диаметр оптоволокна на величину, обеспечивающую прохождение иммерсионной жидкости от штуцера к акустической линзе.

2. Вторым отличительным признаком является то, что в центре сферической акустической линзы закреплена оптическая линза, при этом между линзами выполнен зазор для подачи иммерсионной жидкости из цилиндрического канала.

3. Третьим отличительным признаком является то, что пьезоэлектрический преобразователь представляет собой коаксиальную многоэлементную (не менее двух колец) структуру, элементы которой соединены с приемником/источником электрического сигнала через отдельные фазовращатели. При этом коаксиально расположенные элементы преобразователя могут представлять собой обособленные кольцевые преобразователи, каждый из которых имеет собственный подслой (нижний электрод), надслой (верхний электрод) и пьезослой, расположенный между двумя электродами. В такой реализации каждый из элементов соединен с генератором через собственный фазовращатель посредством двухпроводной линии. В другой реализации все элементы имеют общий нижний электрод (подслой) и общий пьезослой, а каждый элемент имеет раздельные верхние электроды (надслои), так что все элементы соединены с генератором одним общим электродом (например, подслоем), а каждый элемент соединен с генератором через отдельный фазоваращатель посредством второго из подводящих энергию электродов (например, надслоя). Кроме того, отношения внешнего и внутреннего диаметров каждого кольца, а также зазора между кольцами, рассчитываются исходя из обеспечения: 1) условия фокусировки в заданной области исследуемого образца; 2) максимального отношения амплитуд нулевого и первого лепестков в диаграмме направленности преобразователя.

4. Четвертым отличительным признаком является то, что к звукопроводу прикреплено микроперемещающее устройство, к подвижной части которого прикреплено оптическое волокно, а втулка переходного устройства выполнена с возможностью продольного перемещения оптоволокна в ней. Наличие микроперемещающего устройства позволяет производить настройку «на фокус» оптического излучения, подводимого с помощью оптического волокна.

Оптоакустический объектив работает следующим образом.

В область фокуса оптоакустического объектива помещают исследуемый объект. Для обеспечения акустического контакта между образцом и оптоакустическим объективом подают иммерсионную жидкость, через переходное устройство и цилиндрический канал в оптоакустическом объективе. Через входной конец оптоволокна подают импульсное лазерное излучение. Лазерный свет, проходя по оптоволокну, падает на оптическую линзу, которая фокусирует излучение на исследуемый объект. Изменение фокусировки излучения (фиг. 4) достигается изменением расстояния между выходным концом оптоволокна, где оптическое излучение имеет определенную расходимость, и оптической линзой. Энергия лазерного излучения поглощается материалом образца (неоднородностью в исследуемом образце), вызывая при этом локальное нагревание и расширение образца (термоупругий эффект) с длительностью, пропорциональной длительности импульса лазерного излучения. Это локальное расширение возбуждает, в свою очередь, импульсную акустическую волну. Акустический импульс распространяется в исследуемом объекте и отражается от границ раздела сред. Сферические акустические волны, распространяясь через иммерсионную жидкость, попадают на поверхность акустической линзы, где преобразуются в плоские волны, распространяющиеся по звукопроводу до пьезоэлектрического преобразователя, который трансформирует акустический сигнал в электромагнитный. Объектив перемещается по двум координатам в плоскости, перпендикулярной направлению распространения лазерного пучка с помощью системы сканирования.

После обработки принятого акустического сигнала в блоке визуализации получаем изображение исследуемого объекта.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата. Оптоакустический объектив содержит кварцевый звукопровод, представляющий собой цилиндр, высотой 20 мм и диаметром 10 мм. В звукопроводе коаксиально выполнен цилиндрический канал диаметром ~0,8 мм. В канале размещено оптоволокно с диаметром центральной кварцевой жилы 50 мкм. Одна из торцевых поверхностей звукопровода выполнена плоской нормально оси звукопровода. На этой поверхности расположен кольцевой пьезоэлектрический преобразователь, представляющий собой пластину из ниобата лития (LiNbO3), размещенную между двумя серебряными электродами, один из которых служит связующим слоем между звукопроводом и пьезоэлектриком. Противоположный торец объектива выполнен в виде сферической акустической линзы с радиусом 11 мм. В центре акустической линзы находится отверстие цилиндрического канала и оптическая линза из кварца в виде сферы с диаметром ~0,6 мм. Зазор между линзами составляет ~0,2 мм. Оптическая линза закреплена на звукопроводе посредством применения клея. Иммерсионную жидкость (воду) подают в зазор между оптоволокном и стенкой канала в звукопроводе через переходное устройство, имеющее на торцевом конце уплотняющую втулку для введения оптоволокна и боковой штуцер для введения иммерсионной жидкости.

Предлагаемое конструктивное решение оптоакустического объектива не исключает использование оптоакустического объектива без оптической линзы или только с подачей иммерсионной жидкости.

1 . Оптоакустический объектив, содержащий звукопровод с кольцевым пьезоэлектрическим преобразователем на одном его торце, акустической линзой на другом его торце и сквозным цилиндрическим каналом в центральной части, оптоволокно, размещенное в цилиндрическом канале, отличающийся тем, что содержит переходное устройство, снабженное боковым штуцером для введения иммерсионной жидкости, один конец переходного устройства закреплен в канале со стороны пьезоэлектрического преобразователя, а второй конец переходного устройства снабжен уплотняющей втулкой для герметизации оптоволокна, причем диаметр канала и внутренний диаметр переходного устройства превышают диаметр оптоволокна на величину, обеспечивающую прохождение иммерсионной жидкости от штуцера к акустической линзе.

2. Оптоакустический объектив по п. 1, отличающийся тем, что в центре сферической акустической линзы закреплена оптическая линза, при этом между линзами выполнен зазор для подачи иммерсионной жидкости из цилиндрического канала.

3. Оптоакустический объектив по п. 1, отличающийся тем, что кольцевой пьезоэлектрический преобразователь представляет собой коаксиальную многоэлементную структуру, элементы которой предназначены для соединения с приемником или источником электрического сигнала через отдельные фазовращатели.

4. Оптоакустический объектив по п.1, отличающийся тем, что к звукопроводу прикреплено микроперемещающее устройство, к подвижной части которого прикреплено оптическое волокно, а втулка выполнена с возможностью продольного перемещения оптоволокна в ней.



 

Похожие патенты:

Использование: для настройки чувствительности рельсового ультразвукового дефектоскопа. Сущность изобретения заключается в том, что настройку чувствительности ведут не по образцовым изделиям с искусственно созданными дефектами, а по конструктивным элементам дефектоскопируемого рельсового пути.

Использование: для измерения глубины скважин посредством ультразвукового локационного устройства. Сущность изобретения заключается в том, что способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора включает излучение, прием ультразвуковых сигналов и измерение временных интервалов между излученным и принятым ультразвуковыми сигналами на двух частотах с разными периодами с последующей их коррекцией.

Изобретение относится к средствам механизации и автоматизации технологических операций при проведении неразрушающего контроля объектов промышленного производства или транспорта, например сварных швов ЖД цистерн и их креплений (хомутов).

Использование: для компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора. Сущность изобретения заключается в том, что устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора содержит два независимых канала, каждый из которых содержит генератор ультразвуковых сигналов, подключенный к излучателю, и последовательно соединенные приемник, усилитель, пороговое устройство, блок формирования временного интервала, блок измерения временного интервала.

Использование: для проверки работоспособности и калибровки внутритрубных инспекционных приборов на трубопроводном испытательном полигоне, а также для профилеметрии, толщинометрии и определения положения трубопровода.

Изобретение относится к геофизическим, в частности сейсмоакустическим, методам исследований и может быть использовано для калибровки характеристик сейсмоакустических преобразователей.

Изобретение относится к геофизическим, в частности сейсмоакустическим, устройствам исследований и может быть использовано для контроля характеристик преобразователей, применяющихся при мониторинге различных технических объектов.

Использование: для моделирования операций неразрушающего контроля в реальных условиях с использованием синтетических сигналов. Сущность изобретения заключается в том, что измеряют контролируемые параметры, связанные с положением зонда в пространстве, и генерируют связанные с контролируемыми параметрами синтетические сигналы, соответствующие операции неразрушающего контроля, при этом указанное генерирование синтетических сигналов частично обусловлено конфигурацией, генерируемой генератором конфигурации, которая представляет собой виртуальный макет конструкции, и устанавливают соответствие между контролируемыми параметрами и синтетическими сигналами.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для температурной компенсации в устройстве CMUT. Устройства CMUT используют во многих применениях, например, ультразвукового формирования изображения и измерения давления.

Изобретения относятся к медицинской технике, а именно к средствам применения ультразвука для бережного и быстрого нагревания образца. Способ анализа образца с использованием ультразвукового преобразователя состоит в управлении ультразвуковым преобразователем по меньшей мере на двух частотах, включающих в себя основную частоту и по меньшей мере одну альтернативную частоту, причем ультразвуковой преобразователь приводится в работу на основной частоте для генерации ультразвуковых волн, которые подлежат передаче внутрь образца, и на одной из альтернативных частот для генерации тепла в ультразвуковом преобразователе вследствие поглощения электрической мощности ультразвукового преобразователя, причем тепло используется для нагревания образца вследствие проводимости тепла, генерируемого в ультразвуковом преобразователе.

Использование: для определения упругих свойств детали с изогнутой поверхностью. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют излучение пучков ультразвуковых волн в направлении точки падения на поверхность детали таким образом, чтобы генерировать волны в упомянутой детали, при этом, зная толщину d1 детали в упомянутой точке падения в первом направлении D1, перпендикулярном к касательной плоскости в этой точке, и толщину d2 во втором направлении D2, образующем определенный угол α относительно первого направления, осуществляют первое измерение времени t1, необходимого передаваемым продольным волнам для прохождения расстояния d1 от упомянутой точки падения, второе измерение времени t2, необходимого передаваемым поперечным волнам для прохождения расстояния d2 от упомянутой точки падения, определяют модуль Юнга и/или коэффициент Пуассона материала на основании продольной VL=d1/t1 и поперечной VT=d2/t2 скоростей. Технический результат: обеспечение возможности неразрушающего контроля деталей, имеющих изогнутые формы. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к динамической локализации дефекта в дефектном изделии, полученном ковкой. Система локализации дефекта содержит средства обработки для моделирования операции ковки при помощи численного решения уравнений с получением набора моделей формования изделия, средства ввода для предоставления указанному средству обработки данных относительно дефекта в изделии, средства обработки для добавления к первой модели из набора отметчика дефекта и средства визуализации для отслеживания во времени отметчика дефекта. Отслеживание ведут на основе первой отмеченной модели ретроспективно или в перспективе. В результате обеспечивается возможность диагностировать распределение дефекта внутри изделия. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Использование: для обнаружения и анализа отложений в системе, вмещающей жидкость. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает: испускание, на первой стадии, ультразвуковым преобразователем ультразвукового испускаемого сигнала в направлении отражающего участка, регистрацию, на второй стадии, регистрирующим средством ультразвукового отраженного сигнала, полученного в результате отражения ультразвукового испускаемого сигнала в области отражающего участка, определение, на третьей стадии, распределения времени пробега регистрируемого ультразвукового отраженного сигнала в зависимости от заданной переменной и анализ, на четвертой стадии, распределения с целью выявления по меньшей мере частичного осаждения отложений на отражающем участке. Технический результат: обеспечение возможности обнаружить отложения и провести различие между разными типами отложений с более высокой точностью и с меньшей зависимостью от рабочих условий. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

Использование: для обнаружения дефектов в стенке трубопровода. Сущность изобретения заключается в том, что с помощью ультразвуковых преобразователей возбуждают импульсы упругой волны в перекачиваемой по трубопроводу жидкости под заданным углом к внутренней поверхности трубопровода по ходу перемещения дефектоскопа и против перемещения дефектоскопа через равные интервалы пройденного пути, анализируют эхо-импульсы из стенки трубопровода, амплитуды которых превысили заданный пороговый уровень, при этом измеряют время регистрации наибольшего эхоимпульса после каждого возбуждения ультразвукового преобразователя, а дефект считают зарегистрированным, если в течение не менее чем в трех последовательных возбуждениях ультразвукового преобразователя, излучающего ультразвуковые импульсы по ходу движения дефектоскопа, время регистрации эхо-импульса постоянно уменьшается, или у ультразвукового преобразователя, излучающего против хода движения дефектоскопа, время регистрации эхо-импульса постоянно увеличивается. Технический результат: повышение достоверности обнаружения дефектов. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение может быть использовано для измерения уровня границы жидкостей с разными плотностями и электропроводностями, диэлектрическими проницаемостями от 1,5 единиц, границы жидкость - осадок на предприятиях нефтегазовой отрасли в атомной энергетике. Техническим результатом является обеспечение возможности измерения уровня границы раздела жидкостей в емкости и повышение точности данного измерения. Технический результат достигается способом, заключающимся в том, что в устройство контроля и сигнализации заносят данные о высоте емкости с жидкостями или жидкостью с осадком, посредством радарного уровнемера измеряют расстояние до жидкости с меньшей плотностью, передают информацию в устройство контроля и сигнализации, запускают цикл измерения, при котором рассчитывают величину опускания ультразвукового датчика ниже уровня менее плотной жидкости, опускают настроенный на скорость распространения звука в менее плотной жидкости ультразвуковой датчик, посылают ультразвуковой сигнал от ультразвукового датчика и принимают сигнал, отраженный от более плотной жидкости или осадка, вычисляют уровень границы раздела жидкостей в емкости вычитанием из высоты емкости расчетной величины опускания ультразвукового датчика и измеренного им расстояния от него до границы раздела менее плотной жидкости и более плотной жидкости или осадка, сохраняют и выводят данные на внешние устройства. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области исследования материалов с помощью ультразвуковых волн акустическими контрольно-измерительными приборами и может быть использовано при неразрушающем контроле материалов и изделий в различных областях промышленности. Управляемый аттенюатор ультразвукового дефектоскопа содержит Г-образный аттенюатор 1, содержащий входной переменный резистор 2, резистор 3 и аналоговый ключ 4, подключенный к управляемому калиброванному усилителю 5. Управляемый калиброванный усилитель 5 содержит управляемый усилитель 6, выходы которого подключены к согласующему устройству 7, подключенному к управляемому усилителю 8. Выходы управляемого усилителя 8 соединены с устройством 9 управления и измерения, которое соединено со входом управления усилителем 6, со входом управления усилителем 8, аналоговым ключом 4 и дисплеем 10. Технический результат заключается в улучшении достоверности контроля дефектов деталей за счет повышения разрешающей способности дефектоскопа при определении размеров дефектов и их расположения. 1 ил.

Изобретение относится к области медицины, в частности к области онкологии и урологии, и касается способа выбора отделов предстательной железы для пункции при диагностике рака предстательной железы. Сущность способа заключается в том, что определяют значение специфического антигена в плазме крови, рассчитывают показатель относительной плотности простатического антигена. Далее проводят ультразвуковое исследование предстательной железы в В-режиме, определяют объем и структуру предстательной железы, проводят измерения и записи допплерометрических характеристик кровотока. Определяют вероятностный показатель онкологического процесса по формулеM=0,06PSA+0,65DPSA+0,17PSV-0,003VolPr+0,04RI-0,05PI-2,67, где M - вероятностный показатель онкологического процесса в каждом из участков; PSA - значение показателя простатического специфического антигена, нг/мл; DPSA - относительная плотность простатического специфического антигена, нг/мл/см3; PSV - пиковая систолическая скорость кровотока, см/с; VolPr - объем предстательной железы, см3; RI - индекс резистентности сосудов; PI - пульсационный индекс. Дополнительные биопсийные вколы производят в участках, где M>0,721. 3 табл., 3 пр.

Группа изобретений относится к средствам диагностики целостности корпуса оборудования. Технический результат – повышение точности определения потерь целостности корпуса оборудования. Предложен способ, согласно которому в технологической установке принимают первую последовательность измерений импеданса корпуса клапана в ответ на первую частоту, сохраняют указанную первую последовательность измерений импеданса, принимают вторую последовательность измерений импеданса корпуса клапана в ответ на вторую частоту, сохраняют указанную вторую последовательность измерений импеданса, сравнивают первую и вторую последовательности измерений импеданса и генерируют указание о потере целостности корпуса клапана, если первая последовательность измерений импеданса отклонена от второй последовательности измерений импеданса. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к геофизическим, в частности сейсмоакустическим, методам исследований, и может быть использовано для калибровки характеристик сейсмоакустических преобразователей. Согласно заявленному предложению используют монолитный блок с двумя отверстиями, устанавливают два - эталонный и калибруемый - сейсмоакустических преобразователя на монолитный блок, определяют непосредственно смещение рабочих поверхностей эталонного и калибруемого сейсмоакустических преобразователей раздельно через отверстия интерференционным измерителем линейных перемещений, в качестве которых используют многолучевые оптические интерферометры. В качестве излучателя используют мозаичную структуру, состоящую из нескольких пьезоэлементов. Каждый элемент мозаичной структуры управляется отдельно своим сигналом от генератора. Регулируя мощность излучения каждого элемента мозаичной структуры, добиваются одинаковых значений смещения, а затем проводят калибровку. Технический результат - повышение достоверности измерений и точности возбуждения.

Использование: для измерения параметров ультразвуковых волн (УЗВ) при исследованиях физико-механических характеристик материалов и дефектоскопии. Сущность изобретения заключается в том, что перед проведением основного измерения получают информацию о помехе, для чего в исследуемой среде располагают излучающий и приемный преобразователи, возбуждают и принимают ультразвуковые импульсы, нормируют амплитуду первого вступления, соответствующего волне помехи, запоминают полученный импульс, после чего проводят основное измерение, нормируют амплитуду первого вступления импульса, совмещают его с первым вступлением импульса, полученного при предварительном измерении, и производят вычитание импульсов. Причем при предварительном измерении излучающий и приемный преобразователи располагают так, чтобы после компенсации помехи в результирующем импульсе первое вступление формировалось полезным сигналом. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности измерения параметров ультразвуковых волн при исследованиях физико-механических характеристик материалов и дефектоскопии. 2 н.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области спектроскопии конденсированных сред и фотоакустического анализа материалов. Оптоакустический объектив содержит звукопровод с кольцевым пьезоэлектрическим преобразователем на одном его торце, акустической линзой на другом его торце и сквозным цилиндрическим каналом в центральной части, и оптоволокно, размещенное в цилиндрическом канале, а также переходное устройство, снабженное боковым штуцером для введения иммерсионной жидкости. Один конец переходного устройства закреплен в канале со стороны пьезоэлектрического преобразователя, а второй снабжен уплотняющей втулкой для герметизации оптоволокна. Диаметр канала и внутренний диаметр переходного устройства превышают диаметр оптоволокна на величину, обеспечивающую прохождение иммерсионной жидкости от штуцера к акустической линзе. Технический результат - обеспечение подачи иммерсионной жидкости непосредственно к области сканирования через канал в звукопроводе оптоакустического объектива, упрощение конструкции, возможность изменять глубину зондирования и область фокусировки лазерного излучения во время исследования. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх