Сложная акустическая линза

 

О П И С А Н И--Е-ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 53885

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительное к патенту (22) Заявлено21.08.73 {21) 1958082/10 (23) Приоритет — (32) (51) М. Кл.

В 06 B 3/04

Государственный номитет

Совета Министров СССР оо делам изооретений н открытий (33) (31) (43) Опубликовано05.12.76.Бюллетень № 45 (45) Дата опубликования описания30.03.77 (53) УДК 681.84. .084 (088.8) Иностранец

Филип Шепард Грин (США ) (72) Автор изобретения

Иностранная фирма

"Стенфорд Рисерч Институт" (США) (71) Заявитель (54) СЛОЖНАЯ АКУСТИЧЕСКАЯ ЛИНЗА

Изобретение относится к системам сложных акустических линз, которые црименяют в текучей среде для образования акустических изображений при падении акустических волн или для их фокусировки.

Известные сложные акустические линзы для применения в текучей среде, например жидкости, содержащие, по крайней мере, пару двояковыпуклых или двояковогнутых линз и жидкий наполнитель между ними, при распространении излучения в акустические волны вносят в плоскости сопряжения линзы дифракцию и аберрацию, ограничивающие изображение. В них с ростом угла падения большая доля сжатой волны переходит в энергию деформированной волны и существует критический угол, под которым сжатая волна переходит в деформированную волну.

Бель изобретения — снижение потерь энергии, аберрации и уменьшение ошибки воспроизведения. Для этого материалы предлагаемой линзы выбраны так, что скорость распространения акустических волн в среде, по крайней мере, на одной стороне сложной акустической линзы— промежуточная между скоростями акустических волн в среде элементов акустических линз и в среде жидкого наполнителя.

При соответствующем выборе относительной скорости распространения акустических волн в элементе линзы, окружающей жидкой среде и среде жидкого наполнитетo ля линзы в сложной линзе радиус кривизны твердых элементов линзы увеличивается до такой степени, что преобразование типа волн на границах раздела жидкость— твердое тело исключается при получении

l5 необходимого изображения или фокусировке.

Элементы линзы выбраны так, чтобы скорость распространения акустических волн в них была больше скорости распро2Î странения акустических волн в среде, пропускающей волны вокруг системы линзы.

Среда наполнителя линзы выбрана так, чтобы скорость распространения акустических воли была меньше их скорости в

25 окружающей пропускающей волны среде.

538653

На фит. 1 -»I 2 представлена линза (центральны1,, вертикальный, поодольный разрезы) и gIe разные конфигурации линзы.

Фокусирующее действие акустической линзы обеспечивается двумя твердотелыми элементами линзы 1 и 2, двояковогнутыми, соединеньыми I o их наружной стороне так, что между ними образуется полость

3. Полость 3 зацолняют жид,костью 4-.

Жидкую акустическую линзу применяют в жидкой среде, поэтому ее помешают в цилиндрическло трубу 5, оборванную на концах, с жидкостью 6.

Материал элементов линз выбран так, что скорость акустических волн в нем высокая по сравнению со скоростью этих волн в Окружающей среде, отсюда вогнутая или двояксвогллутая конфигурация линзы, Если линза вогнутая (ускоряющая акустическая линза), тс образуется меньше аберраций и отоажения, чем в выпуклой, замедляющей линзе. Поэтому лучше делать линзы из веществ, в которыхскорость распространения больше, чем в окружающей среде. Для Образования соответс ву о|цего фокусирующего эффекта радиус кривизны поверхностей вогнутой линзы, например поверхностей линз 1 и 2, должен быть достаточчо коротким, и поэтому поверхности каждой линзы имеют больш" ло кривизну .

Если звуковые волны проходят между жидкостью и твердым телом нод углом, не перпедикулярно, в твердом теле Образуются деформи@ованные волны в дополнение к продольным. Явление известно как превращение типа волн.

Поглощение энергии снижают правильным отбором твердых элементов линзы 1 и 2. Например, полистирол выбирают как материал для линзы из-за его низкой способности поглощать звук, т.е. низкой по сравнению с такими материалами, как люцит и стекло, а также из-за его низкой способности отражать в воде. Аберрация снижается за счет параметров конструкции и применения ускоряощего устройства линзы.

Средства и стуктура предлагаемой линзы снижают кривизну элементов линзы при фокусировке. Таким образом, потеря энергии и внутренний нагрев из-за превращения типа волн и погло:цения снижаются.

При снижении кривизны линзы толщина элементов линзы уменьшается, в результате уменьшается поглощение энергии. При превращении типа волн и поглощении энергии в данном случае имеет место внутренний нагрев, являющийся причиной ошибки при воспроизведении. Отбираются материалы жидкого наполнителя 4-, тве)здых эле ментов линзы 1 и 2 и окружающей жидкой среды 6. В качестве Окружающей жидкой среды 6 выбирается вода, потому что она — одна из наилрпцих сред, пригодных для соединения с биологиче:=ки:.. материалами, так как их удсльное звуковое сопротивление приблизительно равно сопротивлению воды. В качестве материала твердых элементов линзы применяют полистирол. В качестве жидкого наполнителя применяют фреон, кремниевые масла и гидрокарбоны, например из семейства гидрокарбонов. Хорошим материалом для жидкого наполнителя 4 является гидрокарбон Р С75. Скорость акустических волн с частотой 3„ 5 MIII, на которую систвла была запроектирована„-2400 м в 1 сек в полистироле, 1500 м в 1 сек в воде и 600 м в i сек. в F С75.

Акустические свойства полистиоола для элементов линзы или только материалов для жидкого налолнителя 4 не очень отличаются От воды„чтооы Ограничить кривизну линзь!, но соответствующая комбинация этих материалов очень эффективна. Материалы для элементов линзы 1 и 2, жидкого наполнителя 4 и окружающей жидкой среды 6 выбираются так, что скорость распространения падающих акустических волн в среде, по крайней мере, сбоку от сложной акустической линзы, где звуковые волны IIaqaIo"., — промежуточная между скоростью распространения звуковых волн в среде элементов линзы

1 и 2 в среде жидкого наполнителя 4.

В акустической линзе (cM. фиг. 1 ) скорость распространения звуковых волн в твердых элементах линзы 1 и 2 и наполнителя 4 выше, чем в окружающей жидкой среде 6. Поэтому наполнитель 4 выбирается таким, что скорость распространения звуковых волн в нем ниже скорости в среде 6. Разрешение может быть улучшено использованием среды наполнителя 6, в данном случае F С75, на стороне изображения линзы A вместо воды.

Снижается кривизна линз. Кривизна поверхностей элементов линзы 1 H 2 заметно снижается при данном фокусирующем действии. Это в результате того, что значительное преломление на внутренних границах между средой жидкого наполнителя 4 с твердыми элементами линзы 1 и 2 вызывается большим расхождением в скорости распространения звуковых волн в твердых элементах линзы 1 и 2 и жидком наполнителе 4. Снижение кривизчы линзы

538653 фактически — достаточное, чтобы заметно снизить необходимую толщину линзы.

В результате гораздо меньшее поглощение энергии в линзе и снижение аберрации. Далее отношения коэффициентов преломления материалов делаются большими, в результате уменьшается аберрация для линзы.

На фиг. 2 изображена сложная акустическая линза. 7 с окружением из воды 8.

Материал элементов линзы 9 и 10 в этом слу".ае выбирается так, что скорость подающих звуковых волн в нем меньше, чем в окружающей жидкой среде 8. Так как скорость звуковых волн меньше в элементах линзы 9 и 10, чем в окружающей жидкой среде, элементы звуковой линзы должны быть выпуклыми, в данном случае — двояковыпуклыми. Для получения соответствующего изображения без заметного превращения типа волн из-за ступенчатости искривленных поверхностей элементов линзы между двумя элементами линзы 9 и 10 вводится наполнитель 11.

Жидкий наполнитель 11 выбирается таким образом, что необходимая скорость звуковых волн больше, чем в окружающей среде 8.

Таким образом, материалы элементов линзы 9 и 10 и материал среды жидкого наполнителя 11 выбирается так, что скорость распространения акустических волн в окружающей среде, по крайней мере, на стороне падения звуковых волн, — промежуточная между скоростями в двух других средах. Цилиндрический корпус 12 линзы в жидкости герметизирован так, что не протекают жидкий наполнитель 11 и окружающая жидкость 8. б

Формула изобретения

1. Сложная акустическая линза, предназначенная для применения в текучей сре)р де, например жидкости, содержащая, по крайней мере, пару двояковыпуклых или двояковогнутых линз и жидкостный наполнитель между ними, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью снижения потерь

15 энергии, аберрации и уменьшения ошибки воспроизведения, среда линз и наполнитель выполнены из такого материала, что скорость распространения звуковых волн в окружающей среде, по крайней мере на одной стороне сложной акустической линзы, промежуточная между скоростями звуковых волн в среде линзы и наполнителя.

2. Линза по п. 1, о т л и ч а ю ш а яс я тем, что материал элементов линз и

И наполнителя выбран таким, что скорость распространения звуковых волн в нем выше скорости их распространения в окружающей среде, по крайней мере, на одной стороне падения звуковых волн.

3. Линза по п. 1, о т л и ч а ю ш а яс я тем, что материал элементов наполнителя выбран таким, что скорость распространения звуковых волн в нем ниже скорости распространения их в окружающей среде, по крайней мере, на одной стороне падения звуковых волн.

538653

ro

Составитель Н. Фомичев

Редактор О. Филиппова Техред М. Ликович Корректор В. Куприянов

Заказ 5733/34 Тираж 675 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113О35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проетная, 4