СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОГО СОГЛАСОВАНИЯ СРЕД Российский патент 1995 года по МПК G01N29/24 

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в ультразвуковой аппаратуре технологического назначения, например в камерных ультразвуковых преобразователях или в резервуарах ультразвуковой очистки.

Известен способ акустического согласования путем формирования между средами тонкого акустически однородного промежуточного слоя с плоскими границами контакта. Толщина такого слоя составляет четверть длины волны ультразвука в его материале, имеющем удельное акустическое сопротивление, равное среднегеометрическому значению сопротивлений согласуемых сред [1]
Наиболее близким к предлагаемому является способ акустического согласования сред с плоскими границами посредством формирования между ними четвертьволнового слоя, причем на одной из границ последнего выполняют пустотелые конические углубления, которые покрывают мембраной. Недостатком этого способа является его низкая технологичность ввиду сложности подбора материала слоя, расстояний между углублениями и их суммарной относительной площади [2]
Задача изобретения заключается в упрощении подбора согласующего слоя и его геометрических характеристик.

Это достигается путем выполнения на контактной границе в среде с более высоким акустическим сопротивлением пустотелых углублений прямоугольной формы. Наилучшее согласование сред достигается в том случае, когда отношение β суммарной площади углубления в проекции на поверхность контакта сред к площади последней и их глубину l устанавливают из соотношений
где Z₁ и Z₂ акустические сопротивления согласуемых сред;
λ- длина волны ультразвука в среде с более высоким значением Z₂ акустического сопротивления.

На чертеже показана схема осуществления предлагаемого способа при согласовании двух твердых сред (а), твердой среды и жидкости (б) и двух несмешивающихся жидкостей консистентных сред, эластомеров (в).

Hа границе 3 двух твердых сред 1 и 2 в среде 2 с более высоким акустическим сопротивлением выполнены углубления 4 прямоугольной формы. Эти углубления выполняют любым известным способом механической обработки, обеспечивающим выборку материала, например сверлением. Для максимального согласования сред 1 и 2 отношение β суммарной площади углублений 4 в проекции на поверхность контакта сред к площади последней и их глубину l устанавливают из приведен- ных соотношений. Так как 0 < β ≅ то очевидно, что согласование сред по предлагаемому способу возможно только при Z₂ > Z₁, т.е. углубления выполняют в среде с более высоким акустическим сопротивлением. Рационально все углубления выполнять одинакового размера и распределять их равномерно по площади контакта. Глубину углублений 4 в простейшем случае устанавливают равной четверти длины волны ультразвука в среде 2.

Предлагаемый способ обеспечивает акустическое согласование сред при прохождении колебаниями границы раздела в любом направлении. Если требуется согласование только для однонаправленного падения колебаний на границу, а именно со стороны среды 1, то глубина углублений не является существенным признаком и может быть любой. При выполнении условия согласования исходя из приведенных соотношений эффект согласования будет полным.

Предлагаемый способ акустического согласования сред может применяться и для согласования твердой среды с акустически менее жесткой жидкостью. В этом случае для предотвращения проникновения жидкости в углубления последние закрывают мембраной 5, которая, с одной стороны, имеет хороший акустический контакт с ненарушенными участками поверхности твердого тела, а с другой стороны, является акустически тонкой. Эти условия легко выполняются, например, путем приклеивания к твердой среде после выполнения в последней углублений мембраны, имеющей толщину на 1-2 порядка меньше, чем длина ультразвуковой волны в ее материале. Толщина клеевого слоя также должна быть акустически малой в сравнении с длиной ультразвуковой волны в отвердевшем клеевом составе.

Предлагаемый способ может применяться и для согласования двух жидкостей с разными акустическими сопротивлениями или, что аналогично, двух консистентных сред либо эластомеров. В этом случае мембрану 6 выполняют фигурной (например, путем пропайки тонких слоев металла) с пустотелыми полостями. Мембрану 6 размещают на границе жидкостей так, чтобы полости были направлены внутрь жидкости с более высоким акустическим сопротивлением. Аналогично можно осуществлять согласование жидкости с твердой средой, имеющей в сравнении с жидкостью меньшее значение акустического сопротивления.

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в ультразвуковой аппаратуре технологического назначения, например в камерных ультразвуковых преобразователях или резервуарах ультразвуковой очистки. Задача изобретения упрощение подбора согласующего слоя. При согласовании двух сред с плоской границей контакта на этой границе в среде с повышенным акустическим сопротивлением выполняют пустотелые углубления прямоугольного сечения, удельную площадь β и глубину l которых устанавливают из соотношений где Z₁ и Z₂ акустические сопротивления согласуемых сред; λ длина ультразвуковой волны в среде с повышенным значением Z₂- акустического сопротивления. Изобретение позволяет упростить способ и сделать его высокотехнологичным при согласовании как твердых сред, так и твердого тела с жидкостью. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОГО СОГЛАСОВАНИЯ СРЕД с плоской границей контакта, заключающийся в том, что на контактной границе в среде с более высоким акустическим сопротивлением выполняют пустотелые углубления, отличающийся тем, что углубления выполняют прямоугольной формы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отношение β суммарной площади углублений в проекции на поверхность контакта сред к площади последней и их глубину l устанавливают из соотношений

где z₁ и z₂ акустическое сопротивление согласуемых сред;
λ длина ультразвуковой волны в среде с более высоким значением акустического сопротивления.