Способ визуализации акустических полей в твердотельных звукопроводах Советский патент 1986 года по МПК G01N29/04 

кэ : Изобретение относится к области н1еразрушающего контроля материалов и изделий, может быть использовано в физических исследованиях и технических приложениях, например, при разработке твердотельных линий задержки, где необходимо иметь информацию о структуре акустических полей в звукопроводах и является усовершенствованием способа по авт.св. № 691749. : Цель изобретения - определение поляризации волны в визуализируемом акустическом поле. На Чертеже представлена схема реализации способа визуализации акустических полей в твердотельных звукопроводах. Устройство содержит твердотельный звукопровод 1р пьезокерамичес,Кий преобразователь 2j металлически обкладки 3 и 4, упругую сферу 5, акустическую связку 6, пластину-ана лизатор 7 о Способ визуализации акустических волей в твердотельньтх звукопроводах осуществляется следующим образом,, При определении поляризации ульт развуковой волны, излученной преобразователем 2 в твердотельный звукопровод 1, выполненный из плавлен кого кварца в виде прямоуго 1ьного параллелепипеда, возбуждают ультразвуковую волну в направлении передней базовой грани (торца) звукопровода 1. Возбуждение ультразвуковых колебаний производят пьезопре™ -образователем 2,, изготовленным из монокристалла ниобата лития в ви,це Плоскопараллельной пластины, котора размещена между двумя алюминиевыми обкладками 3 и 4 Твердотельный зву копровод 1 жестко крепят путем вкле вания в корпусе высокочастотного ус ройства (не показано) так, что металлические обкладки 3 и 4 пьезопре образователя 2 электрически контактируют с выходом этого высокочастот ного устройства, Твердотельн&1Й звукопровод 1 размещают в корпусе вы; со1сочастотного устройства таким образом, чтобы отражающий торец (гран его параллельньгй базовой грани, ока зался доступным: для внешнего воздействия. Ультразвуковая волна, излученная пьезопреобразователем 2, распростра няется в направлении отражающего 7 . 3 торца звукопровода 1 и в силу значительного отличия акустических им- педансов кварца и воздуха полностью отражается от торца звукопровода 1. Отразившаяся волна возвращается к пьезопреобразователю 2, где трансформируется в электромагнитный импульс (эхо-сигнал)5 амплитуда которого пропорциональна интегральной интенсивности принятой пьезопреобразователем 2 ультразвуковой волны. Для регистрации эхо-импульса используют эхо-импульсную методику измерений, дополненную схемой калиброванного интегратора, которая позволяет зафиксировать малые (,1 дБ) изменения амплитуды эхо-импульсного высокочастотного сигнала, снимаемого с пьезопреобразователя 2, Затем внешним воздействием изменяют отражательную способность в локальной области отражающего конца твердотельного звукопровода 1. Для этого используют ме ханическое давление стальной сферы 5 диаметром 2 lyiM, которую прижимают к отражающему торцу звукопровода внешним усилием F 0,5 кг. Такое внешнее воздействие приводит к рассеянию в образованной контактной области (диаметр d 0,02 мм) падающей на отражаюнуий торец звукопровода 1 ультразвуковой волны, что .регистрируется как уменьшение надо( 0,5 дВ амплитуды эхо-импульса, снимаемого с пьеэопреобразователя 2, После этого образованной контактной областью сканируют по поверхности отражающего торца звукопровода 1 и одновременно регистрируют амплитуду эхо-импульсаJ снимаемого с пьезопреобразователя 2. В результате получают картину визуализируемого акустического поля на отражающем торце твердотельного звукопровода 1. Затем с помощью акустической связки 6j например расплавленного сапола, создают акустический контакт отражающего торца твердотельного звукопровода 1 с гшастиной-анализато ом 7 и пропускают через нее исследуемую акустическую волну. Поскольку пластина-анализатор 7 выполнена из однопреломляющего акустического материала, например монокристалла кварца р ориентированного осью симметрии третьегс порядка (осью Z) вдоль тол3щины этой пластины-анализатора 7, ультразвуковая волна распространяется в направлении свободной HOBBJI ности пластины-анализатора 7 таким образом, что поток энергии этой волны имеет направление, однозначно зависящее от поляризации. В случае продольной поляризации рассматриваемая волна распространяется вдоль нормали к поверхности пластины-анализатора 7, которая по направлению совпадает с кристаллографической осью Z. В отличие от ЭГого ультразвуковая волна сдвиговой поляризации распространяется та ким образом, что поток энергии этой волны направлен под углом к оси Z, причем величина этого угла определяется явлением внутренней конической рефракции. В частности, в монокристалле кварца угол внутренней конической рефракции Ч составля ет 1 7 . Область отражения ультразвуковой волны продольной поляризации располагается на свободной по верхности пластины-анализатора 7 та ким образом, что ее геометрический центр находится на одной оси с цент ром пьезопреобразователя 2, причем направление этой оси совпадает с нормалью к поверхности пластины-ана лизатора. Область отражения волны сдвиговой поляризахщи размещается на свободной поверхности пластиныанализатора 7 так, что центр этой области располагается на окружности радиуса R htgV, где h - толщина пластины-анализатора 7. Азимутальное положение центра области отражения сдвиговой волны на этой окружности однозначно связано с поляризацией этой волны, т.е направление вектора смещения частиц и. После отражения от свободной поверхности пластины-анализатора 7 ра сматриваемая ультразвуковая волна по той же траектории возвращается к пьезопреобразователю 2, где транс формируется в электромагнитный эхо974сигнал, который регистрируется. Затем внешним воздействием, в качестве которого также используется механическое давление стальной сферой 5 диаметром 2 мм, прижимаемой к свободной поверхности пластинь1-анализатора 7 последовательно по всей ее площади. При этом, используя эхо-импульсную методику, регистрируют изменение интенсивности отразившейся от свободной поверхности пластины-аналиаатора 7 ультразвуковой волны и получают картину визуализируемого акустического поля на этой поверхности пластины-анализатора 7. В дальнейшем сопоставляют полученную ранее картину визуализируемого акустического поля на отражающем торце твердотельного звукопровода 1 с картиной поля этой волны на свободной поверхности пластины-анализатора 7 и из сравнения геометрических координат этих картин получают информащсо о поляризации рассматриваемой волны. Предлагаемый способ позволяет в наглядной форме получить информацию о влиянии различных внешних факторов на поляризацию акустической волны в ТЕзрдотельном звукопроводе. Формула изобретения Способ визуализации акустическиЬс полей в твердотельных звукопроводах по авт.св. № 691749, отличающийся тем, что, с целью определения поляризации волны в визуализируемом поле, на поверхности твердотельного звукопровода через тически прозрачный слой устанавливают пластину-анализатор из однопреломляющего акустического материала, локально изменяют отражательную способность свободной поверхности пластины-анализатора последовательно по всей ее площади, осуществляют визуализацию акустического поля на поверхности пластиныанализатора, а искомый параметр определяют путем сравнения полученных картин визуализируемого поля на отражающем конце твердотельного звукопровода и свободной поверхности пластины-анализатора.

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и изделий и может найти применение в фи зических исследованиях при определении поляризационных характеристик акустических полей, а также в различных технических приложениях. Целью изобретения является определение поляризации волны в визуализи- . руемом акустическом поле. При визуализации акустических полей в твердотельных звукопроводах дополнительно с помощью акустической связки создают акустический контакт отражающего конца твердотельного эвукопровода с пластиной-анализатором, выполненной из однопреломляющего акустического материала. Затем пропускают акустические колебания, возбужденные в этом твердотельном звукопроводе пьезоэлектрическим преобразователем с металлическими обкладками через пластину-анализатор.Далее с помощью упругой сферы локально изменяют отражающую способность свободной поверхности пластины-анализатора последовательно по всей ее площади, осуществляют визуализацию акустического поля на этой поверхности пластины-анализатора. После этого сопоставляют полученные картины визуализируемого акустическог6 поля на отражающем торце твердотельного звукопровода и свободной поверхности пластины-анализатора и по результатам сравнения получают информацию о поляризации волны в рассматриваемом акустическом поле.1 ил.