Способ изготовления акустической линзы Советский патент 1988 года по МПК B06B3/04 

4

СП

00

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

циллирует с некоторым периодом L (фиг. 1), определяемым распределением упругих свойств и в случае фокусирующего (параболического) распределения равным

L

2gR.

(2)

10

V2(l-uoAW где uo и v(R) -скорости УЗВ на оси линзы и на ее поверхности соответственно;

зом.

R - радиус линзы. Описанные явления имеют место в случае параболического распределения упругих свойств (1), которое сравнительно просто осуществляется методом ионообменной дифполученной предлагаемым способом акусти- j фузии в предлагаемом способе, ческой линзы с ходом акустического луча вСпособ осуществляют следующим обраней; на фиг. 2 - схема осуществления способа; на фиг. 3 - график, иллюстрирующий диапазоны изменения акустических волновых сопротивлений для продольных УЗВ (Z() в линзах, полученных предла- 20 или jVa, предварительно разогревается до гаемым способом (кривые 1-4) и при по- нужной температуры внутри шахтной верти- мощи известного способа (кривая 5) в зависимости от мольной концентрации окисла , содержащегося в исходном стекле, где R-TI, Cs, Rb, /С, Na или Li; на фиг. 4 - зависимости инкрементов скоростей поперечных УЗВ (АК//АС) для стекол системы SiOz-R-2O при постоянной концентрации RzO мол.% 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-сим- 35 товки определяются так же, как и в известном метричное распределение акустического по- 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

Заготовка для линзы 3, представляющая собой стержень из стекла состава SiO2- RzO, где катионом R может быть Т1, Cs, Rb, R

кальной печи 4, после чего погружается в расплав солей 5, содержащий катион, по массе меньший, чем катион R стекла заготовки, при этом расплав находится в термо- 2 стойком стакане 6. Температура расплава измеряется термопарой 7 и поддерживается автоматическим управляющим прибором 8 в течение всего заданного времени. После окончания процесса печь 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 заго30

казателя преломления по закону 1

- |4-9тг г2/Т По г /L

где По и п(г) - акустические показатели пре- ° сравнению с известным способом.

ломления на оси линзы и на предлагаемом способе применены сисрасстоянии г от нее соответ-темы силикатных стекол (S/02-/ 2C), в котоственно Р катионом R может быть /С, Rb, Cs или Tl,

L - длина периодичности осцил- Р этом в них практически не наблюдаются

ляции акустического луча в45 Ри таллизационные процессы, диапазон рателе стержня (линзы).бочих температур ведения процесса ниже

В такой линзе согласно распределению 100-200°С, чем в известном способе, а

(1) скорость упругих волн возрастает от осивеличины акустических сопротивлений на

стержня (линзы) к поверхности вдоль радиу-30-50% меньше, что приводит к увелиса, что приводит к искривлению первоначаль-чению энергетического коэффициента проного фронта акустической волны в теле линзы50 хождения dy при работе линзы в воде на

и, следовательно, к фокусировке упругой30-40%. Кроме того, исходные стекольные

волны на определенном расстоянии от вход-системы в предлагаемом способе обладают

ного торца линзы. Далее акустические лучибольшими относительными изменениями (инстановятся расходящимися, но за счет реф-крементами) механических свойств, т. е. скоракции в неоднородной среде снова сходят-Р Р ионообменных реакциях изся на оси линзы через определенное рас--55 меняются значительнее в расчете на 1 мол.%

стоянии вдоль нее. Таким образом, акусти-измененной концентрации катиона R стекла

ческий луч, падающий первоначально в н-а- правлении, параллельном оси стержня, ос(фиг. 4). Большие инкременты механических свойств исходных стекол позволяют поциллирует с некоторым периодом L (фиг. 1), определяемым распределением упругих свойств и в случае фокусирующего (параболического) распределения равным

L

2gR.

(2)

V2(l-uoAW где uo и v(R) -скорости УЗВ на оси линзы и на ее поверхности соответственно;

R - радиус линзы. Описанные явления имеют место в случае параболического распределения упругих свойств (1), которое сравнительно просто осуществляется методом ионообменной дифзом.

или нужн

или jVa, предварительно разогревается до нужной температуры внутри шахтной верти-

Заготовка для линзы 3, представляющая собой стержень из стекла состава SiO2- RzO, где катионом R может быть Т1, Cs, Rb, R

или jVa, предварительно разогревается до нужной температуры внутри шахтной верти-

товки определяются так же, как и в известном способе, так как в предлагаемом способе

кальной печи 4, после чего погружается в расплав солей 5, содержащий катион, по массе меньший, чем катион R стекла заготовки, при этом расплав находится в термо- стойком стакане 6. Температура расплава измеряется термопарой 7 и поддерживается автоматическим управляющим прибором 8 в течение всего заданного времени. После окончания процесса печь 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 заго

измененной концентрации катиона R стекла

(фиг. 4). Большие инкременты механических свойств исходных стекол позволяют получать линзы с малым рабочим отрезком 5j (фиг. 1), который непосредственно зависит от длины периодичности L и определяется как

Lctg(2nZm

s;

2«r

(3)

10

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 уменьше- з ния кристаллизационных процессов в ее объеме, улучшить условия согласования линзы, работающей в жидкости, за счет снижения ее акустического сопротивления, получать короткофокусные и малые по длине

Формула изобретения

Способ изготовления акустиче путем формирования распределе ческого показателя преломления ном стержне с помощью ионообм фузии из расплава, отличающийс с целью расширения возможност и улучшения фокусирующих сво в качестве материала стержня стекло, содержащее SiO и RzO, ном R является либо таллий, л либо рубидий, либо калий, либо качестве расплава - расплав со жащий щелочной катион, по масс

линзы с небольшим собственным поглоще- 20 чем катион R исходного стекла.

0

з

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.

Формула изобретения

Способ изготовления акустической линзы путем формирования распределения акустического 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 SiO и RzO, 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.

0 чем катион R исходного стекла.

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.

AKLjcmuvecKuu Jiij4 - Фронты падающей Волны

Фив Л

К нагре8атели} печи

16

МОА.%

юо60ад2Г

Фиг.д