Устройство для генерации ультразвуковых импульсов Советский патент 1975 года по МПК H04R17/00 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ

(54) ИМПУЛЬСОВ

Изобрьтение относится к приборостро- ению и может быть использовано в ультразвуковой дефектоскопии, медицинской акустике и в акустоэлектронике. В известных устройствах для генерации ультразвуковых импульсов, содержащих выс:{жочас 1отный генератор и электрически соединенный с ним активный ньезоэлеме П, для улучшения формы генерируемых ультразвуковых имнульсов н)именяют либо механическое демпфирование ньезоэлемента, либо электрическую комненсацию его паразитных колебаний, что снижает амплитуду ге)1ерируемых ультразвуковых импульсов. Цель изобретения - увеличение ампли туаы генерируемых импульсов. Для это1о в предлагаемом устройстве между непрерывно возбуждаемым активным ньезоэлементом и средой последовательно размешены акустический резонато и управ/гяюший пьезоэлемент, электричес ки с управляемой нктивноI индуктивной нагрузкой, причем управляющий ньезоэлемент opHenTHjioBan относительно смещений в ультразвуковой волне так, что смещения параллельны его гшезоактивному направлению. На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство для генергиши ультразвуковых импульсов. Высокочастотный генератор 1 электрически соединен с активным пьезоэлеэментом 2 через элемент 3 связи (например, емкость). Пьезоэлемент акустически нагружен на акустический резонатор 4, выполненный из материала с малым затуханием звука. Другая звуковая грань акустического резонатора нагружена на внешнюю среду 5 через унравляюший ньезоэлемент 6, к проводящим обкладкам которого подключена управляемая элект рнческая нагрузка 7. При этом управляющий пьезоэломент 6 ориентирован относи гельно смеще шй в ультразвуковой волне, возбуждаемой в акустическом резонаторе 4 так, что yкaг, смещения параллельны пьезоактивному направлении , управляющего пьезоэлемента 6.

Устройство работает следующим образом.

С помощью активного пьезоэлемента 2, возбуждаемого генератором 1 через элемент 3 связи в нещюрывном режиме, излучают в акустический резонатор 4 ультразвуковую волну. В исходном положении величину добротности Q электрической нагрузки 7 управляющего пьезоэлемента 6 устанавливают максимально возможной. При этом ультразвуковая волна почти полностью отражается от ; управляющего пьезоэлемента (коэффициент отражения R « 1, а коэффициент

поглощения 4D « О) ив акустическом резонаторе 4 идет процесс накопления акустической энергии, которьЛ проявляется в многократном увеличении амплитуды стоячей звуковой волны в нем. При достижении амплитуды стоячей звуковой волны в акустическом резонаторе стационарного значения резко уменьшают величину добротности Q электрической нагрузки 7 до минимального значения ( О, Si О). При этом коэффициент прохождения звука D для управляющего пьезоэлемента 6 возрастает до 1 и накопленную в акустическом резонаторе 4 энергию излучают во внешнюю среду 5 ;

в виде прямоугольного ультразвукового ;

импульса длительностью ( r.,

L где I длина акустического резонатора

4, С - скорость распространения звука в материале акустического резонатора 4.; По истечении времени Т с момента начала излучения ультразвукового импульса во внешнюю среду 5, добротность Ц электрической нагрузки 7 опять устанавливают максимальной и, описанный выше процесс повторяется.

Таким образом, при импульсном периодическом изменении добротности элект-

I рической нагрузки 7 управляющегоГ |

пьезоэлемента 6 от максимально возможг, ной до О происходит излучение ультразвуковых импудьсов повьпиенной интей5 сивности во внешнюю среду 5.

Пример осуществления предлагаемого устройства. Устройство состоит из кварцевого резонатора, кварцевого звукопровода и полуволнового управляющего пьезоэлемента из LlNbOa- среза, на управляющий пьезоэлемент нормально падает плоская сдвиговая вол-гна с заданной амплитудой смещения. |При Q 2ОО имеют R О,992;j

15 0,007. С другой стороны, при Q О имеют 1 О; .0 1.

Рассмотренный пример показывает, 20 что при Q 200 амплитуда звуковой волны в резонаторе может в 100 раз превьш1ать амплитуду звуковой волны в еде, а при Q О амплитуды звукоBbix волн в резонаторе ЗГ среде равны. 25

Предмет изобретения

Устройство для генерации ультразвукоBbix импульсов, содержащее высокочастот-

30 ный генератор и электрически соединенный. с ним активный пьезоэлемейт, о т л и чающееся тем, что, с целью уверичения амплитуды генерируемых импульсоэ, между непрерывно возбуждаемым активным

35 пьезоэлементом и средой последовательно размешены акустический резонатор и управляющий пьезоэлемент, электрически соединенный с управляемой активно-индуктивной наг-рузкой, причем управляющий

40 пьезоэлемент ориентирован относительно смещений в ультразвуковой так, что смещения параллельны его пьезоактивному направ/гению.

У

/