Сложная акустическая линза Советский патент 1976 года по МПК B06B3/04 

(54) СЛОЖНАЯ АКУСТИЧЕСКАЯ ЛИНЗА

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

Известные сложные акустические линзы для применения в текучей среде, например жидкости, содержащие , по крайне 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 угоп, под которым сжатая волна переходит в деформированную волну.

Цель 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 наполнителя 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

необходимого изображения или фокусировке.

Элементы линзы выбраны так, чтобы скорость распространения акустических волн в них была больше скорости распространения акустических волн в среде, пропускающей волны вокруг системы линзы. Среда н аполнителя линзы выбрана так, чтобы скорость распространения акустических волн была меньше их скорости в

окружающей пропускающей волны среде. На фиг , 1 и 2 представлена линза ..центральный, вертикальный, поодэльный раэреоы} и две рг.зные конфигурации линзы. Фокусирующее действие акустической линзы обеспечивается двумя твердотелыми элементами линзы 1 я 2, двояковогнутыми, соединенными по их наружной стороне так, что между ними образуется полость 3. Полость 3 заполняют жвд.костыо 4. Жидкую акусти ескую линзу применяют в жидкой среде, поэтому ее помещают в ци линдрическ то трубу 5, оборванную на концах, с Ж1ЩКОСТЬЮ 6. Материал элементов линз выбран так, ч-то скорость акустических волн в нем высокая по сравнению со скоростью зтих волн в окружающей среде, отсюда вогнутая ИЛИ двояковогнутая конфигурация линзы. Если линза вогнутая (ускоряющая аку стическая линза), то образуется меньше аберра1шй и отражения, чем в выпуклой, замедляющей линзе. Поэтому лучше делать линзы из веществ, в которых скорость распространения больше, чем в окружаюяюй среде. Для образования соответствующе1Х) фокусирующего эффекта радиус кривизны поверхностей вогнутой линзы, например по верхностей линз 1 и 2, должен быть достаточно коротким, и поэтому поверхности каждой линзы имеют; большую кривизну. Если звуковые волны проходят хмежду жид костью и твердыл телом зюд угпом, не перпедикулярно, в твердом теле образуются де)ормийованяые 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 ускоряющего устройства линзы. Средства и cxyicxypa предлагаемой линзы снижают кривизну элементов линзы при фокусировке. Таким образом, потеря энергии и внутренний нагрев из-за превращения типа волн и поглощения снижаются. При снижении кривизны линзы толщина элементов линзы уменьщается, в результате уменьшается поглощение энергии. При превращении типа волн и поглощении энергии в данном cnyiae имеет место внутренний нагрев, являющийся причиной ошибки при воспроизведении. Отбираются материалы жидкого наполнителя 4, твердых эле ментов 1 и 2 и окружающей жидкой среды 6. В качестве окружающей жидкой среды 6 выбирается вода, потому что она - одна из наилучших сред, пригодных для соединения с биояогическЕ.,: матеpиaлa Ш, так как их удельное зв тсовое сопротивление приблизительно равно сопротивлению воды, В качестве материала твердых элементов линзы применяют полистирол. В качес1-ве жидкого наполнителя применяют фреон, кремниевые масла и гидрокарбоны, например из семейства гидрокарбонов. Хорошим материалом для жидкого наполнителя 4 является гидрокарбон F C7S. Скорость акуса-ических волн с частотой 3, 5 мгц, на которую система была запроектирована, -24-00 м в 1 сек в полистироле. 1500 м в 1 сек в воде и 60О м в 1 сек. в F С75. Акустические свойства полистирола для элементов линзы или только материалов для жидкого наполнителя 4 не очень отличаются от воды, чтобы ограничить кривизну линзы, но соответствующая комб шация этих материалов очень эффективна. Материалы для элементов линзы 1 и 2, жидкого наполнителя 4 и окружаюидей жидкой среды 6 выбираются так, что скорость распространения падающих ак;устических волн в среде, по крайней мере, сбоку от сложной акустической линзы, где звуковые волны падают, - промежуточная между скоростью распространения звуковых волн в среде элементов линзы 1 и 2 в среде жидкого наполнителя 4. В акустической линзе (см. фиг. 1) скорость распространения звуковых волн в твердых элементах линзы 1 и 2 и наполнителя 4 выше, чем в окружающей жидкой среде 6. ПОЭТО.МУ 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 А вместо воды. Снижается кривизна линз. Кривизна поверхностей элементов линзы 1 и 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 кривизны линзы 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 случае 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 окружаюшей 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 1О 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

/ / / 53 в жидкости герметизирован так, что не протекают жидкий наполнитель 11 и окружающая жидкость 8. Формула изобретения 1, Сложная акустическая линза, предназначенная для применения в текучей среде, например жидкости, содержашая, по крайней мере, пару двояковыпуклых или двояковогнутых линз и жидкостный наполнитель между ними, отличающая- с я тем, что, с целью снижения потерь энергии, аберрации и уменьшения ошибки воспроизведения, среда линз и наполнитель выполнены из такого материала, что скорость распространения звуковых волн в окружаюшей 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,отличающаяс я тем, что материал элементов линз 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,отличающаяс 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.

/2