Устройство для получения акустических изображений объектов Советский патент 1979 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля объектов акустическими методами и может быть использовано для дефектоскопии изделий и получения изображений внутренних структур и органов в медицинской диагностике. Известно устройство для получения акустических изображений объекта методом дифракции света на ультразвуке, отраженном объектом и несущим информацию о его внутренних структуpaXv/Это устройство содержит кювету, заполненную водой, в которой помещгиот объект, последовательно соединенные узел синхронизации, генератор электрических колебаний и помещенный в кювету преобразователь, лазер, оптический модулятор, синхронизированный с генератором, сферический коллиматор, расположенные с двух противоположных сторон кюветы положи тельную цилиндрическую линзу и систе му формирования видимого изображения объекта i. В устройстве акустическое изображение формируется следующим образом. Отраженный от визуализируемого се чения объекта ультразвуковой импульс формируемый преобразователемгблагодаря наличию узла синхронизации достигает области взаимодействия света и звука в момент включения с помощью оптического модулятора импульса лазерного излучения. Различные сечения объекта визуализируются с помощью системы формирования видимого изображения а результате дифракции на ультразвуке излучения лазера, имеющего конусообразную форму, образованную сферическим коллиматором и положительной цилиндрической линзой. Данное устройство является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату. Существенным недостатком его является невозможность реализации удовлетворительной разрешающей способности одновременно по осям объекта, совпадающим с направлением света и звука, а также невысокая пороговая чувствительность. Причина низкой разрешающей способности связана с тем, что в импульсном режиме разрешение зависит от соотношения между -длительностью импульса звука t, длительностью импульса света tj и диаметром пучка света D, падающего на положительную цилиндрическую линзу. Если импульс звука, распространяющийся со скорос тью V, заполняет за время апертуру света D/ что выполняется при условии t-jV 5 , то разрешен в направлении света дх может соотве ствовать дифракционному пределу (1) где F- фокусное расстояние цилиндрической линзы; Л- длина волны звука. Однако, в этом случае разрешение в направлении звука Д 2 -|-(-tj..) и превышает полуширину пучка света, что является неудовлетворительным. Улучшение разрешенияд2 происходит при использовании коротких импульсов света и звука таких, что D i:ftV . В этом случае разрешение (-ta..v)H может быть дост точно малым. Однако, при этом импульсе ультразвука за время tc заполняет лишь часть апертуры D, в связи с чем эффективное значение численной апертуры F/D возрастает, что приводит к ухудшению разрешения Дх в соответствии с формулой (1). Кроме того, в данном случае происхо дит падение пороговой чувствительности, так как не все излучение лазера взаимодействует с импульсом звука. Целью изобретения является повыш ние разрешающей способности и чувст вительности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство вво дится расположенная между сферическим коллиматором и положительной ци линдрической линзой система формиро вания полосового пучка света и сканирования им ультразвукового поля, отраженного объектом, состоящей из установленных последовательно цилин рического коллиматора и двух синхронно вращающихся зеркал. В таком устройстве осуществляетс линейное сканирование со скоростью V апертуры цилиндрической линзы узким пучком света шириной , которое начинается в момент прихода импульса звука в область взаимодействия. В этом случае взаимодействие света и короткого импульса звука происходит в течение времени D/v прохождения импульсом звука апертур линзы так/ что эффективная численна апертура равна F/D, и разрещение лх соответствует дифракционному пределу (1). В то же время разрешение Д7 5rta. и может достигать предель } ного значения А/2, так как взаимодействие происходит лишь с отраженн импульсом, протяженность которого в пространстве . Кроме того, в , предложенном устройстве улучшается пороговая чувствительность по сравнению с известным, так как все излу-: чение лазера взаимодействует с компонентами углового спектра отраженного импульса звука. Предложенное устройство поясняется приведенной схемой. Устройство содержит кювету 1, заполненную водой, последовательно соединенные помещенный в кювету преобразователь 2, генератор электрических колебаний 3 и узел синхронизации, состоящей из последовательно соединенных импульсного модулятора 4, регулируемого каскада 5 временной задержки и фотоэлемента б. Устройство также снабжено установленными последовательно лазером 7, сферическим коллиматором 8, служащим для расширения пучка излучения, системой формирования полосового пучка света и сканирования им ультразвукового поля, отраженного объектом, состоящей из расположенного последовательно цилиндрического коллиматора 9 и двух синхронно вращающихся зеркал 10. За тем установлены -с двух противоположных сторон кюветы положительная цилиндрическая линза 11 и система формирования видимого изображения объекта, состоящая из расположенных последовательно проекционной цилиндрической линзы 12, пространственного фильтра 13, корректирующей линзы 14 и экрана 15.. Акустическое изображение в устрой- стве формируется следующим образом. Отраженный от визуализируемого сечения объекта 16 ультразвуковой импульс, формируемый преобразователем 2, благодаря нгшичию узла синхронизации достигает ближнюю к объекту границу области взаимодействия света и звука в тот момент, когда с помощьк зеркал 10 начинается сканирование апертуры линзы 11 излучением лазера 7, сфокусированным в полосовой пучок коллиматорами 8 и 9. По мере прохождения отраженным импульсом звука области взаимодействия за счет дифракции света на звуке происходит трансформация пространственного углового спектра ультразвукового поля в пространственный угловой спектр оптического излучения, и вблизи фокуса линзы 11 формируется уменьшенное изображение визуализируемого сечения объекта. С помощью системы формирования видимого изображения на экране 15 формируется изображение исследуемого сечения объекта. Регулировка времени задержки в каскаде 5 дает возможность наблюдать на экране различные сечения объекта. Предлагаемое устройство выгодно отличается от указанного прототипа, т.к. дает возможность визуализировать сечения объектов с лучшей раз