Ультразвуковое дисперсионное устройство Советский патент 1981 года по МПК H03H9/00 H03H9/30 

(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ ДИСПЕРСИОННОЕ УСТРОЙСТВО

1

Изобретение относится к линиям задержки дисперсионного типа, пред назначенным для формирования и обработки сигналов с частотной модуляцией, использующихся в радиолокации, гидролокации, связи.

Известно ультразвуковое дисперсионное устройство 1, выполненное в виде пластины с нанесенными на нее периодическими неоднородностями, однако данное устройство не позволяет обеспечить увеличение времени перепада групповой задержки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является ультразвуковое дисперсионное устройство 2, содержащее полосковый звукопровод, на одной из широких сторон которого расположены решетчатые .отражающие структуры, щтрихи которых взаимно перпендикулярны и размещены под одинаковыми углами к продольной оси звукопровода, входной и выходной преобразователи, установленные на одном из торцов звукопровода симметрично относительно середины каждой решетчатой структуры, и акустические поглотители, расположенные на других торцах.

Основным недостатком данного устройства является невозможность получения большой величины перепада времени груп повой задержки сигнала вследствие уменьшения амплитуды выходного сигнала, так

как при увеличении длины звукопровода возрастают потери на расхождение пучка упругой волны из-за конечных размеров ультразвуковых преобразователей. Поэтому такие устройства могут работать при размерах полосы звукопровода, не превышающих размеров ближней зоны .диаграммы направленности ультразвукового преобразователя.

Целью изобретения является увеличение перепада времени групповой задержки.

Для достижения данной цели в предлагаемом устройстве звукопровод выполнен в виде симметрично размещенных вдоль его продольной оси одинаковых групп секций, выполненных из материалов с различными скоростями распространения упругих колебаний, причем секции из материала с минимальной скоростью распространения упругих колебаний центрированы с входным и выходным преобразователями соответственно, а

каждая соседняя секция в направлении к боковым граням звукопровода выполнена из материала с большей скоростью распространения упругих колебаний.

Такая конструкция звукопровода обеспечивает фокусировку излучаемых входным ультразвуковым преобразователем упругих колебаний, вследствие чего увеличивается доля энергии упругих колебаний, достигающая выходного ультразвукового преобразователя, что позволяет увеличить длину звукопровода и, соответственно, получить больший перепад времени групповой задержки сигнала.

На фиг. 1 изображено ультразвуковое дисперсионное устройство; на фиг. 2 - образование вогнутого фронта упругой волны, принцип фокусировки упругих колебаний.

Устройство содержит полосу звукопровода, состоящую из секций 1, края которых с трех сторон покрыты звукопоглотителем 2. На свободном от звукопоглотителя торце размещены входной 3 и выходной 4 ультразвуковые преобразователи. На широкой поверхности полосы звукопровода размещены решетчатые отражающие структуры 5, штрихи которых взаимно перпендикулярны и расположены под одинаковыми углами (45°) к продольной оси звукопровода.

Секции 1 звукопровода образуют две одинаковые группы. Вдоль одной из них упругие волны типа SHo распространяются в сторону от выходного ультразвукового преобразователя 3, вдоль другой - обратно, в сторону входного ультразвукового преобразователя 4. Центральная секция каждой группы изготовлена из материала с минимальной скоростью распространения упругих колебаний. Симметрично относительно центральных секций каждой группы располагаются по две секции из материалов с одинаковой скоростью распространения упругих колебаний, причем тем большей, чем дальше от центральных секций расположены данные пары секций.

Входной 3 и выходной 4 ультразвуковые преобразователи, размещенные на торце звукопровода, центрированы с секциями, изготовленными из материалов с минимальной скоростью распространения упругих колебаний.

Решетчатые отражающие структуры 5 образованы множеством параллельных каHaiBOK либо утолщений, глубина которых составляет 2 - 5% от толщины полосы звукопровода, с щириной, равной половине длины волны на средней частоте спектра, передаваемого по звукопроводу сигнала. Расстояния между соседними канавками вдоль рещетчатой структуры неодинаковы и выбираются в соответствии с требуемым законом дисперсионной характеристики (зависимость времени групповой задержки от частоты). Одна отражающая структура располагается вдоль группы секций полосы

звукопровода, центрированной с входным 3, другая - с выходным 4 ультразвуковыми преобразователями, причем центр каждой канавки отражающих структур совпадает с секцией из материала с минимальной скоростью распространения упругих колебаний. Такое взаимное расположение ультразвуковых преобразователей, групп секций звукопровода и рещетчатых отражающих структур 5 обеспечивает прием выходным преобразователем максимальной доли энергии

упругих колебаний.

Устройство работает следующим образом Упругие колебания, излучаемые входным ультразвуковым 3 преобразователем, начинают распространяться вдоль одной группы

секций 1 звукопровода в соответствии с диаграммой направленности ультразвукового преобразователя, определяемой его размерами и длиной волны упругих колебаний. Встречая на пути распространения группы неоднородностей звукопровода, т. е. изменения толщины, образованные канавками отражающей структуры 5, расстояния между которыми равны половине длины волны упругого колебания, упругая волна отражается под углом, равным углу падения, т. е. под углом 90° к первоначальному направлению. Встречая на своем пути вторую отражающую структуру 5, упругая волна вновь отражается под углом 90° и нaпpaвляeтdя вдоль второй группы секций 1 звукопровода в сторону выходного 4 преобразователя,

который преобразует ее в электрический сигнал. В зависимости от длины волны упругих колебаний расстояние от входного 3 преобразователя до группы канавок с соответствующими размерами будет изменяться (расстояния между канавками изменяются

в соответствии с выбранным законом дисперсии), а следовательно, будет изменяться и время задержки.

Различные скорости распространения упругих колебаний в отдельных секциях 1

звукопровода являются причиной изменения направления ее фронта. На фиг. 2 показанообразование вогнутого фронта упругой волны в одной группе секций звукопровода за счет уменьшения скорости распространения в центральной ее части. Концы векторов

скоростей V|, Vj, УЗ образуют вогнутый фронт волны, перпендикулярно которому распространяется волна (пунктирные стрелки).

Таким образом, симметричное уменьшение скорости распространения упругих колебаний от секции к секции в звукопроводе к центру штрихов каждой решетчатой отражающей структуры приводит к фокусировке расходящейся упругой волны в каждой группе секций звукопровода, что увеличивает долю энергии, приходящую к выходному преобразователю, за счет чего можно увеличить длину звукопровода, а следовательно, и перепад времени групповой задержки сигнала.

Изменение скорости звука в отдельных секциях звукопровода может быть получено либо изменением модуля сдвига материала, например, путем локального отжига полосы звукопровода, либо увеличением плотности материала за счет диффузии атомов более тяжелых элементов внутрь полосы звукопровода.

Формула изобретения

Ультразвуковое дисперсионное устройство, содержащее полосковый звукопровод, на одной из широких сторон которого расположены решетчатые отражающие структуры, штрихи которых взаимно перпендикулярнь и расположены под одинаковыми углами к продольной оси звукопровода, вход ной и выходной преобразователи, размещенные на одном из узких торцов звукопровода симметрично относительно середины каждой решетчатой структуры, и акустические поглотители, расположенные на других торцах звукопровода, отличающееся тем, что, с целью увеличения перепада времени групповой задержки, звукопровод выполнен в виде симметрично размещенных вдоль его продольной оси одинаковых групп секций, выполненных из материалов с различными скоростями распространения упругих колебаний, причем секции из материала с минимальной скоростью распространения упругих колебаний центрированы с входным и выходным преобразователями соответственно, а каждая соседняя секция в направлении к бокювым граням звукопровода выполнена из материала с большей скоростью распространения упругих колебаний.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

on microwave theory and techniques. № MMT-21, № 4, 1973.

/

фуг. 2