Ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн Советский патент 1983 года по МПК G01N29/00 B06B1/06 

(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СДВИГОВЫХ

ВОЛН

Изобретение относится к контрольноизмерительной аппаратуре и может быть использовано для контроля мате жалов в различных отраслях народного хозяйст ва, медицине и биологии. . По основному авт. ев, № 8762О1 известен ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн, содержащий жидкостную призму, контактирующий с ней пьезоэле мент, твердотелую призму, предназначенную для контакта с исследуемой средой, острый угол ot жидкостной призмы выбра из условия sin где Ci .- скорость продольных волн в жидкостной призме; С - скорость сдвиговых волн в 1 твердотелой призме, твердотелая призма выполнена прямоугол ной с равными сторонами, а материал ее и жидкостнсй призмы выбран из условия-( Я,/Р2Г (Ц/ЧГ где р - плотность материала жидкости ной призмы; РП - ПЛОТНОСТЬ материала твердотелой призмы с 1 . Недостатком известного преобразователя является то, что он не позволяет оперативно измерять скорость и коэффициент поглощения в биологических тканях invtvo при малой интенсивности сигналов, работа с пьезоприемниками сдвиговых волн требует приклеивания их к исследуемой биологическая ткани, при перпендикуля к ном падении сдвиговой волны на жидкий слой она не проходит на пьезоприемник. Цель изобретения - раЬщирение функциональных возможностей путем операти&« ного измерения скорости и коэффициента поглощения, & Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковой преобразоватепь сдвиговых волн, содержащий мсидкостную призму, контактирующий с ней пьезоэле мент, твердотелую призму, лрецназначен ную для контакта с исследуемой срецой, острый угол бС жидкостной призмы выбран из условия ( Ч-1 ot qrC5in , г Vt2 О. скорость продольных волн ь жидкостной призме; С - скорость сдвиговых волн в 2 твердотелой призме, твердотелая призма выполнена прямо угольной с равными сторонами, а материал ее. и жидкостной призмы выбран из условия ,Р м , 1Я./Я2)- ЧЧ/Ч) где р h плотность материала жидкостно призмы; плотность материала твердо« телой призмы; снабжен плоской, пластиной, образующей с тверцотелой призмой угол 45 , и двум приемниками сдвиговых волн, размещен- ными в пластине заподлицо на рассто1ши не превышающем диаметра излучающего пьезоэлемента. В качестве приемников сдвиговых волн использованы пьезопластины продол ных волн. На чертеже представлена структурная схема ультразвукового преобразователя сдвиговых волн. Ультразвуковой преобразователь сдви говых волн содержит излучающий пьезо« элемент 1 продольцых волн, жидкостнуто призму 2, плотность материала которой р, с острым углом об, взаимодействующую с пьезоэлементом 1 твердотелую призму 3, плотность материала которой Р2 с острым углом 45, взаимодейству щую с жидкостной призмой 2, корпус 4 преобразователя, обеспечивающий герметичность жидкостной призмы 2, плоскую пластину 5, шарнирно скрепленную с твердотелой призмой 3 и образующую с ее рабочей гранью угол 45. В - -стин 5 вьшолнены два отверстия, в хоторых заподлицо с поверхностью пластины 5 размещены два приемника 6 и 7 сдвиго вых волн, в качестве которых использованы пьезопластины продольных волн, на расстоянии между осями, не превыша 5в диаметра излучающего пьезоэлемея- Злы-развуковой преобразователь сдвиговых волн работает следующим образом. Пьезоэлемент 1 излучает продольные ультразвуковые волны в жидкостную приэму 2, которые распространяются в ней со скоростью Ci . Прошедшие через границу раздела между призмами 2 и 3 продольные волны преломляются в твердоталой призме 3 под углом 45° и полностью трансформируются в сдвиговые волны, распространяющиеся в твердотелой призме 3 со скоростью Cf . После преломления продольных волн в призме 3 их не существует, так как при угле преломления сдвиговых волн 45° коэффициент прозрачности продольных волн равен нулю, а при выполнении условий ( (Ч,/Ч и о Сц/ Ст,У2, не (1 /Ст U-f ( I существует также отраженных от границы раздела между призмами 2 и -3 продольных волн, так как коэффициент отражения продольных волн в этом случае равен нулю. Поэтому в призме 3 распространяются только сдвиговые волны, которые, если пренебречь потерями в материалалх призм, получают всю энергию продольных волн, излучаемую пьезоэлементом 1. При акустическом сопротивлении исследуемой среды 8, близком к акустическому сопротивлению материала твердотелой призмы 3, и при хррощем акустическом контакте преобразователя с исследуемой средой 8s в ней возбуждаются мощные сдвиговые волны, так как вся энергия, излучаемая пьезоэлементом 1 переходит в исследуемую среду 8. Сдвиговые волны, распространяющиеся в исследуемой среде 8 клиновидной формы с углом 45 падают на внутреннюю поверхность пластины 5 и приемники 6 и 7 под углом 45, в этот момент на их выходе индикатор (на чертеже не показан) зарегистрирует напряжения U и U2 . Сдвиговые волны до попадания их на приемники 6 и 7 проходят в исследуемой среде 8 разные по длине пути. Если расстояние между центрами приемников 6 и 7 равно oi- , а разность путей, пройденных сдвиговыми волнами в среде 8 обозначить через X, то X dYS. lio времени, за которое сдвиговые волны проходят расстояние х, равное временному интервалу между импульсам в приемниках 6 и 7, определяют скорос С сивиговьсх волн в среде 8 и коэффициент -JY поглощения ,,.г т--d Использование ультразвукового преобразователя сдвиговых волн позволяет оперативно измерять параметры сдвиговых волн малой интенсивности в мягких тканях in , что обеспечивает возможность оперативной диагностики, не требует приклеивания преобразователя к исследуемой среде, например, биологи ческой ткани, и тем упрощает процесс измерений. Формула изобретения 1. Ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн по авт. св. №876201, отличающийся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей путем обеспечения оперативного изменения скорости и коэффициента поглощения, он снабжен плоской пластиной, образующей с твердотелой призмой угол 45°, Идвумя приемниками сдвиговых волн, размещенными в пластине заподлицо на расстоянии, не превьшаюшем .диаметра излучающего пьезоэлемента. 2. Ультразвуковой преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в качестве приемников сдвиговых волн использованы пьезопластины продоль ьгх волн. J Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 8762О1, кл. В Об В 1/06, 198О прототип).