Визуализатор ультразвука

 

1, ВИЗУАЛИЗАТОР УЛЬТРАЗВУКА по авт.св. № 1032408, о тЛ и чающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен расположенным с другой стороны жидкокристаллической пленки слоем поглотителя ультразвука, выполненным -® Диз материала . с коэффициентом поглощения ультразвука большим, чем у газа , в котором распространяется ультразвук , и головным сопротивлением, близким к волновому сопротивлению газ а. 2.Визуализатор по п. 1, отличаю йен тем, что, слой поглотителя представляет собой заполненную газ ом кювету, дно которой выполнено из звукопрозрачной пленки. 3.Визуализатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что кювета выполнена с возможностью изменения ее высоты, 4.Визуалиэатор по п. 1, отличающийся тем, что слой погло (g тителя ультразвука выполнен из тка-, СО ни типа сукна. CZ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

09) (11) 1(5)) 6 01 )Я 29/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ с

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

H ABTOPCHOFAV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1032408 (21) 3243859/18-28 (22) 29 .01. 81 (46) 23.02.84. Бюл. Р 7 (72) Ф.Ф. Легуша, A . .Н. Славин и Б.А.Финагин (71) Лениградский ордена Ленина кораблестроительный институт (53) 620.179.16(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство CCCE

9 1032408; кл. G 01 N 29/00, 1983 (прототип) . (54) (57) 1, ВИЗУАЛИЗА10Р УЛЬТРАЗВУКА по авт.св. Р 1032408, о т .л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен расположенным с другой стороны жидкокристаллической пленки слоем поглотителя ультразвука, выполненным с из материала с коэффициентом погло= щения ультразвука большим, чем у газа, в котором распространяется ультразвук, и головным сопротивлением, близким к волновому сопротивлению газа.

2. Визуализатор по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что, слой поглотителя представляет собой заполненную газом кювету, дно которой выполнено иэ звукопроэрачной пленки.

3. Визуализатор по пп. 1 и 2, отличающий с я тем, что кювета выполнена с возможностью изменения ее высоты.

4. Визуализатор по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что слой погло@

О тителя ультразвука выполнен из тка-, ни типа сукна.

1075143

На Фиг. 1 изображена схема конструкции визуализатора со слоем поглотителя ультразвука; на фиг. 2 схема визуализатора со слоем поглотителя ультразвука, выполненным в виде заполненной газом кюветы; на фиг. 3 — схема визуализатора ультразвука со с (оем поглотителя ультразвука, н виде заполненной газом кюветы, выполненной с возможностью изменения ее высоты.

Визуализатор ультразвука содержит температурочувствительную жидкокристаллическую пленку 1, установленный на одну ее поверхность светопроэрачный термостабильный буфер 2 и установленный на другую ее поверхность слой 3 поглотителя ультразвука, а также размещенный со стороны буфера 2 источник 4 света. С этой же стороны находится регистратор 5 изображения.

Слой 3 поглотителя ультразвука может быть выполнен в виде кюветы 6 (фиг. 2), дно 7 которой выполнено в ниде звукопрозрачной пленки. Кювета б при этом заполнена газом 8.

Кроме того, кювета 6 (фиг. 3) может быть выполнена с возможнсстью изменения ее высоты, например, в виде телескопически соединенных дна

7 и обечайки 9, в которой есть штуцер 10 для подключения к пневмомагистрали (не показана) .

Снабжение визуализатора слоем 3 поглотителя ультразвука обеспечивает нозможность работы визуализатора нне связи его с излучающей ультразвук поверхностью, независимость от газа, в котором распространяется

Изобретение относится к средствам визуализации колебательных процессов и ультразвуковых полей в газах и может быть использовано при неразрушающих испытаниях материалов и изделий. 5

По основному авт.св. Р 1032408, известен визуализатор ультразвука, содержащий температурочунствительную жидкокристаллическую пленку и установленный на одной стороне ее 10 светопроэначный термостабильный буфер (1).

Однако данный визуализатор обладает неоптимальным значением чувствительности по интенсивности ультразвука и небольшой разрешаюшей способностью, так как в нем тепловое поле, соответствующее исследуемому ультраэвукому полю, и воздействующее на температурочувствительную жидкокристаллическую пленку, создается во всем слое газа между жидкокристаллической пленкой и излучающей ультразвук поверхностью, т.е. основным поглотителем исследуемого ультразвука является весь этот слой газа.

Газ же, заполняющий пространство, . в котором распространяется исследуемое ультразвуковое поле (обычно воздух), обладает малым коэффициентом поглощения ультразвука и поэтому поглощение в нем энергии ультразву ка, а значит, и нагрев газа малы.

Кроме того, неоптимальность чувствительности по интенсивности ульт- З5 развука вызвана еще тем, что в визуализаторе не предусмотрена настройка на резонансное поглощение ультразвука н слое газа, нагреваемом поглощаемой энергией ультразвука. Это щ эквивалентно отсутствию. настройки на оптимальное изображение ультразвукового поля, так как чувствительность по интенсивности ультразвука связана с раэрешаюшей способностью визуализатора.

Кроме того, поскольку оснонное поглощение энергии ультразвука происходит в слое газа между жидкокристаллической пластинкой и излучающей ультразвук поверхностью, и жндкокрис. таллическая пленка визуализатора

Фиксирует тепловое поле, создаваемое поглощенной энергией ультразвука именно в этом слое газа, то дейстние визуализатора связано с его расположением и расстоянием от излучающей ультразвук поверхности.

При сравнительно больших расстояниях жидкокристаллической пленки ви-. зуализатора от излучающей ультра- 60 звук поверхности соответствие структуры фиксируемого жидкокристаллической пленкой теплового поля ст1 уктуре создающего его ультраэнуконога поля нарушается. 65

Целью изобретения является повышение чувствительности.

Указанная цель достигается тем, что визуализатор ультразвука, содержащий температурочувствительную жидкокристаллическую пленку и установленный на ней светопроэрачный термостабильный буфер, снабжен расположенным с другой стороны жидкокристаллической пленки слоем поглотителя ультразвука, выполненным из материала с коэффициентом поглощении ультразвука большим, чем у газа, в котором распространяется ультразвук, и головным сопротивлением, бли 3 ким к в олн он ому с о про ти вл е н ию газа.

Кроме того, слой поглотителя ультразвука представляет собой заполненную газом кювету,дно которой

1 выполнено из э вукопроз реечной пленки.

Кювета может быть выполнена с возможностью изменения ее высоты, а слой поглотителя ультразвука может быть выполнен из ткани типа сукна. (1075143 ультразвук, и возможность подбора требуемых свойств поглотителя ультразвука, обеспечивающих оптимальную работу визуализатора. Слой 3 поглотителя ультразвука должен быть одинаковой толщины и расположен на жидкокристаллической пленке 2 параллельно ей с облучаемой ультразвуком стороны, что обеспечивает соответствие структуры теплового поля в поглотителе, фиксируемого поля в поглотителе, фиксируемого жидкокристаллической пленкой 2, структуре ультразвукового поля, создающего это тепловое поле.

Выполнение слоя поглотителя 15 ультразвука из материала с коэффициентом поглощения ультразвука большим, чем у газа, в котором распространяется ультразвук, обеспечивает большее поглощение ультразвука 20 поглотителем, чем газом, в котором распространяется ультразвук, а значит, и больший нагрев поглотителя, что приводит к повышению чувствительности и разрешающей способности визуализатора.

Выполнение слоя 3 поглотителя из материала с волновым сопротивлением, близким к волновому сопротивлению газа, в котором распространяется ультразвук, обеспечивает вхождение ультразвука в поглотитель.

Выполнение слоя поглотителя ультразвука в виде кюветы 6 позволяет, заполняя кювету газом, осуществлять газовый слой поглотителя с волновым сопротивлением, близким к волновому сопротивлению газа, в котором распространяется ультразвук, а также изменять характеристики слоя поглотителя, меняя газ, заполняющий кюве- 40 ту °

Выполнение дна 7 кюветы 6 в виде тонкой звукопрозрачной пленки обеспечивает прохождение ультразвука в гаэ кюветы, так как пленка для 45 ультразвука акустически прозрачна.

Жидкокристаллические пленки визуализатора при этом обеспечивают фик. сирование теплового поля в поглотителе, создаваемого ультразвуком.

Параллельность облучаемой ультразвуком стенки кюветы жидкокристаллической пленке визуализатора обеспечивает одинаковость толщины слоя поглотителя ультразвука.

Выполнение кюветы Ь с возможностью изменения ее высоты обеспечивает возможность изменения толщины слоя поглотителя. Обечайка 9 кюветы

6 пневматическим приводом переме- 60 щает дно 7 кюветы с сохранением его параллельн ости жидкокристаллической пленке 1, при этом изменяется и расстояние между ними, что обеспечивает изменение толщины слоя поглотителя ультразвука, а это, в свою очередь, обеспечивает возможность настройки визуализатора на резонансное поглощение ультразвука в слое поглотителя. Последнее обстоятельст-,, во увеличивает чувствительность визуализатора, улучшает качество изображения ультразвукового поля, увеличивает разрешающую способность вслецствие уменьшения времени срабатывания и воэможность настройки визуализатора на оптимальное иэображение ультразвукового поля.

Выполнение слоя поглотителя ультразвука из ткани типа сукна обеспечивает п) и простоте конструкции вхождение ультразвука в слой поглотителя и большее поглощение ультразвука в нем, а значит, и больший нагрев этого слоя, чем слоя газа, в котором распространяется ультразвук. Такой слой поглотителя ультразвука целесообразно использовать, когда не требуется изменение характеристик слоя поглотителя.

В варианте конкретного исполнения визуализатора температурочувствительной жидкокристаллической пленкой 1 служит пленка толщиной 160 мкм, состоящая из внутреннего слоя холесте; рического жидкого кристалла, смешан ного с поливиниловым спиртом. Для лучшего наблюдения изображения теплового поля на поверхности жидкокристаллической пленки 1 в отраженном свете ее облучаемая ультразвуком поверхность выполнена светонепрозрачной (черной) . Рабочий температурный диапазон жидкокристаллической пленки 1 находится в интервале 25,5

30,5 С, в котором цвет на наблюдаемой поверхности в отраженном белом свете в зависимости от температуры измеряется от красного до фиолетового, проходя все цвета видимого спектра. При температуре ниже 25,5 С и выше 30,5 С цвет наблюдаемой поверхности пленки черный.

Светопрозрачный термостабильный буфер 2 выполнен в виде кюветы, наполненной жидкостью, например водой, температура которой устанавливается и поддерживается постоянной посредством соединенного с кюветой термостата (не показан), через который протекает заполняющая кювету (не поканаэа) светопрозрачного термостабильного буфера 2 жидкость. Источником 4 света, освещающим наблюдаемую поверхность температурочувствительной жидкокристаллической пленки 1, служит или окружающий свет, или специальный осветитель, например лампа накаливания. Регистратором 5 изображения картины ультразвукового поля на поверхности жидкокристаллической пленки

1О 5И3

1 может служить или глаз наблюдателя, или специальное устройство, например фото-или кинокамера, фотоэлектронное или приемное телевизионное или специальное устройство.

Слой 3 поглотителя ультразвука в варианте визуализатора со слоем поглотителя из ткани типа сукна выполнен из ткани толщиной 0,5 мм, прикрепленной к облучаемой ультразвуком поверхности жидкокристаллической пленки 1.

В варианте слоя поглотителя ультразвука в виде кюветы 6, заполненной газом 8 (фиг. 2 и 3) дно 7 кюветы 6 выполнено из лавсановой пленки толщиной 5 мкм. При распространении исследуемого ультразвукового поля в воздухе, газом-поглотителем

8 ультразвука, заполняющим кювету

6, служит углекислый газ (C(3>), имеющий коэффициент поглощения ультразвука значительно больший, чем у воз духа.

0бечайка 9 кюветы 6 (фиг. 2 и 3} выполнена иэ любого, не пропускающего газа и не реагирующего с ним материала.

В варианте кюветы 6 с изменяющейся высотой (фиг. 3) обечайка 9 выполнена, например, в виде двух входящих друг в друга цилиндров или в виде сильфона. Приводом, изменяющим частоту кюветы 6, может служить пневмомагистраль с тем же газом-поглотителем 8.

Визуализатор работает следующим образом.

Визуализатор помещают в газ, в котором распространяется исследуемое ультразвуковое поле, так что ультразвуковая волна падает нормально на слой 3 поглотителя ультразвука. Проходя через этот слой, ультразвук частично в нем поглощается и создает в нем тепловое поле, соответствующее по структуре создающему его ультразвуковому полю, т.е. распределению энергии по фронту падающей ультразвуковой волны. Тепловое цоле в слое поглотителя ультразвука регистрируется температурочувствительной жидкокристаллической пленкой 1 локальным изменением ее цвета в отраженном свете в соответствии с;фокальной температурой каждого участка теплового поля в слое 3 поглотителя ультразвука. B результате на

4О

Использование изобретения позволяет повысить чувствительность по интенсивности ультразвука, увеличить разрешающую способностью и качество иэображения. Кроме того, визуализатор обеспечивает возможность работы вне связи его с излучающей ультразвук поверхностью. Это повыша ет точность производимых визуализатором измерений, в частности, при применении визуализатора в неразрушающем ультразвуковом контроле, позволяет применять ультразвуковые измерители меньшей мощности, конт", олировать изделия большей толщины, обнаруживать дефекты меньших размеров, а также повышает экспрессность контроля. наблюдаемой поверхности температурочувствительной жидкокристаллической пленки 1 возникает цветное изображение теплового поля, соответствующее распределению интенсивности ультразвука по фронту ультразвуковой волны, которое или наблюдается визуально, или регистрируется соответствующим регистратором 5.

Для обеспечения оптимального режима работы визуализатора, т,е. его максимальной чувствительности и минимального времени срабатывания, температуру жидкокристаллической пленки 1 и слоя 3 поглотителя ультра15 звука устанавливают и поддерживают посредством термостабильного буфера

2 на нижней границе рабочего температурного диапазона жидкокристаллической пленки 1. р() В варианте визуализатора со слоем 3 поглотителя ультразвука изменяющейся толщины (фиг. 3) для обеспечения MBKcHMBJIbHQA чувствительности и разрешающей способности виэуалир5 затора производят его настройку на резонансное поглощение ультразвука слоем поглотителя 5. Для этого изменяют толщину слоя 3 поглотителя ультразвука и настройку производят или по оптимальности визуальной картины ультразвукового поля, даваемой визуализатором, или по прилагаемой к визуализатору таблице или градуиро. вочной кривой зависимости толщины слоя 3 поглотителя ультразвука от часщты ультразвука, при которой его поглощение слоем 3 поглотителя будет резонансным.

1075143

Составитель Н .Долгов а

Редактор Т. Кугръааева Техред Т. Маточка Корректор А.Тяско

Заказ 489/36 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4