RU2505806C2 - Устройство для визуализации акустического поля в оптически отражающей упругой поверхности - Google Patents
Устройство для визуализации акустического поля в оптически отражающей упругой поверхности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2505806C2 RU2505806C2 RU2012112903/28A RU2012112903A RU2505806C2 RU 2505806 C2 RU2505806 C2 RU 2505806C2 RU 2012112903/28 A RU2012112903/28 A RU 2012112903/28A RU 2012112903 A RU2012112903 A RU 2012112903A RU 2505806 C2 RU2505806 C2 RU 2505806C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- container
- lens
- sample
- laser
- holographic
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение может использоваться для неразрушающего контроля материалов. Устройство содержит лазер, делитель, первую и вторую линзы и последовательно соединенные генератор ультразвуковой частоты и пьезокерамический излучатель, находящийся в емкости, в которой также размещены на одной линии с излучателем исследуемый образец и собирающая акустическая линза. Стенка емкости в направлении образца от излучателя выполнена оптически отражающей. Емкость выполнена герметичной и наполнена инертным газом под давлением, обеспечивающим минимум переотражений на границах сред образца и газа. Оптически отражающая поверхность выполнена из двух оптически прозрачных тонких и прочных стенок, между которыми тонким слоем находится ртуть. Лазер при записи звукового изображения работает в ждущем импульсном режиме. Один из расщепленных делителем пучков лазера коллимируется первой линзой и далее, отражаясь от оптически отражающей упругой поверхности емкости, падает на голографическую пластину, а второй пучок коллимируется второй линзой и падает на ту же поверхность голографической пластины, формируя голографическую интерферограмму. Технический результат - повышение разрешающей способности устройства, увеличение его помехозащищенности и повышение простоты контроля. 1 ил.
Description
Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов методом визуализации акустического поля.
Известно устройство преобразования акустического поля в оптическое изображение. (См. патент США №3716826 по кл. (G01N 29/00 за 1973 год и патент США №3594717 по кл. G01N 29/00 за 1971 год).
Из известных устройств преобразования акустического поля в оптическое изображение наиболее близким по технической сущности является устройство, включающее интерферометр Тваймана-Грина, состоящий из источника когерентного оптического излучения (лазера), делителя и линзы, включенной в первое плечо интерферометра, двух линз, пьезоэлектрического ретрорефлектора, соединенного с генератором пилообразного напряжения, и зеркала - в другом его плече, включающее также генератор ультразвуковой частоты, соединенный последовательно с излучателем ультразвуковых колебаний, находящийся в емкости с водой, в которой также находятся исследуемый образец и собирающая акустическая линза, при этом одна из стенок емкости включает тонкую мембрану с отражающим свет покрытием, которая является отражающим зеркалом предметного пучка в первом плече интерферометра, включающее также последовательно соединенные диссектор (передающую телевизионную трубку с фотоэлектронным умножителем) и усилитель электрического сигнала, выход которого соединен со входами узкополосных фильтров, из которых выход первого соединен со входом демодулятора, а выход второго -с управляющим входом демодулятора, выход демодулятора подключен ко входу оптического дисплея (патент США №3716826, 1973).
Данное устройство обладает рядом существенных недостатков:
невысокая разрешающая способность, сложность расшифровки интер-ферограмм, низкая помехозащищенность, вызванная высокой чувствительностью к вибрациям, сравнимым по амплитуде с длиной волны ультразвука.
Невысокая разрешающая способность обусловлена устройством диссектора, имеющим фотоэлектронный умножитель. Проектирование оптического изображения на фоточувствительную поверхность преобразователя свет-сигнал сопровождается диффузным рассеянием света в план-шайбе передающей трубки, в толще фотослоя, в подложке матрицы фотоэлементов, а также зеркальным отражением света от различных поверхностей раздела. Все эти конструктивные особенности искажают первоначальное амплитудно-фазовое распределение, делая его к тому же и дискретным. Кроме того, в общем случае распределение плотности тока заряда мишени трубки не совпадает с распределением плотности тока первичных носителей. Помимо этого, использование емкости с водой не обеспечивает минимальных переотражений звуковых волн на границах сред воды и образца, так как ρ1C1≠ρ2с2, где ρ1с1 - соответственно, плотность и скорость звука в воде; ρ2с2 - соответственно, плотность и скорость звука в образце, что также вызывает дополнительные искажения амплитудно-фазового распределения акустического поля.
Ввиду того, что оптический дисплей воспроизводит интерференционную картину, то возникает необходимость ее расшифровки, что требует высокой подготовленности обслуживающего персонала, его опыта, затрат времени, при этом не исключены ошибки в принятии решения.
Низкая помехозащищенность устройства обусловлена тем, что увеличенная продолжительность контроля образца требует надежной виброразвязки устройства. Абсолютной виброразвязки добиться невозможно, существенное же улучшение этой характеристики связано с очень большими затратами.
Задача изобретения - повышение разрешающей способности устройства, увеличение его помехозащищенности и повышение простоты контроля.
В результате использования предлагаемого изобретения увеличивается разрешающая способность и помехозащищенность устройства.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для визуализации акустического поля в оптически отражающей упругой поверхности, включающем последовательно соединенные генератор ультразвуковой частоты и пьезокерамический излучатель, находящийся в емкости, в которой также размещены на одной линии с излучателем исследуемый образец и собирающая акустическая линза, а стенка емкости в направлении образца от излучателя выполнена оптически отражающей, включающее также источник когерентного оптического излучения (лазер), делитель, первую и вторую линзы, емкость выполнена герметично и наполнена инертным газом под давлением, обеспечивающим минимум переотражений на границах сред образца и газа, при этом оптически отражающая поверхность выполнена из двух оптически прозрачных тонких и прочных стенок, между которыми тонким слоем находится ртуть, а лазер при записи звукового изображения работает в ждущем импульсном режиме, а также оно снабжено голографической фотопластиной, причем один из расщепленных делителем пучков лазера коллимируется первой линзой и далее, отражаясь от оптически отражающей упругой поверхности емкости, падает на топографическую пластину, а второй пучок коллимируется второй линзой и падает на ту же поверхность голографической пластины, формируя топографическую интерферограмму.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на которой приведена общая схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит генератор ультразвуковой частоты 1, пьезокерамический излучатель 2, исследуемый образец 3, собирающую акустическую линзу 4, оптически отражающую поверхность 5, лазер 6, делитель 7, первую линзу 8, вторую линзу 9, герметичную емкость 10, топографическую фотопластину 11.
Устройство работает следующим образом.
Акустические колебания, формируемые с помощью генератора ультразвуковой частоты 1 и пьезокерамического излучателя 2, распространяясь в емкости 10, наполненной инертным газом под определенным давлением, проходят через исследуемый образец 3, приобретают в каждом направлении прохождения образца 3 свой фазовый набег и амплитудное затухание, которые зависят от размеров, форм и видов структурных неоднородностей или дефектов материала образца 3. В связи с этим фронт акустической волны, претерпевая амплитудно-фазовые искажения, несет как бы слепок внутреннего строения исследуемого образца 3. Точность и четкость такого слепка зависят от длины волны ультразвука. Контрастность такого звукового изображения зависит от коэффициента отражения акустических колебаний на границах двух сред. Чтобы добиться минимального коэффициента отражения, необходимо плотность среды, окружающей исследуемый образец довести до такой величины, чтобы в выражении для коэффициента отражения
числитель стремился в идеале к нулю, то есть произведение плотности инертного газа в емкости 10 на скорость ультразвука в нем p1C1 должна быть равна произведению плотности материала исследуемого образца 3 на скорость звука в нем ρ2с2. Этого можно добиться подбором газа и его давления в емкости 10.
Спроецированное акустической собирающей линзой 4 на оптически отражающую поверхность 5 звуковое изображение модулирует оптическое поле, которое создается голографической установкой, работающей следующим образом. Луч лазера 6 расщепляется на два взаимно перпендикулярных пучка света с помощью делителя 7. Один из расщепленных пучков коллимируется линзой 8 и падает на внешнюю оптически отражающую поверхность 5. Этот пучок света полностью освещает поверхность 5, и колебания деформируемой поверхности раздела, вызванные звуковым полем, приводят к фазовой модуляции света, формируя объектный пучок. Отразившись от поверхности 5, этот пучок попадает на голографическую пластину 11. Другой расщепленный делителем 7 опорный пучок света, коллимированный линзой 9, также попадает на голографическую пластину 11. В плоскости фотопластины 11 объектный пучок и опорный пучок света формируют интерферограмму, которая запоминается фотопластиной 11. При этом следует отметить, что при запоминании изображения лазер 6 работает в ждущем импульсном режиме, чтобы обеспечить наилучшую четкость звукового изображения, которое, непрерывно в течение периода
, где λ, - длина ультразвуковой волны в с конкретном материале, с - скорость звука в этом материале) изменяет свою фазу, а следовательно, и амплитуду в каждой точке упругой поверхности 5.
Оптическая картина звукового изображения воспроизводится посредством освещения голографической фотопластины 11 опорным пучком лазера 6 под тем же самым углом, при этом лазер 6 работает в непрерывном режиме излучения.
Признаков, сходных с заявляемыми, в существующих технических решениях не обнаружено, следовательно, предлагаемое изобретение обладает существенными отличиями.
Предлагаемое устройство может быть реализовано с использованием генератора ультразвуковой частоты - генератора синусоидального напряжения, перестраиваемого по частоте в диапазоне, интересующем исследование, пьезокерамического излучателя на пьезокерамике типа цирконат - титанат свинца (ЦТС), формы и размеры которой удовлетворяют качеству исследования, лазера с рабочей длиной волны, соответсвующей диапазону чувствительности фотопластины.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить разрешающую способность устройства, увеличить его помехозащищенность и повысить простоту контроля.
Claims (1)
- Устройство для визуализации акустического поля в оптически отражающей упругой поверхности, включающее последовательно соединенные генератор ультразвуковой частоты и пьезокерамический излучатель, находящийся в емкости, в которой также размещены на одной линии с излучателем исследуемый образец и собирающая акустическая линза, а стенка емкости в направлении образца от излучателя выполнена оптически отражающей, включающее также источник когерентного оптического излучения (лазер), делитель, первую и вторую линзы, отличающееся тем, что емкость выполнена герметично и наполнена инертным газом под давлением, обеспечивающим минимум переотражений на границах сред образца и газа, при этом оптически отражающая поверхность выполнена из двух оптически прозрачных тонких и прочных стенок, между которыми тонким слоем находится ртуть, а лазер при записи звукового изображения работает в ждущем импульсном режиме, а также оно снабжено голографической фотопластиной, причем один из расщепленных делителем пучков лазера коллимируется первой линзой и далее, отражаясь от оптически отражающей упругой поверхности емкости, падает на голографическую пластину, а второй пучок коллимируется второй линзой и падает на ту же поверхность голографической пластины, формируя голографическую интерферограмму.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012112903/28A RU2505806C2 (ru) | 2012-04-04 | 2012-04-04 | Устройство для визуализации акустического поля в оптически отражающей упругой поверхности |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012112903/28A RU2505806C2 (ru) | 2012-04-04 | 2012-04-04 | Устройство для визуализации акустического поля в оптически отражающей упругой поверхности |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012112903A RU2012112903A (ru) | 2013-10-10 |
RU2505806C2 true RU2505806C2 (ru) | 2014-01-27 |
Family
ID=49302672
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012112903/28A RU2505806C2 (ru) | 2012-04-04 | 2012-04-04 | Устройство для визуализации акустического поля в оптически отражающей упругой поверхности |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2505806C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2564690C1 (ru) * | 2014-05-19 | 2015-10-10 | Том Анатольевич Дозоров | Способ исследования воздушной взрывной волны и устройство для его реализации |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106124034B (zh) * | 2016-09-07 | 2022-07-08 | 湖南科技大学 | 基于机器视觉的薄壁件工作模态测试装置及测试方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3716826A (en) * | 1970-02-02 | 1973-02-13 | American Express Invest | Acoustic to optical image converter |
US4834106A (en) * | 1987-02-04 | 1989-05-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Lithotripter with locating system integrated therewith and method for its use |
SU1573347A1 (ru) * | 1988-07-20 | 1990-06-23 | Научно-производственное объединение по автоматизации горнорудных, металлургических предприятий и энергетических объектов черной металлургии "Днепрчерметавтоматика" | Способ визуализации ультразвукового пол |
US20070113656A1 (en) * | 2005-11-23 | 2007-05-24 | Terry Murray | Acoustic imaging system |
US20100149544A1 (en) * | 2007-05-24 | 2010-06-17 | Ghislain Lucien P | Sensor apparatus and method using optical interferometry |
-
2012
- 2012-04-04 RU RU2012112903/28A patent/RU2505806C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3716826A (en) * | 1970-02-02 | 1973-02-13 | American Express Invest | Acoustic to optical image converter |
US4834106A (en) * | 1987-02-04 | 1989-05-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Lithotripter with locating system integrated therewith and method for its use |
SU1573347A1 (ru) * | 1988-07-20 | 1990-06-23 | Научно-производственное объединение по автоматизации горнорудных, металлургических предприятий и энергетических объектов черной металлургии "Днепрчерметавтоматика" | Способ визуализации ультразвукового пол |
US20070113656A1 (en) * | 2005-11-23 | 2007-05-24 | Terry Murray | Acoustic imaging system |
US20100149544A1 (en) * | 2007-05-24 | 2010-06-17 | Ghislain Lucien P | Sensor apparatus and method using optical interferometry |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2564690C1 (ru) * | 2014-05-19 | 2015-10-10 | Том Анатольевич Дозоров | Способ исследования воздушной взрывной волны и устройство для его реализации |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012112903A (ru) | 2013-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Preisser et al. | All-optical highly sensitive akinetic sensor for ultrasound detection and photoacoustic imaging | |
US4463608A (en) | Ultrasound imaging system | |
JP2523101B2 (ja) | 音響画像形成システム及び方法 | |
CN103308142B (zh) | 一种测量超声行波在液体中的速度与频率的方法及装置 | |
US20200024727A1 (en) | System, apparatus and method for monitoring of surface profile and thickness measurement in thin films | |
US20140007688A1 (en) | Acousto-optic imaging system, and acousto-optic imaging apparatus | |
CN107356320B (zh) | 一种脉冲超声声场检测装置与方法 | |
US3745812A (en) | Acoustic imaging apparatus | |
WO2013091584A1 (zh) | 一种检测基质内缺陷的方法及装置 | |
EP3847464A1 (fr) | Système de mesure de l'absorption d'un rayonnement laser d'un échantillon | |
RU2654379C1 (ru) | Мгновенная оптическая когерентная томография во временной области | |
CN106092901A (zh) | 一种基于表面波的声信号探测器和反射式光声显微镜 | |
US3969578A (en) | Visual display of ultrasonic radiation pattern | |
RU2505806C2 (ru) | Устройство для визуализации акустического поля в оптически отражающей упругой поверхности | |
WO2013183247A1 (ja) | 音響光学撮像装置 | |
US3585848A (en) | Method and apparatus for recording acoustic images and holograms | |
Rohringer et al. | All-optical highly sensitive broadband ultrasound sensor without any deformable parts for photoacoustic imaging | |
JP2015000288A (ja) | 被検体情報取得装置およびその制御方法ならびに音響信号取得装置およびその制御方法 | |
CN103983344B (zh) | 一种超声光栅位相振幅的定量测量方法 | |
CN107255511B (zh) | 一种光纤光栅传感器检测灵敏度的无扰动校准装置及方法 | |
Goldfain et al. | Optical phase contrast imaging for absolute, quantitative measurements of ultrasonic fields with frequencies up to 20 MHz | |
Unverzagt et al. | A new method of spatial filtering for Schlieren visualization of ultrasound wave fields | |
Verburg et al. | A century of acousto-optics: From early discoveries to modern sensing of sound with light | |
CN110595600B (zh) | 基于偏振参数成像的视频帧速声场可视化***及方法 | |
Huynh et al. | A real-time ultrasonic field mapping system using a Fabry Pérot single pixel camera for 3D photoacoustic imaging |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140405 |