RU2505806C2 - Apparatus for imaging acoustic field in optically reflecting elastic surface - Google Patents
Apparatus for imaging acoustic field in optically reflecting elastic surface 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
Description
Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов методом визуализации акустического поля.The invention relates to non-destructive testing of materials by visualization of the acoustic field.
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).A device for converting an acoustic field into an optical image is known. (See US patent No. 3716826 for CL (G01N 29/00 for 1973 and US patent No. 3594717 for CL G01N 29/00 for 1971).
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).Of the known devices for converting an acoustic field into an optical image, the closest in technical essence is a device including a Twyman-Green interferometer, consisting of a coherent optical radiation source (laser), a divider and a lens included in the first arm of the interferometer, two lenses, a piezoelectric retroreflector connected with a sawtooth voltage generator and a mirror in its other arm, which also includes an ultrasonic frequency generator connected in series with the emitter ultrasonic vibrations located in a container with water, in which there is also a test sample and a collecting acoustic lens, while one of the walls of the container includes a thin membrane with a light reflecting coating, which is a reflecting mirror of the object beam in the first arm of the interferometer, which also includes series connected a dissector (a transmitting television tube with a photomultiplier tube) and an electric signal amplifier, the output of which is connected to the inputs of narrow-band filters, of which you the course of the first is connected to the input of the demodulator, and the output of the second is connected to the control input of the demodulator, the output of the demodulator is connected to the input of the optical display (US patent No. 3716826, 1973).
Данное устройство обладает рядом существенных недостатков:This device has a number of significant disadvantages:
невысокая разрешающая способность, сложность расшифровки интер-ферограмм, низкая помехозащищенность, вызванная высокой чувствительностью к вибрациям, сравнимым по амплитуде с длиной волны ультразвука.low resolution, complexity of decoding interferograms, low noise immunity caused by high sensitivity to vibrations, comparable in amplitude to the wavelength of ultrasound.
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.The low resolution is due to the dissector device having a photomultiplier tube. The design of the optical image on the photosensitive surface of the light-to-signal converter is accompanied by diffuse light scattering in the plan washer of the transmitting tube, in the thickness of the photo layer, in the substrate of the photocell array, and also by specular reflection of light from various interfaces. All these design features distort the initial amplitude-phase distribution, making it also discrete. In addition, in the general case, the distribution of the charge current density of the target tube does not coincide with the distribution of the current density of primary carriers. In addition, the use of a container with water does not provide minimal re-reflections of sound waves at the boundaries of the water medium and the sample, since ρ 1 C 1 ≠ ρ 2 s 2 , where ρ 1 s 1 - respectively, the density and speed of sound in water; ρ 2 s 2 - respectively, the density and speed of sound in the sample, which also causes additional distortion of the amplitude-phase distribution of the acoustic field.
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.Due to the fact that the optical display reproduces the interference pattern, it becomes necessary to decipher it, which requires a high level of preparedness for the operating personnel, their experience, and time expenditures, while errors in decision making are not ruled out.
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.The low noise immunity of the device is due to the fact that the increased duration of sample control requires reliable vibration isolation of the device. Absolute vibration isolation is impossible to achieve, but a significant improvement in this characteristic is associated with very high costs.
Задача изобретения - повышение разрешающей способности устройства, увеличение его помехозащищенности и повышение простоты контроля.The objective of the invention is to increase the resolution of the device, increase its noise immunity and increase ease of control.
В результате использования предлагаемого изобретения увеличивается разрешающая способность и помехозащищенность устройства.As a result of the use of the invention, the resolution and noise immunity of the device are increased.
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.The technical result is achieved by the fact that in the proposed device for visualizing the acoustic field in an optically reflecting elastic surface, which includes a serially connected ultrasonic frequency generator and a piezoceramic emitter located in a container in which the test sample and collecting acoustic lens are also placed in line with the emitter, and the container wall in the direction of the sample from the emitter is optically reflective, including also a source of coherent optical radiation (laser ep), the divider, the first and second lenses, the container is hermetically sealed and filled with an inert gas under pressure, ensuring a minimum of re-reflections at the boundaries of the sample and gas media, while the optically reflecting surface is made of two optically transparent thin and strong walls, between which there is a thin layer mercury, and the laser, when recording an audio image, operates in a standby pulse mode, and it is also equipped with a holographic photographic plate, and one of the laser beam splitter split by the divider is collimated by the first lens further reflected by the optically reflective surface of the elastic container falls on a topographical plate, and the second beam is collimated by the second lens and falls on the same surface of the holographic plate forming a topographical interferogram.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на которой приведена общая схема предлагаемого устройства.The invention is illustrated in the drawing, which shows a General diagram of the proposed device.
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.The device comprises an ultrasonic frequency generator 1, a piezoceramic emitter 2, a test sample 3, collecting an acoustic lens 4, an optically reflecting surface 5, a laser 6, a divider 7, a first lens 8, a second lens 9, a sealed container 10, and a topographic photographic plate 11.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
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 отраженияAcoustic vibrations generated by an ultrasonic frequency generator 1 and a piezoceramic emitter 2, propagating in a container 10 filled with an inert gas under a certain pressure, pass through the test sample 3, acquire in each direction of passage of the sample 3 its phase incursion and amplitude attenuation, which depend on sizes, shapes and types of structural inhomogeneities or defects in the material of the sample 3. In this regard, the front of the acoustic wave, undergoing amplitude-phase distortion, bears as if blind ok internal structure of the sample 3. The accuracy and clarity of such an impression depends on the wavelength of the ultrasound. The contrast of such a sound image depends on the reflection coefficient of acoustic vibrations at the boundaries of two media. To achieve the minimum reflection coefficient, it is necessary to bring the density of the medium surrounding the test sample to such a value that in the expression for the reflection coefficient
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.the numerator ideally tended to zero, that is, the product of the density of the inert gas in the tank 10 and the ultrasound velocity in it p1C1 should be equal to the product of the density of the material of the test sample 3 by the speed of sound in it ρ 2 s 2 . This can be achieved by selecting the gas and its pressure in the tank 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
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.The optical picture of the sound image is reproduced by illuminating the holographic photographic plate 11 with the reference beam of the laser 6 at the same angle, while the laser 6 is operating in a continuous radiation mode.
Признаков, сходных с заявляемыми, в существующих технических решениях не обнаружено, следовательно, предлагаемое изобретение обладает существенными отличиями.Signs similar to the claimed in the existing technical solutions were not found, therefore, the present invention has significant differences.
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.The proposed device can be implemented using an ultrasonic frequency generator - a sinusoidal voltage generator, tunable in frequency in the range of interest to the study, a piezoceramic emitter based on zirconate - lead titanate (PZT) piezoceramics, the shape and size of which satisfy the quality of the study, a laser with a working wavelength corresponding to the sensitivity range of the photographic plate.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить разрешающую способность устройства, увеличить его помехозащищенность и повысить простоту контроля.Thus, the proposed technical solution allows to increase the resolution of the device, increase its noise immunity and increase the ease of control.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012112903/28A RU2505806C2 (en) | 2012-04-04 | 2012-04-04 | Apparatus for imaging acoustic field in optically reflecting elastic surface |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012112903/28A RU2505806C2 (en) | 2012-04-04 | 2012-04-04 | Apparatus for imaging acoustic field in optically reflecting elastic surface |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012112903A RU2012112903A (en) | 2013-10-10 |
RU2505806C2 true RU2505806C2 (en) | 2014-01-27 |
Family
ID=49302672
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012112903/28A RU2505806C2 (en) | 2012-04-04 | 2012-04-04 | Apparatus for imaging acoustic field in optically reflecting elastic surface |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2505806C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2564690C1 (en) * | 2014-05-19 | 2015-10-10 | Том Анатольевич Дозоров | Analysis of air blast wave and device to this end |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106124034B (en) * | 2016-09-07 | 2022-07-08 | 湖南科技大学 | Thin-wall part working mode testing device and method based on machine vision |
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 (en) * | 1988-07-20 | 1990-06-23 | Научно-производственное объединение по автоматизации горнорудных, металлургических предприятий и энергетических объектов черной металлургии "Днепрчерметавтоматика" | Method of visualizing ultrasonic field |
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/en 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 (en) * | 1988-07-20 | 1990-06-23 | Научно-производственное объединение по автоматизации горнорудных, металлургических предприятий и энергетических объектов черной металлургии "Днепрчерметавтоматика" | Method of visualizing ultrasonic field |
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 (en) * | 2014-05-19 | 2015-10-10 | Том Анатольевич Дозоров | Analysis of air blast wave and device to this end |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012112903A (en) | 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 (en) | Acoustic imaging system and method | |
US20140007688A1 (en) | Acousto-optic imaging system, and acousto-optic imaging apparatus | |
JP2019500628A (en) | System, apparatus and method for monitoring surface profile and / or thickness measurements in thin films | |
CN107356320B (en) | pulse ultrasonic sound field detection device and method | |
US3745812A (en) | Acoustic imaging apparatus | |
US20130160552A1 (en) | Internal defect inspection method and apparatus for the same | |
WO2013091584A1 (en) | Method and device for detecting defects in substrate | |
RU2654379C1 (en) | Instant optical coherent tomography in temporary area | |
EP3847464A1 (en) | System for measuring the absorption of a laser emission by a sample | |
CN106092901A (en) | A kind of acoustical signal detector based on surface wave and reflecting light sonomicroscope | |
CN104990500A (en) | Apparatus and method for detecting size and refractive index of material in diamond anvil cell | |
US3969578A (en) | Visual display of ultrasonic radiation pattern | |
RU2505806C2 (en) | Apparatus for imaging acoustic field in optically reflecting elastic surface | |
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 | |
WO2013183247A1 (en) | Acoustooptic imaging device | |
US3434339A (en) | Holographic method and apparatus for acoustical field recording | |
JP2015000288A (en) | Subject information acquiring apparatus and control method therefor, and acoustic signal acquiring apparatus and control method therefor | |
CN103983344B (en) | A kind of method for quantitative measuring of ultrasonic grating position phase amplitude | |
CN107255511B (en) | Disturbance-free calibration device and method for detection sensitivity of fiber grating sensor | |
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 | |
FR3085756A1 (en) | SYSTEM FOR MEASURING THE ABSORPTION OF A LASER RADIATION OF A SAMPLE |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140405 |