DE2659595A1

DE2659595A1 - Sender zum erregen von wellen, insbesondere ultraschallwellen

Info

Publication number: DE2659595A1
Application number: DE19762659595
Authority: DE
Inventors: Jean Perdijon
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1976-01-06
Filing date: 1976-12-30
Publication date: 1977-07-14
Also published as: CH615276A5; US4151752A; SE7700099L; CA1101536A; JPS52109955A; NL7614316A; BE849669A; GB1544791A; DK587576A; ES454819A1; FR2337589A1; FR2337589B1

Description

410-26.40OP

Commissariat a 1'Energie Atornique, Paris (Frankreich)

Sender zum Erregen von Wellen, insbesondere Ultraschallwellen

Die Erfindung betrifft einen Sender zum Erregen von Wellen, bei dem die Strahlen* insbesondere Lieht- oder Ultraschallstrahlen, die von einer Quelle in Form von ebenen Wellen abgegeben werden, durch eine Linse gebrochen werden, um ein Strahlenbündel von Wellen zu ergeben, die sich in .einem Kopplungsmedium zwischen der Linse und einer Dioptrieebene ausbreiten.

Häufig müssen Wellen in einem durch eine ebene Fläche begrenzten Medium erzeugt werden, die in vorgegebenen Richtungen in Phase sind, insbesondere um, wenn es sich um Ultraschallwellen handelt, mögliche Fehler in einer Platte festzustellen,, Die Fehler einer metall!-

4-10- (B5827.3) -MaBk

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sehen Platte sind um so besser zu beobachten, wenn die von den Fehlern zu reflektierenden Wellen sich senkrecht zu den Fehlern in der Platte ausbreiten. Die Richtung der Fehler ist aber im allgemeinen vorher nicht bekannt. Es müssen daher in das die Platte bildende Medium Wellen geschickt werden, die sich unter verschiedenen Winkeln ausbreiten, um sicher die Fehler zu erfassen.

Das ist insbesondere der Fall, wenn die Fehler durch Einführen von Lamb'schen Wellen in die ebenen Platten beobachtet werden sollen zur Überwachung der Unversehrtheit der Platten oder insbesondere von geschweißten Bereichen.

Folglich muß also bei der Überprüfung der Platten durch Ultraschall die Fläche von Ultraschallwellen abgetastet werden, die sich in zumindest zwei^wenn nicht vier Richtungen ausbreiten, um mögliche Fehler ungefähr zu erfassen, unabhängig von deren Ausrichtung, weshalb herkömmliche Vorrichtungen bzw. Sender im allgemeinen Schlitten mit vier Umsetzern oder Signalwandlern enthalten, deren Einfallsebenen senkrecht sind. Bei einem derartigen Sender ist der Elektronikteil zwangsweise groß, um die nach Reflexion an den Fehlern erhaltenen S ignale zu erfassen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung mit einem einzigen Sender einfachen Aufbaus und geringer Kosten zu schaffen, wobei dem einzigen Sender eine linse so zugeordnet ist, daß die in einem Medium erregten Wellen verschiedene Richtungen besitzen,oder,wenn möglich, daß die Ausbreitungsrichtungen der Wellen in dem Medium einen Winkel von 2X Radian überstreichen, so daß bei der Anwendung auf die Erfassung von Fehlern mindestens eine

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Welle auf den Fehler senkrecht zu diesem auftrifft.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung so gelöst, daß die Fläche der Linse so ist, daß die auf die Dioptrieebene einfallende Welle und die von der Dioptrieebene gebrochene Welle in Phase sind längs Kurvenverläufen, die insbesondere durch zusammenwirkende Geradenverläufe oder durch Kreise gebildet sind, wobei die Kurvenverläufe in der Ebene der Dioptrieebene enthalten sind.

Der erfindungsgemäße Sender zum Erregen von Wellen enthält eine ein Strahlenbündel zueinander paralleler Strahlen (Lichtstrahlen oder Ultraschallstrahlen) abgebende oder sendende Quelle sowie eine Linse. Die Strahlen des Strahlenbündels sind senkrecht zu einer Dioptrieebene. Die Dioptrieebene begrenzt die obere Fläche des Körpers, in den die Wellen eingeführt oder erregt weiden sollen. Die Fläche der Linse des erfindungsgemäßen Benders gegenüber dem Signalwandler oder der Quelle ist eben. Die zweite Fläche der Linse gegenüber der Dioptrieebene ist so, daß die Strahlen des von der zweiten Fläche nach Durchtritt durch die Linse einer Brechzahl η gebrochenen Strahlen des Bündels auf der Dioptrieebene unter einem konstanten Einfallswinkel i eintreffen. Weiter ist die zweite Fläche der Linse derart, daß die auf der Dioptrieebene einfallende Welle, die dem Strahl des von der Linse gebrochenen Strahlenbündels entspricht, und die von der Dioptrieebene gebrochene Welle, die der einfallenden Welle entspricht, in Phase sind längs gegebener Kurvenverläufe. Die Kurvenverläufe sind beispielsweise durch zusammenwirkende Geradensegmente oder konzentrische Kreise gebildet.

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Gemäß einem AusfUhrungsbeispiel der Erfindung sollen Wellen erregt v/erden, die in Phase sind längs an einem Punkt zusammenwirkenden Geradensegmenten. Um dies zu erreichen, kann ein ebener Signalwandler verwendet werden und erfindungsgemäß eine Linse, deren zweite Fläche eine Konusfläche ist mit einem halben Scheitelwinkel von (JC/2)-OC oder (K /2) + &- ,je nachdem, ob divergierende oder konvergierende Wellen erregt werden sollen, wobei der Winkel cC so ist, daß gilt

sin i

tan OC- _

cosi-n

wenn die relative Brechzahl des Mediums, das die Linse bildet, gegenüber einem Medium zwischen der Dioptrieebene und der zweiten Fläche der Linse kleiner als Eins ist,bzw.

tan OC =

η - cosi '
wenn η größer als Eins ist.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ermöglicht die Linse, die zum Inphasesetzen der einfallenden Wellen und der gebrochenen Welle bestimmt ist, daß dieses Inphasebringen gemäß einer geschlossenen Kurve auf der Fläche der Dioptrieebene erfolgt. Diese Fläche kann durch ihre Normale m an jedem Punkt ihrer Fläche definiert werden, die

in einer Ebene senkrecht zur Dioptrieebene und die geschlossene Kurve tangierend enthalten ist,

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und

einen Winkel 06 mit der Achse Oz senkrecht zur Dioptrieebene bildet, wobei der Winkel cc durch die Beziehung gegeben ist:

tan OC = .

icos ι - n»

Um Wellen großer Amplitude in dem von der Dioptrieebene begrenzten Medium zu erregen bei geschlossenen Kurven ist vorteilhaft die Schwingungsfrequenz der Ultraschallwelle so eingestellt, daß die den im betrachteten Medium gebrochenen Wellen zugeordnete Wellenlänge, geteilt durch den Sinus des Brechungswinkels bei einem Bruchteil - der Länge der geschlossenen Kurve liegt. Der Umfang der geschlossenen Kurve muß nämlich ein Mehrfaches des Abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgend gemessenen gleichphasigen Flächen sein, jedoch nicht längs eines gebrochenen Strahlsj, sondern längs der geschlossenen Kurve. Bei Lamb'schen Wellen gilt Brechungswinkel r = 90°, sin r = 1 und der Umfang der geschlossenen Kurve ist ein Mehrfaches der Wellenlänge λ. Auf diese Weise sind nach einem Durchlaufen längs dieser Kurve die Wellen durch zyklische Resonanz in Phase gebracht.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: . ' ·

Fig.·1 schematisch die geometrische Anordnung der Linse und die Eigenschaften des Senders gemäß der Erfindung,,

Fig» 2 schematisch die Anordnung der Linse,

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■*' 265959b W

Pig. 5 schematisch eine Linse, die Wellen gemäß zusammenwirkenden ßeradensegmenten erregt,

Fig. 4 ein plan-konische-Linse, die im durch die Dioptrieebehe begrenzten Medium konvergierende Wellen erregt,

Fig. 5 eine Linse, deren zweite Fläche wendelförmig ausgeführt ist, wodurch längs eines Kreises auf der Dioptrieebene in Phase gebrachte Wellen erregt werden können,

Fig. 6 schematisch die Resonanzbedingung, durch die

große Amplituden für in dem durch die Dioptrieebene begrenzten Medium eingeführten Wellen erreichbar sind.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Sender dargestellt, der einfallende und durch eine Dioptrieebene P gebrochene Wellen in Phase bringen kann längs einer beliebigen Kurve C^, die möglicherweise ein Polygonzug ist. Der erfindungsgemäße Sender weist eine Strahlungsquelle S auf, die ein Strahlenbündel F mit parallelen Strahlen R, und R,' abgibt. Eine Linse L besitzt eine erste ebene Fläche 2 gegenüber der Strahlungsquelle S sowie eine zweite Fläche 4, die das die Strahlen PL und R ' enthaltende Strahlenbündel in ein Strahlenbündel aus durch die zweite Fläche 4 gebrochenen Strahlen umformt, das Strahlen R₂ und R ' besitzt. Diese Strahlen Rp und R ' wirken auf ein durch die Dioptrieebene P begrenztes Medium 6 an Stellen A bzw. A¹ ein, wobei sie im Medium β Wellen erregen, wobei die von der Dioptrieebene P entsprechend der Erregung der Wellen in dem Medium β gebrochenen Strahlen durch die Strahlen R,

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und R ' dargestellt sind. Die zweite Fläche 4 der Linse L ist derart, daß der Einfallswinkel i der Strahlen R₂ und R₂' auf die Dioptrieebene ρ konstant ist. Weiter sind die einfallenden und durch die Dioptrieebene P gebrochenen Wellen in Phase. Die zweite Fläche 4 der Linse L ist durch die Richtung der Normalen tn zum Punkt M definiert, wobei der Punkt M dem Einfallspunkt des Strahls R_g am Punkt A der Kurve C_n auf der Dioptrieebene P zugeordnet ist, sowie durch eine zweite Bedingung der Gleichheit der optischen Weglängen, die im folgenden erläutert wird.

Jedem Punkt A der Kurve C_n ist eine Ebene TT zugeordnet, die durch den Punkt A geht und eine Tangente T an der Kurve C_n enthält, die ihrerseits in der Dioptrieebene P enthalten ist. Diese Ebene 'JC enthält den Strahl R₂, die Normale im Punkt A zur Dioptrieebene ρ parallel zur Achse Oz sowie den Strahl R., der durch den Punkt M geht. Gemäß der ersten Des cartes »sdien Regel ist die Normale ill auf der zweiten Fläche 4 der Linse L ebenso in dieser Ebene P enthalten, da der einfallende Strahl R, und der gebrochene Strahl R_p in dieser Ebene K enthalten sind. Die Normale m im Punkt M der zweiten Fläche 4 nimmt einen Winkel W, mit der Vertikalen, d.h. der Achse Oz, ein. Die Brechzahl η ist die relative Brechzahl zwischen dem die Linse L bildenden Medium und dem Kopplungsmedium zwischen der Dioptrieebene P und zweiten Fläche Gemäß der zweiten De se art es¹ sahen Regel ergibt sich, wenn η < l:

η sin OC= sin ß = sin (oC -i),

mit ß = Brechungswinkel im Kopplungsmedium, und wenn η > 1:

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η sin oc = _si_n β = sin (06+ i).

Die Auflösung der Gleichung nach CX ergibt, daß der die Normale m bildende Winkel der durch die Auflösung der vorstehenden Gleichung erhalten wird beträgt:

sin i

tan

lcos i - η I

Der Gang, die Linse 4 geometrisch zu konstruieren, ist folgender. Der Wert des Winkel i wird festgelegt, (beispielsweise zur Erregung von Lamb'schen Wellen in der Dioptrieebene p), was den Winkel OC durch die vorstehende Beziehung bestimmt sowie punktweise die Richtung der Nor malen ni zur zweiten Fläche 4.

Es kann einfach gezeigt werden, daß die gebrochene Welle und die einfallende Welle längs der Kurve C_Q in Phase sind. Im Fall einer beliebigen Kurve C_Q wird das Segment AA' als Elementarstrecke genommen, d.h. der Teil der Kurve C_Q, der mit der Richtung der Tangente T am Punkt A zur Kurve C_Q zusammenfällt. Der Unterschied zwischen den optischen Wegen für die Strahlen Rp und R₂' im Kopplungsmedium beträgt A¹A₁ und für die Strahlen R, und R ' im durch die Dioptrieebene P begrenzten Medium AA₁'. Mit dem Brechungswinkel r in dem durch die Dioptrieebene P begrenzten Medium 6 und der zweiten Descariß-s¹ sehen Regel sin i = n¹ sin r ergibt sich, daß die optischen Wege n' AA₁' = n'AA' sin r und A¹A₁ = AA' sin i gleich sind,und daß auch die Wellen in Phase sind über die gesamte Strecke AA' längs der Kurve C_Q, wobei n' die Brechzahl ist relativ zum durch die Dioptrieebene P begrenzten Medium und dem Kopplungsmedium.

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In Pig. 2 ist ein Schnitt durch die Linse L in einer Ebene senkrecht zur Dioptrieebene P dargestellt, die auch durch das Segment AA' geht. Die Normalen zu den Punkten M und M¹ sind wie vorgegeben, wobei die Lage des Punktes M¹ derart ist, daß gilt ^ (MN) + n η,(AB) ^n₁(M¹N') + H₂(M¹A¹). Diese Gleichung definiert die Lage der Punkte auf der zweiten Fläche 4 der Linse L, und die Richtung der Normalen auf die zweite Fläche 4 der Linse L ermöglicht in Kenntnis der Kurve C und der Brechzahlen n., n₂ und n-, die punktweise Konstruktion der zweiten Fläche 4 der Linse L.

In Fig. 3 ist ein besonderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das die Erregung von Wellen im durch die Dioptrieebene P begrenzten Medium erreicht, die in Phase sind längs an einem Punkt 0 zusammenwirkenden Segmenten, wie beispielsweise Segmente gemäß den Geraden 10, 12, ]A. Der Sender besitzt eine Dreh- oder Rotationssymmetrie in Bezug auf die Achse Oz, wodurch nur das untersuchbar ist, das durch eine Ebene 3£ hindurchgeht, die ihrerseits durch diese Achse Oz geht. Die Strahlungsquelle S gibt ein Strahlenbündel F der Strahlen R. und R ' ab, die durch die zweite Fläche 4 der Linse L gebrochen werden, die die Form eines Konus oder Kegels besitzt mit einem halben Scheitelwinkel von (% /2) - Oo Die von dieser zweiten Fläche 4 gebrochenen Strahlen R₂ und R₂ ^f treffen auf die durch die Dioptrieebene P gebildete Fläche unter einem konstanten Einfallswinkel i auf, was einen ebenfalls konstanten Brechungswinkel r zur Folge hat. Im Vergleich zur Fig. 1 ist die Kurve C_Q bei diesem Ausführungsbeispiel eine durch den Punkt 0 gehende Gerade«, Es kann einfach festgestellt werden, daß die einfallenden und gebrochenen Wellen längs den Geraden

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10, 12, l4 auf der Dioptrieebene P in Phase sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel nimmt die Normale m zur zweiten Fläche 4 der Linse L ebenfalls einen Winkel et zur Achse Oz ein, wobei dieser Winkel 00 ebenfalls durch die Beziehung

tan OC = ^sin i

lcos i - nT

gegeben ist. Da der gesamte Sender wie bereits ausgeführt, um die Achse Oz rotationssymmetrisch ist, ergibt sich, daß die in dem durch die Dioptrieebene P begrenzten Medium erregten Wellen längs unendlich vieler Geraden (in der

in Phase

Praxis Gsradensegmenten / sind, die an einem Punkt 0 zus ammenwirken.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die in dem durch die Dioptrieebene P begrenzten Medium erregten Wellen solche, die ausgehend von dem Punkt 0 divergieren.

In Fig. 4 ist ein anderes Ausführungsbeispxel der Erfindung dargestellt, durch das Wellen erregbar sind, die sich in dem durch die Dioptrieebene P begrenzten Medium gemäß konvergierenden Wellen ausbreiten. In diesem Fall ist die Linse L durch eine ebene Fläche 2 und eine konusförmige zweite Fläche 4 gebildet, wobei die konusförmige zweite Fläche einen halben Scheitelwinkel von ('K. /2) +06 besitzt. Die in der Ebene JC enthaltenen Strahlen R₂ und

R ' die durch die Achse Oz geht, fallen gemäß einem konstanten Einfallswinkel i auf der Geraden 10 ein und sind in Phase mit gebrochenen Wellen, die den Strahlen R-, und R ' längs der gleichen Geraden 10 entsprechend.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispxel der Erfindung

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. n _ 265959b fS

dargestellt, das es ermöglicht, Wellen zu erregen in Phase unter einem konstanten Einfallswinkel auf einem Kreis C mit Radius R auf der Dioptrieebene P. Die zweite Fläche 4 der Linse L ist durch eine Bedingung in Halb-Polarkoordinaten ausdrückbar, nämlich

jp = (z cotan<x + R 0)² + R²,

wobei die Achsen Oxyz so wie in Fig. 5 dargestellt sind. Die Anordnung L' entspricht dabei einer Untenansicht der Linse L in Fig. 5.

Von der Strahlungsquelle S abgegebene Strahlen, wie der Strahl R₁, lösen Strahlen, wie den Strahl R₂, aus, die an der Dioptrieebene P an auf dem Kreis C verteilten Einfallspunkten auftreffen. Die Strahlen R₂ kommen unter dem gleichen Einfallswinkel i an_y und die auf die Dioptriee bene P einfallenden Wellen und durch sie gebrochenen Wellen sind längs des Kreises C in Phase, was ein Sonderfall der Kurve C_Q gemäß Fig. 1 ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Linse L durch zwei zur Achse Oz koaxialen Zylinder 30, 32 begrenzt. Gemäß dem Schattenverlauf ist die zweite Fläche 4 andererseits begrenzt durch einen einzigen Schritt oder eine einzige Windung (0_Q ^ 0 ^ 0_Q + 2 X ).

In Fig. 6 ist der Verlauf von einfallenden und von durch die Dioptrieebene P gebrochenen Wellen dargestellt, wenn das durch die Dioptrieebene P begrenzte Medium eine ebene Platte ist, wobei der Einfallswinkel i gewählt ist, um Lamb'sche Wellen in dem diese Platte bildenden Werkstoff zu erregen. Die in Fig. 6 dargestellte Anordnung entspricht einer Linse L wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. Die am Punkt A erzeugten Lamb'schen Wellen

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breiten sich längs der Tangente T am Kreis C aus. In gleicher Weise breiten sich die am Punkt A' erzeugten Wellen gemäß der Tangente T' und die am Punkt A" erzeugten Wellen längs der Tangente T" aus.

Die von jedem der Punkte A, A', A" erzeugten Lamb'schen Wellen löschen sich schnell durch Interferenz aus bei Entfernung nach außerhalb vom Kreis C. Andererseits unterstützen oder überlagern sich ihre Amplituden längs des Kreises C, da es eine Phasen-Erhaltung zwischen einfallender und gebrochener Welle längs dieses Kurvenverlaufs gibt, wenn dies ein Kreis ist. Wie bei allen Schwingungserscheinungen genügt es, daß das Inphasebringen auf ein Viertel der Wellenlänge genau erfolgt, damit das Inphasebringen längs des Kurvenverlaufs bewirkt wird, wobei das Inphasebringen auch längs eines Kreisrings außerhalb des Kreises C erreicht ist, der dieser Phasenverschiebung entspricht.

Wie bereits erläutert kommen, wenn die Wellenlänge \ (bei Lamb'schen Wellen muß λ nicht durch sin r geteilt werden, da r = 90°) der in dem durch die Dioptrieebene P begrenzten Medium erregten Wellen ein Unter-Vielfaches oder ein Bruchteil des Umfangs 2?r R des Kreises C ist, die sich längs dieses Umfangs ausbreitenden Wellen am Punkt A mit der gleichen Phase an wie die durch eine Neuschwingung erregten Wellen, die sich längs des Strahls ausbreiten mit Hinzufügung von Amplituden, wodurch eine Resonanzerregung längs des Kreises oder der geschlossenen Kurve erreichbar ist. Das führt zu vorteilhaften intensiven Effekten bei dem Empfang von durch Fehler geringer Abmessungen erzeugten Echos.

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Die Erläuterung der Fig. β erfolgte anhand Lamb'scher Wellen, ist Jedoch auch allgemein für beliebige Arten von Wellen anwendbar, bei denen der Winkel r von 90° verschieden ist.

Der beschriebene Sender bzw. die erläuterte Vorrichtung kann auch als Resonator für in die Dioptrieebene P eingeführte Wellen verwendet werden.

Der erfindungsgemäße Sender ist insbesondere auf die Erfassung von Fehlern in Platten anwendbar durch Erregen von Lamtfschen Wellen in diesen durch eine Dioptrieebene P begrenzten Platten. In diesem Fall ist die Strahlungsquelle ein Ultraschall-Signalwandler, der als Sender/ Empfänger wirkt, um nach gegebener Sendezeit die von den Fehlern reflektierten und gegenüber dem Erregungs-Verläufe entgegengesetzten Verläufen umgewälzten bzw.-laufenden Echos zu erfassen. Selbstverständlich vri.rd zum Erforschen des Zustande einer Platte die Anordnung Signalwandler/Linse gemäß zwei zur Dioptrieebene P parallelen Koordinatenachsen xy verschoben. Der erfindungsgemäße Sender ist auch zur Anwendung von anderen mechanischen Wellen als Lamb'schen Wellen anwendbar.

Durch geeignete Berechnungen kann der Fachmann die anhand der Erfindung erläuterte Technik auch auf andere ein Medium begrenzende Flächen anwenden, · ■ ' «in die Wellen in Phase eingeführt werden sollen, wie Zylinder, Kugeln, Toren, usw.

Die Anwendung .dee erfindungsgemäßen im wesentlichen die Linse L aufweisenden Senders kann auch auf elektromagnetische und korpuskulare Wellen ausgedehnt werden. Die Erfindung ist insbesondere zweckmäßig, wenn die

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Strahlungsquelle S ein Laser-StrahlenbUndel abgibt, wobei dann der Aufbau der linse L verwendet wird, um ein Lichtbündel gebrochener Strahlen zu erzeugen, das den oben erläuterten Eigenschaften entspricht.

Es ist auch im Rahmen der Erfindung möglich, die Fläche eines Senders gemäß einer Orthogonalebene zu den Strahlen R_p zu schneiden, um das gleiche Ergebnis zu erhalten. In diesem Fall nimmt die Normale m zur Fläche einen Winkel i mit der Achse Oz ein (es reicht dann aus η = 1 und * = i in den vorstehenden Gleichungen zu setzen). Dieses Ausführungsbeispiel erscheint derzeit jedoch wegen der komplizierteren Verwirklichung kostspieliger.

Ausführungsbeispiel

nämlich zum Untersuchen einer Platte P aus rostfreiem Stahl der Dicke l mm mit einem Ultraschall-Signalwandler der Frequenz 4 MHz.

Die Erregung Lamb'scher Wellen des Modus A₁ führt zu einem Einfallswinkel i = 16,9° und die Anwendung der Beziehung tan CK, = (sin i)/(|cos i - nl) ergibt für eine Araldit-Linse und Wasser (n = 0,57) als Kopplungsmedium einen Winkel Ot = 36,9°.

Diese Lamb'schen Wellen breiten sich in Stahl mit einer Geschwindigkeit von 5150 m/s aus, entsprechend einer Wellenlänge λ = 1,288 mm. Bei Setzen von 2JTR = 10 λ , um eine Resonanzerregung zu erreichen, ergibt sich R= 2,05 mm (wobei die "Verwendung eines Senders einstellbarer Frequenz die Einstellung der Frequenz erlaubt, um die gewünschte Resonanz zu erhalten).

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In Fig. 4 ist die Linse L dargestellt, die diesen Werten für x und R entspricht.

Eine andere Definition der die Innenfläche der Linse begrenzenden Fläche ist, daß es sich um eine durch ein Segment erzeugte Fläche handelt, dessen Verlängerung, Tangente an einer Kreiswendel mit Radius R ist, woraus sich ein Schritt von ρ = 2jtR tan OC = 9,67 mm ergibt.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

IJ Sender zum ,Erregen von Wellen in einem durch eine Dioptrieebene begrenzten Medium_s mit einer Strahlungsquelle, die ein Strahlenbündel aus zueinander parallelen und zur Dioptrieebene senkrechten Strahlen abgibt,

gekennzeichnet durch

eine Linse (L^ deren■erste, ebene Fläche (2) der Strahlungsquelle(S) gegenüberliegt und deren zweite Fläche (4). der Dioptrieebene (P) gegenüberliegt und so ausgebildet ist, daß die von des* zweiten Fläche (4) gebrochenen Strahlen (R-, K')des Strahlenbündels(F) auf der Dioptrieebene (P) unter einem konstanten Einfallswinkel (i) auf treffen, daß die auf die Dioptrieebene (P) einfallende Welle* die dem durch die zweite Fläche (4) der Linse(L) gebrochenen Strahlenbündel CB") entspricht, und die durch die Dioptrieebene (P) gebrochene Welle, die dieser einfallenden Welle entspricht^ längs eines vorgegebenen Kurvenverlaufs (C^i ICJ₃ 12* 1% C) auf der Fläche der Dioptrieebene φ) in Phase sind*

2ο Sender nach Anspruch. 1 zum Inphasebringen der einfallenden und gemäß G97a&@3segm.en.ten auf der Dioptrieebene gebrochenen Welle, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Fläche (4) der Einse (L) die Form eines Konus besitzt, mit zur Dioptrieebene P senkrechter Achse Oz und mit einem halben Scheitelwinkel von ( 3Γ /2) - OC, wobei ok die Bedingung

_tari öl =

- - ©os i = nf

ORIGINAL INSPECTED

erfüllt, mit η = relative Brechzahl des die Linse (L) bildenden Mediums gegenüber dem Medium zwischen der zweiten Fläche (4) und der Dioptrieebene (P) (Pig. 3)»

3. Sender nach Anspruch 1 zum Inphasebringen der einfallenden und gemäß Geradensegmenten auf der Dioptrieebene gebrochenen Welle, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Fläche (4) der Linse (L) die Form eines Konus besitzt, mit einem halben Scheitelwinkel von (JC/2) +Ql, o(, die Bedingung

erfüllt, mit η = relative Brechzahl des die Linse (L) bildenden Mediums gegenüber dem Medium zwischen der zweiten Fläche (4)und der Dioptrieebene(P) (Fig, 4).

4. Sender nach Anspruch i zum Inphasebringen der einfallenden und gemäß einer geschlossenen Kurve auf der Dioptrieebene gebrochenen Welle, dadurch gekennzeichnet, daß die Normale (m) zu jedem Punkte M*)der zweiten Fläche (4) der Linse(L)in einer Ebene 0C) senkrecht zur Dioptrieebene (P) ist und die geschlossene Kurve tangiert und einen Winkel φ mit einer Achse (Oz) senkrecht zur Dioptrieebene (p)einniimnt, wobei C^ die Bedingung

tan 06 = ^sin ⁱ

(cos i - nl

erfüllt, mit η = relative Brechzahl des die Linse (!) bildenden Mediums gegenüber dem Medium zwischen der zweiten Fläche (4) und der Dioptrieebene (P) (Fig. 1, 2).

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5. Sender nach Anspruch H- zum Inphasebringen der einfallenden und gemäß einem Kreis auf der Dioptrieebene gebrochenen Welle, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Fläche (4) der Linse(L)eine Regelfläche ist, die die Halb-Polarkoordinaten-Bedingung

ρ² β (z cotanOt + R0)² + R² erfüllt, mit J» = Radius und 0 = Polarwinkel.

6. Sender nach Anspruch 4 oder 5 zur Erregung von Wellen in einem von der Dioptrieebene begrenzten Medium, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsfrequenz des von der Strahlungsquelle (S) abgegebenen Strahlenbündels(P)der Strahlen (R-nR-t ') so ist, daß die den gebrochenen Wellen im von der Dioptrieebene (P begrenzten Medium (6) zugeordneten Wellenlänge geteilt durch den Sinus des Brechungswinkels (r)in dem Medium (6) ein Bruchteil der Länge der Kurve(C₀, C^auf der Dioptrieebene(P) ist.

7. Sender nach einem der Ansprüche l - 6 zur Erregung von Ultraschallwellen, dadurch gekennzeichnet, daß das auf der ersten Fläche (2) der Linse (i) auf treffende Strahlenbündel (F)von parallelen Strahlen(R₁₁R-, ') ein von einem ebenen Signalwandler abgegebenes Ultraschall-Strahlenbündel ist..

8. Sender nach Anspruch 7 zur Erregung von Lamb'schen Wellen in einer ebenen Platte und zur Erfassung von Fehlern in der Platte, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalwandler als Sender/Empfänger wirkt.

9. Sender nach einem der Ansprüche 1 - 6 ,, zur Erregung von

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Lichtwellen in einem durch die Dioptrieebene begrenzten Medium, dadurch gekennzeichnet, daß die das Strahlenbündel (P)von parallelen Strahlen (R₁₁R₁') abgebende Strahlenquelle (S)eine Lichtquelle ist.

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