DE2821573A1 - ACOUSTIC DEVICE - Google Patents

ACOUSTIC DEVICE

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DE2821573A1
DE2821573A1 DE19782821573 DE2821573A DE2821573A1 DE 2821573 A1 DE2821573 A1 DE 2821573A1 DE 19782821573 DE19782821573 DE 19782821573 DE 2821573 A DE2821573 A DE 2821573A DE 2821573 A1 DE2821573 A1 DE 2821573A1
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    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/32Sound-focusing or directing, e.g. scanning characterised by the shape of the source

Description

Akustische VorrichtungAcoustic device

Die Erfindung bezieht sich auf akustische Vorrichtungen und betrifft insbesondere Vorrichtungen, die einen fokussierten Schallstrahl liefern.The invention relates to acoustic devices and, more particularly, relates to devices having a focused Deliver sound beam.

Neuerdings hat sich erwiesen, daß es möglich ist, ein akustisches Mikroskop in der Weise herzustellen, daß eine ebene Schallwelle in eine wassergefüllte Zelle durch eine mit dem Wasser in Berührung stehende konkave Fläche in einem Saphirkristall hindurch geleitet wird; die Konkavfläche fokussiert die Schallstrahlung in der wassergefüllten Zelle, eine Probe wird in der Brennebene abgetastet, und durch die Probe geleitete Strahlung wird von einer entsprechenden Konkavfläche in einem weiteren Saphirkristall aufgenommen« Eine derartige Anordnung wurde von R. A. Lemons und CF. Qua te in den ultrasonics Symposium Proceedings 1973 des Institute of Electrical und Electronic Engineers (Nr. 73 CHO 8O7-8SU) in einem Aufsatz "Ein Raster-Schallmikroskop" (1A Scanning Acoustic Microscope1) beschrieben.It has recently been found that it is possible to manufacture an acoustic microscope in such a way that a plane sound wave is passed into a water-filled cell through a concave surface in a sapphire crystal which is in contact with the water; the concave surface focuses the sound radiation in the water-filled cell, a sample is scanned in the focal plane, and radiation transmitted through the sample is picked up by a corresponding concave surface in a further sapphire crystal. Such an arrangement was made by RA Lemons and CF. Qua te in the ultrasonics Symposium Proceedings 1973 of the Institute of Electrical and Electronic Engineers (No. 73 CHO 8O7-8SU) in an article "A scanning acoustic microscope " (1 A Scanning Acoustic Microscope 1 ) described.

Wenn mit Frequenzen gearbeitet wird, die so hoch sind, daß das Mikroskop eine gute Auflösung bieten kann, ist jedoch die SchallSchwächung im Wasser sehr hoch, so daß nur eine kurze Weglänge im Wasser zugelassen werden kann; die Brennweite der gewölbten Fläche muß klein sein, und der Krümmungshalbmesser dieser Fläche ist daher sehr klein. Eine derartige Fläche herzu-However, when working with frequencies that are so high that the microscope can provide good resolution The sound attenuation in the water is very high, so that only a short one Path length in the water can be allowed; the focal length of the curved surface must be small and the radius of curvature this area is therefore very small. To create such an area

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stellen ist schwierig.pose is difficult.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte akustische Vorrichtung zu entwickeln, die in einem Basterschallmikroskop oder ähnlichen Vorrichtungen verwendbar ist.The invention is therefore based on the object of developing an improved acoustic device which is shown in FIG a bastard sonic microscope or similar devices can be used is.

Gemäß der Erfindung ist eine akustische Vorrichtung mit einem festen Körper mit praktisch ebener Schalltransmissionsfläche und akustische Erregermitteln versehen, die so angeordnet sind, daß innerhalb des Körpers ein kovergierender Schallstrahl entsteht, der auf die genannte ebene Schalltransmissionsfläche auftrifft.According to the invention there is an acoustic device comprising a solid body with a practically flat sound transmission surface and acoustic excitation means arranged so that within the body a converging sound beam arises, which impinges on said flat sound transmission surface.

Die akustischen Erregermittel weisen im allgemeinen mindestens einen piezoelektrischen Schwinger auf, der den genannten festen Körper berührt, wobei der Schwinger eine geeignete Elektrode an einer Seite einer Schicht piezoelektrischen Materials besitzt; führt man den Elektroden ein geeignetes elektrisches Wechselstromsignal zu, wird die gewünschte Schallwelle ausgesandt. Eine derartige Vorrichtung ist in beiden Richtungen betreibbar, so daß eine von dem Schwinger aufgefangene Schallwelle in ein Wechselβtromsignal umgewandelt wird. Ferner kann eine Quelle oder ein Detektor für ein elektrisches Wechselstromsignal vorgesehen sein} die Quelle oder der Detektor sind mit dem (oder den) piezoelektrischen Schwinger(n) verbunden.The acoustic excitation means generally have at least one piezoelectric oscillator, the said touches solid body, the transducer having a suitable electrode on one side of a layer of piezoelectric material owns; If a suitable electrical alternating current signal is fed to the electrodes, the desired sound wave is emitted. Such a device can be operated in both directions, so that a sound wave captured by the oscillator is in a AC signal is converted. It can also be a source or a detector for an electrical alternating current signal may be provided} the source or the detector are connected to the (or connected to the) piezoelectric oscillator (s).

Statt einer einzelnen Elektrode an einer Seite des piezoelektrischen Materials kann eine Gruppe von Elektroden vorgesehen werden, mit denen die gesendete oder empfangene Schallwelle genauer gesteuert werden kann.Instead of a single electrode on one side of the piezoelectric material, a group of electrodes can be used be provided with which the transmitted or received sound wave can be controlled more precisely.

Der feste Körper besteht normalerweise aus einem Stoff mit niedrigem akustischen Verlust, vor allem, wenn mit hohen Schallfrequenzen gearbeitet werden soll.The solid body is usually made of a material with low acoustic loss, especially when using high sound frequencies should be worked.

Bei der Anordnung liegen die akustischen Erreger» mittel an einer ebenen oder gekrümmten Fläche des Körpers gegenüber der ebenen Schalltransmissionsfläche an und erzeugen einen konvergierenden Schallstrahl. Bei einer anderen Grundform der Vorrichtung ist die der praktisch ebenen Schalltransmissionsfläche gegenüberstehende Fläche des festen Körpers konvex geformt, und die akustischen Erregermittel sind so angeordnet, daß sie eine ebene Schallwelle erzeugen, die von der konvex gewölbten Fläche intern auf die ebene Schalltransmissionsfläche reflektiert wird.In the arrangement, the acoustic excitation means are located opposite one another on a flat or curved surface of the body the flat sound transmission surface and generate a converging sound beam. With another basic form of the The device is the surface of the solid body opposite the practically flat sound transmission surface that is convex shaped, and the acoustic excitation means are arranged so that they generate a plane sound wave from the convex curved surface is internally reflected on the flat sound transmission surface.

Bei einer ersten Ausführungsform ist die der praktisch ebenen Schalltransmissionsfläche gegenüberstehenden Fläche des festen Körpers gewölbt, und mit der gewölbten Fläche steht ein einzelner piezoelektrischer Schwinger in Kontakt.In a first embodiment, the surface opposite the practically flat sound transmission surface is the solid body arched, and with the curved surface is a single piezoelectric oscillator in contact.

Bei einer zweiten Ausführungsform ist die der praktisch ebenen Schalltransmissionsfläche gegenüberstehende Fläche des festen Körpers gewölbt, und ein einzelner piezoelektrischer Schwinger steht in Kontakt mit der genannten praktisch ebenen Schalltransmissionsflache.In a second embodiment, the surface opposite the practically flat sound transmission surface is the arched solid body, and a single piezoelectric oscillator is in contact with the said practically planar Sound transmission surface.

Bei einer dritten Ausführungsform ist die der praktisch ebenen Schalltransmissionsflache gegenüberstehende Fläche gewölbt, und zwischen der gewölbten und der ebenen Fläche und parallel zu der letzteren befindet sich ein einzelner ebener piezoelektrischer Schwinger.In a third embodiment, the surface opposite the practically flat sound transmission surface is curved, and between the curved and flat surfaces and parallel to the latter there is a single flat piezoelectric Schwinger.

Bei einer vierten Ausführungsform ist eine Gruppe von konzentrisch angeordneten kreisförmigen piezoelektrischen Schwingern in Berührung mit einer zweiten der praktisch ebenen Schalltransmissionsfläche gegenüberstehenden Fläche des festen Körpers vorgesehen. Die zweite Fläche kann eben ausgeführt sein, und außerdem kann eine Einrichtung vorgesehen sein, die die Schwinger in einer Phase anregt, die sich fortschreitend überIn a fourth embodiment, a group of concentrically arranged circular piezoelectric oscillators in contact with a second of the practically planar ones Sound transmission surface opposite surface of the solid body provided. The second surface can be flat, and a device can also be provided which excites the oscillators in a phase which progressively extends over

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die Gruppe von Schwingern hinweg ändert. Die zweite Fläche kann aber auch gewölbt oder abgestuft ausgeführt sein, wenn die Schwinger entweder alle phasengleich oder in einer Phase angeregt werden, die sich über die Gruppe von Schwingern hinweg fortschreitend ändert. Die Schwinger sind als Äquivalent einer optischen Fresnellinse anzusehen - denn die Anordnungen sind so getroffen, daß durch die Erregung der Schwinger ein konvergenter Schallstrahl erzeugt wird, der durch den festen Körper hindurch zu der praktisch ebenen Schalltransmissionsflache wandert.the group of wrestlers changes away. The second surface can also be curved or stepped, if the transducers either all have the same phase or are excited in a phase that extends across the group of transducers progressively changes away. The transducers are as equivalent an optical Fresnel lens - because the arrangements are made in such a way that the excitation of the vibrators generates a convergent sound beam that passes through the solid body through to the practically flat sound transmission surface wanders.

Wenn eine Ankopplungsflüssigkeit, etwa Wasser, an der praktisch ebenen Schalltransmissionsflache ansteht, führt die Änderung des Brechungsindex bei allen Ausführungsformen zur Fokussierung des einfallenden konvergenten Strahls in der Ankopplungsflüssigkeit. Wenn eine erfindungsgemäße akustische Vorrichtung in geeigneter Weise durch eine Wechselstromquelle erregt wird, kann sie als Schallstrahlungssender arbeiten; wenn eine solche Vorrichtung Schallstrahlung aus einem Brennpunkt auffängt, kann sie als Empfänger für Schallstrahlung arbeiten.If a coupling liquid, such as water, is present on the practically flat sound transmission surface, the Change of the refractive index in all embodiments Focusing the incident convergent beam in the coupling liquid. When an acoustic Device suitably by an AC power source is excited, it can work as a sound radiation transmitter; when such a device emits sound radiation from a focal point it can work as a receiver for sound radiation.

Die praktisch ebene Schalltransmissionsfläche kann entweder vollkommen eben sein oder kann eine leichte Krümmung in der einen oder anderen Richtung aufweisen, um Aberrationen zu korrigieren oder eine mechanisch günstigere Bauweise zu ermöglichen. Eine derartige schwache Krümmung liefert aber nicht die fokussierende Wirkung der Vorrichtung! bei der ersten, der zweiten und der dritten Augführungsform wird die Fokussierung von den gewölbten Flächen hervorgerufen, die der praktisch ebenen Fläche gegenüberstehen, und bei der vierten Ausführungsform durch die Anordnung der Elektroden.The practically flat sound transmission surface can either be completely flat or can have a slight curvature have in one direction or the other in order to correct aberrations or to enable a mechanically more favorable construction. However, such a weak curvature does not provide the focusing effect of the device! at the first, the second and third embodiment, the focusing is brought about by the curved surfaces, which is practically face flat surface, and in the fourth embodiment by the arrangement of the electrodes.

Gemäß der Erfindung umfaßt ein akustisches System zwei erfindungsgeraäSe akustische Vorrichtungen, deren jeweilige praktisch ebene SchalltransaissionsfIachen nebeneinanderliegen,According to the invention comprises an acoustic system two erfindungsgeraäSe acoustic devices, their respective practically even sound transmission surfaces are next to each other,

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eine an die Schallerregermittel der einen Vorrichtung angeschlossene Wechselstromquelle sowie einen Wechselstromdetektor, der an die Schallerregerinittel der anderen Vorrichtung angeschlossen sind. Ferner kann eine Abtastvorrichtung vorgesehen sein, die einen Gegenstand mechanisch durch den Brennpunkt abtastet. Beim Betrieb des Systems befindet sich zwischen den Schalltransmiss!onsflachen eine Ankopplungsflüssigkeit, etwa Wasser, und die genannten Flächen sind so weit voneinander entfernt, daß der Brennpunkt der Schallenergie, der von der Erregervorrichtung erzeugt wird, in solcher Lage relativ zu der Aufnehmerfläche ist, daß maximale Empfindlichkeit und Auf«· lösung gewährleistet ist. Eine derartige Anordnung kann als konfokal betrachtet werden.one connected to the sound exciter means of one device AC power source and an AC current detector, which is connected to the sound exciter of the other device are. Furthermore, a scanning device can be provided which mechanically scans an object through the focal point scans. When the system is in operation, there is a coupling liquid between the sound transmission surfaces, for example Water, and the said surfaces are so far apart that the focal point of the sound energy is that of the Excitation device is generated in such a position relative to the sensor surface that maximum sensitivity and response «· solution is guaranteed. Such an arrangement can be viewed as confocal.

In den Zeichnungen stellt Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch Min akustisches System nach dem Stande der Technik dar. Die zur Erläuterung der Erfindung dienenden Zeichnungen zeigen folgendes:In the drawings, FIG. 1 shows a schematic cross section through M in an acoustic system according to the prior art. The drawings used to explain the invention show the following:

Fig. 2, 3, Jfa, 4b und 5 J schema ti sch gehaltene Querschnitte durch einige Ausführungsformen von erfindungsgemäßen akustischen SystemenJFigs. 2, 3, Jfa, 4b and 5 J are kept schematically Cross-sections through some embodiments of acoustic systems according to the invention J.

Fig. 6: einen schematisch gehaltenen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines akustischen Systems;6 shows a schematic cross section through a further embodiment of an acoustic system;

Fig. 7 und 8: schematisch gehaltene Darstellungen der Arbeitsmöglichkeit eines akustischen Systems;7 and 8: representations kept schematically the workability of an acoustic system;

Fi.g 9: ein Blockschaltbild eines Basterschallmikroskops unter Verwendung eines erfindungsgemäöen akustischen Systems]Fi.g 9: a block diagram of a bastard ultrasonic microscope using an acoustic according to the invention Systems]

Fig. 10 und 11: die Verwendung einer erfindungsgemäöen akustischen Vorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung.10 and 11: the use of an inventive acoustic device for non-destructive testing of materials.

In Fig. 1 ist die obenerwähnte Anordnung von Lemons dargestelltj danach besitzen zwei gleichartige Saphirkirstalle 10, 12 jeweils eine polierte Kugelhohlfläche Ik, 16 in einerIn Fig. 1, the above-mentioned arrangement is dargestelltj of Lemons then have two identical Saphirkirstalle 10, 12 each have a polished spherical concave surface Ik, 16 in a

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ihrer Seitenflächen und an der jeweils gegenüberliegenden Seitenfläche angebracht piezoelektrische Schwingerschichten 18, 20, die also den Kugelhohlflächen gegenüberliegen. Der Schwinger 18 ist mit einer Wechselstromquelle 22 verbunden, die mit etwa 1 GHz arbeitet, und der Schwinger 20 liegt an einem Detektor 24, der auf eine Frequenz von etwa 1 GHz anspricht. Zwischen den Kristallen befindet sich ein Tropfen Wasser 26, der durch Oberflächenspannung in seiner Lage festgehalten wird und einen Teil einer Polyäthylenterephthalat-Folie 28 umgibt, an der eine Probe 30 angebracht ist.their side surfaces and attached to the opposite side surface piezoelectric oscillator layers 18, 20, which are therefore opposite the spherical hollow surfaces. The oscillator 18 is connected to an alternating current source 22, which operates at approximately 1 GHz, and the oscillator 20 is connected to a detector 24 which is responsive to a frequency of approximately 1 GHz. Between the crystals there is a drop of water 26, which is held in place by surface tension, and part of a polyethylene terephthalate film 28, to which a sample 30 is attached.

Wenn dem Schwinger 18 ein Signal aus der Quelle zugeführt wird, entsteht in dem Kristall eine ebene Schallstrahlungswelle, die zu der Hohlfläche I^ läuft und in dem Wasser 26 auf eine Stelle in der Mitte zwischen den Kristallen fokussiert wird. Die Anordnung ist konfokal ausgeführt, so daß die von dem Brennpunkt ausgehende Schallstrahlung von der Hohlfläche 16 durch Brechung in eine ebene SchallStrahlungsfläche umgewandelt wird, die den Kristall 12 durchläuft, von dem Schwinger 20 in ein Wechselstromsignal umgewandelt und integriert wird und von dem Detektor Zh angezeigt wird.When a signal from the source is fed to the oscillator 18, a plane sound radiation wave is produced in the crystal, which runs to the hollow surface I ^ and in which the water 26 is focused on a point in the middle between the crystals. The arrangement is confocal, so that the sound radiation emanating from the focal point is converted by refraction by the hollow surface 16 into a flat sound radiation surface which passes through the crystal 12, is converted into an alternating current signal by the oscillator 20 and integrated and displayed by the detector Zh will.

Wenn in den Brennpunkt ein Objekt 30 gebracht wird, wird der Schallstrahl durch Streu- und Absorptionsvorgänge gestört und erfährt außerdem eine Phasenänderung. Das angezeigte Signal enthält daher Informationen über den im Brennpunkt befindlichen Teil des Objekts. Wird die Folie 28 in der durch die Pfeile 32 angedeuteten Weise abgetastet, können unterschiedliche Teile des Objekts "gesehen" und kann ein Bild aufgebaut werden. Man kann das System als Rasterschallmikroskop verwenden.When an object 30 is brought into focus, the sound beam is disturbed by scattering and absorption processes and also experiences a phase change. The displayed signal therefore contains information about the in focus located part of the property. If the film 28 is scanned in the manner indicated by the arrows 32, different Parts of the object are "seen" and a picture can be built up will. The system can be used as a scanning sonic microscope.

Jedoch muß die Weglänge in dem Wassertropfen 26 so klein wie möglich gehalten werden, weil die Schalldämpfung im Wasser außerordentlich stark ist - etwa 200 dB/mm bei 1 GHz;However, the path length in the water droplet 26 must be so be kept as small as possible because the sound attenuation in the water is extremely strong - about 200 dB / mm at 1 GHz;

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daher müßte der Krümmungsradius der Hohlflächen 14, 16 etwa 0,13 mm betragen, wenn die Brennweite ausreichend klein gehalten werden soll· Eine genau ausgeführte Hohlfläche dieser Abmessungen in einem Saphirkristall herzustellen, ist schwierig.therefore the radius of curvature of the hollow surfaces 14, 16 would have to be about 0.13 mm if the focal length is kept sufficiently small · It is difficult to produce a precisely executed hollow surface of these dimensions in a sapphire crystal.

Fig. 2 gibt ein erfindungsgemäß verbessertes System an. Zwei Blöcke 34, 36 aus geschmolzenem Quarz oder Quarzglas oder einem anderen geeigneten Material weisen praktisch ebene Sohalltransmissionsflächen 38, 40 auf{ jeder der beiden ebenen Flächen gegenüberliegend finden sich zwei gewölbte Flächen 42, 44, die jeweils mit einem dünnen piezoelektrischen Schwinger 46, 48 belegt sind. Der Schwinger 46 steht mit einer Wechselstromquelle 50 und der Schwinger 48 mit einem Wechselstromdetektor 52 in Verbindung (die elektrischen Verbindungen sind nur schematisch angedeutet), während die ebenen Flächen konfokal einander gegenüberstehen und zwischen sich einen Wassertropfen 54 halten.Fig. 2 indicates an improved system according to the invention. Two blocks 34, 36 of fused quartz or quartz glass or Another suitable material have practically even sound transmission surfaces 38, 40 on each of the two flat surfaces opposite there are two curved surfaces 42, 44, each of which is covered with a thin piezoelectric oscillator 46, 48. The vibrator 46 is connected to an alternating current source 50 and the transducer 48 with an alternating current detector 52 in connection (the electrical connections are only indicated schematically), while the flat surfaces are confocal face each other and hold a drop of water 54 between them.

Bei dieser Anordnung entsteht durch Zuführung eines Signals von beispielsweise 1 GHz zu dem Schwinger 46 ein Schallstrahl, der in Richtung auf die Fläche 38 konvergiert. An der Fest/flüssig-Grenzfläche 38 wird der Strahl zu einem Brennpunkt hin gebrochen, der in der Mitte zwischen den Flächen 38, 40 liegt. Die von dem Brennpunkt ausgehende Strahlung durchsetzt den Block 36 und gelangt zu dem Detektor 52. Die Strahlenwege sind in der Schemazeichnung angedeutet.In this arrangement, a sound beam is generated by supplying a signal of, for example, 1 GHz to the oscillator 46, which converges towards the surface 38. At the solid / liquid interface 38, the jet becomes a focal point broken out, which lies in the middle between the surfaces 38, 40. The radiation emanating from the focal point penetrates the block 36 and arrives at the detector 52. The beam paths are indicated in the schematic drawing.

Ein Vorteil eines solchen Systems ist, daß in den festen Körpern keine Konkavflächen mit kleinem Krümmungsradius ausgebildet zu werden brauchen. Außerdem können die Blöcke an den Enden mit den ebenen Flächen so abgeschnitten werden, daß die ebene Fläche nur eine im Vergleich zu dem Querschnitt des Körpers geringe Flächengröße hatj dadurch wird die Lagekontrolle eines Objekts im Brennpunkt des Systems vereinfacht. Die Anwendung von ebenen Schalltransmissionsflächen ermöglicht außerdemOne advantage of such a system is that there are no concave surfaces with a small radius of curvature in the solid bodies need to be trained. In addition, the blocks can be cut off at the ends with the flat surfaces so that the flat surface only has a small surface area compared to the cross-section of the body, thereby making the position control possible of an object in the focal point of the system. The use of flat sound transmission surfaces also enables

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entweder eine Verkleinerung der Weglänge im Wasser in der Mitte der akustisohen Linse oder die Unterbringung eines Objekts größerer Dioke.either a reduction in the path length in the water in the center of the acoustic lens or the placement of one Object larger dioke.

Wenn es nun auch bekannt ist, daß man einen piezoelektrischen Schwinger auf eine gewölbte Oberfläche aufbringen kann, so gibt es bei einer derartigen Konstruktion doch gewisse Schwierigkei ten.If it is now also known that a piezoelectric transducer can be applied to a curved surface there are certain difficulties with such a construction.

Ein andersartiges System ist in Fig. 3 wiedergegeben. Zwei feste Körper 58, 60 haben jeweils eine Schalltransaissionsfläche 62, 6^f der jeweils eine gewölbte Fläche 66, 68 gegenüberliegt. Ein piezoelektrischer Schwinger 70, 72 ist jeweils auf einer der beiden ebenen Flächen angeordnet} der eine Schwinger 70 ist mit einer Weohselstromquelle 7^ verbunden, der andere Schwinger 72 mit einem Weohselstromdetektor 76. Zwischen den Schwingern 70, 72 befindet sich ein Wassertropfen 56.A different system is shown in FIG. Two solid bodies 58, 60 each have a sound transmission surface 62, 6 ^ f each of which is opposite a curved surface 66, 68. A piezoelectric oscillator 70, 72 is arranged on one of the two flat surfaces, one oscillator 70 is connected to a Weohselstromquelle 7 ^, the other oscillator 72 to a Weohselstromdetektor 76. Between the oscillators 70, 72 is a water drop 56.

Bei dieser Konstruktion, die nur im Impulsbetrieb benutzt werden kann, entsteht durch Erregen des Schwingers 70 eine ebene Schallwelle, die durch den Körper 58 bis zu der gewölbten Fläche 66 läuft, von der ein konvergenter Schallstrahl auf die ebene Schalltransmissionsfläche 62 reflektiert wird, die den Strahl durch Brechung fokussiert. Die Anordnung ist konfokal, und ein von dem Brennpunkt ausgehender Strahl läuft durch die Fläche 64- zu der gewölbten Fläche 68 und wird von dieser als ebene Welle zum Schwinger 72 reflektiert.In this construction, which can only be used in pulse mode, is produced by exciting the oscillator 70 a plane sound wave passing through the body 58 up to the domed Surface 66 runs from which a convergent sound beam is reflected on the planar sound transmission surface 62, which focuses the beam by refraction. The arrangement is confocal, and a ray emanating from the focal point passes through the surface 64- to the curved surface 68 and is from this is reflected as a plane wave to the oscillator 72.

Dieses System hat Vorteile gegenüber dem Systee nach Fig. 2, weil die Schwinger auf jedem Körper an einer ebenen Fläche anliegen, aber der Bereich der Schalltransmissionsflächen muß ungefähr ebenso groß sein wie der Querschnitt des Körpers (vgl. Fig. 3), so daß der Zugang zu dem Brennpunkt zwischen den beiden ausgedehnten Flächenbereichen, die dicht nebeneinanderliegen, eingeschränkt sein kann.This system has advantages over the Systee after Fig. 2, because the transducers rest on a flat surface on each body, but the area of the sound transmission surfaces must be about the same size as the cross-section of the body (see. Fig. 3), so that the access to the focal point between the two extensive areas that are close to each other, can be restricted.

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Als weiterer Nachteil ist anzusehen, daß der Detektor 76 ein starkes Signal empfängt, das von einer ebenen Welle herrührt, die unmittelbar von dem Schwinger 70 in den Körper 60 übertritt; dieses Signal muß in der zugehörigen Schaltung durch die bei Ultraschallvorrichtungen an sich bekannte Zeitaustastungstechnik unterdrückt werden. Der Übertritt von unerwünschten Signalen in das Wasser läßt sich im Bedarfsfall erschweren, indem die Grenzflächenbereiche, durch die derartige Signale hindurchtreten könnten, mit einer schallabsorbierenden Schicht 77* etwa mit Wachs, belegt werden, wie in Pig. 3 strichpunktiert angedeutet.Another disadvantage is that the detector 76 receives a strong signal originating from a plane wave, which passes directly from the transducer 70 into the body 60; this signal must pass through the associated circuit the time blanking technique known per se in ultrasonic devices be suppressed. The transfer of unwanted signals into the water can be made more difficult if necessary, by covering the interface areas through which such signals could pass with a sound-absorbing layer 77 * can be covered with wax, as in Pig. 3 indicated by dash-dotted lines.

Fig. k& zeigt ein drittes System. Jeder feste Körper 78, 80 weist danach einen ersten Teil mit einer ebenen Schalltransmissionsfläche 82, 8Ψ und einen zweiten Teil mit gewölbter Fläche 86, 88 auf, die der ebenen Fläche jeweils gegenüberliegt, und ein ebener Schwinger 90, 92 befindet sich jeweils zwischen den beiden Teilen, berührt diese Teile und liegt parallel zu der jeweils zugehörigen ebenen Fläche. Der Schwinger 90 liegt an einer Wechselstromquelle 9^ und der Schwinger 92 an einem Detektor 96. Die Strahlenwege der Schallwelle werden durch die Pfeile angedeutet, und der Wassertropfen ist mit 85 bezeichnet· Für dieses System ist Impulsbetrieb erforderlich.Fig. K & shows a third system. Each solid body 78, 80 then has a first part with a flat sound transmission surface 82, 8Ψ and a second part with a curved surface 86, 88 which is opposite the flat surface, and a flat transducer 90, 92 is located between the two Parts, touches these parts and lies parallel to the associated flat surface. The oscillator 90 is connected to an alternating current source 9 ^ and the oscillator 92 is connected to a detector 96. The beam paths of the sound wave are indicated by the arrows, and the drop of water is denoted by 85. Pulse operation is required for this system.

Bei diesem System ist der Brennpunkt ebenso leicht zugänglich wie bei dem System nach Fig. 2, und die Schwinger sind auf ebenen Flächen angebracht. Die Technik des Zeitaustastens kann angewendet werden, wenn direkt empfangene ebene Wellen beseitigt werden sollen, aber in der Anordnung nach Fig. Jfa ist die Größe dieser Falschsignale erheblich gegenüber der Anordnung nach Fig. 3 reduziert, weil eine direkte Übertragung nur durch den ebenen Flächenbereich 82 erfolgen kann, der nur einige Prozent der Flächengröße des Schwingers 90 auszumachen braucht.In this system, the focal point is just as easily accessible as in the system of FIG. 2, and the transducers are attached to flat surfaces. The technique of time blanking can be used if plane waves received directly are to be eliminated, but in the arrangement according to Fig. Jfa is the size of these false signals significantly compared to the Arrangement according to FIG. 3 reduced because a direct transfer can only take place through the flat surface area 82, which only make a few percent of the area size of the oscillator 90 needs.

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2Β2Ί5732Β2Ί573

In den Fig. 4b und 4c sind zwei weitere Varianten dargestellt. Nach Fig. 4b ist der Schwinger 90 nur teilweise von dem ersten, mit der ebenen Schalltransmissionsflache 82 versehenen Teil 81 des festen Körpers überdeckt. Nach Fig. 4c wird nur ein einziger fester Körper 83 verwendet, wobei die ebene Schalltransmissionsfläche 82 an einem Fortsatz 87 ausgebildet ist, der über eine ebene Fläche 89 hinaus vorspringt; die Fläche 89 liegt der gewölbten Fläche gegenüber und trägt einen ringförmigen Schwinger 91.4b and 4c show two further variants shown. According to FIG. 4 b, the oscillator 90 is only partially different from the first one with the flat sound transmission surface 82 provided part 81 of the solid body covered. According to Fig. 4c, only a single solid body 83 is used, the flat sound transmission surface 82 is formed on an extension 87 which projects beyond a flat surface 89; the surface 89 lies opposite the curved surface and carries an annular oscillator 91.

Fig. 5 zeigt ein viertes System. Jeder feste Körper 100, 102 besitzt danach eine kleine ebene Schalltransmissions·· fläche 104, 106 in Kontakt mit einem Wassertropfen 105 und eine große ebene Fläche 108, 110 der Schalltransmissionsfläche parallel gegenüber!iegendf an der großen ebenen Fläche 108, ist jeweils eine Gruppe 112, 114 von kreisförmigen, konzentrisch angeordneten piezoelektrischen Schwingern angebracht. Eine Wechselstromquelle 116 ist unmittelbar mit dem mittleren Schwinger der Anordnung 112 verbunden und steht mit den anderen Schwingern durch Phasenschieber 118, 120 in Verbindung, die den zugehörigen Schwingern eine Phasenverschiebung fL , 0g vermitteln. Die Schwingergruppe 114 steht mit einem Detektor über Phasenschieber 124, 126 in Verbindung, die dazu komplementäre Phasenverschiebungen 0,, 02 verursachen.Fig. 5 shows a fourth system. Each solid body 100, 102 then has a small flat sound transmission surface 104, 106 in contact with a water droplet 105 and a large flat surface 108, 110 parallel to the sound transmission surface opposite the large flat surface 108, each has a group 112 , 114 attached by circular, concentrically arranged piezoelectric transducers. An alternating current source 116 is directly connected to the central oscillator of the arrangement 112 and is connected to the other oscillators by means of phase shifters 118, 120 which impart a phase shift fL , 0g to the associated oscillators. The oscillator group 114 is connected to a detector via phase shifters 124, 126, which cause complementary phase shifts 0 1, 0 2 .

Es ist leicht möglich, die Phasenverschiebungen zu errechnen, die erforderlich sind, um zumindest eine der vielen Schallwellen, die von der Vorrichtung ausgesandt werden, als konvergierenden Strahl auf die Fläche 104 fallen zu lassen; der Strahl durchläuft einen Brennpunkt in dem Wassertropfen, und •in durch den Körper 102 verlaufender divergierender Strahl wird von dem Detektor 122 angezeigt. Der Strahlenverlauf ist in Fig, 5 angedeutet·It is easily possible to calculate the phase shifts that would be required to achieve at least one of the many Causing sound waves emitted by the device to fall onto the surface 104 as a converging beam; the Ray passes through a focal point in the water drop, and A diverging beam passing through body 102 is indicated by detector 122. The course of the rays is indicated in Fig. 5

Um die Zeichnung nicht unübersichtlich zu machen, sindIn order not to obscure the drawing, are

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nur drei konzentrische Schwinger angedeutet! bei der praktischen Ausführung des Systems wird eine größere Anzahl be» nötigt, und zwar etwa zehn Stück. Das System hat den Vorteil, daß die Krümmung der Schallwellenfront unmittelbar gesteuert werden kann; man könnte beispielsweise asphärische Wellenfronten erzeugen.only three concentric transducers indicated! in the practical Execution of the system requires a larger number, namely about ten pieces. The system has the advantage that the curvature of the sound wave front can be controlled directly; one could, for example, aspherical wavefronts produce.

Bei einer abgewandelten Konstruktion könnten die Fresnelsehwinger-Gruppen nach Fig. 5 an den Ausführungsformen nach den Fig. 2, 3 und 4 verwendet werden. Bei einer weiteren Variante gegenüber der Konstruktion nach Fig. 5 könnte die ebene Fläche 108 durch sine abgestufte Fläche ersetzt werden, die jeweils einen Schwinger auf jeder Stufe trügej das Signal könnte dann jedem schwinger mit gleicher Phasenlage oder mit Phasenunterschieden zugeführt werden.In a modified construction, the Fresnel chair groups according to FIG. 5 on the embodiments according to Figs. 2, 3 and 4 can be used. With another Variant compared to the construction according to FIG. 5, the flat surface 108 could be replaced by its stepped surface, the one oscillator at each stage would carry the signal could then each oscillator with the same phase position or with Phase differences are fed.

Bei jeder Ausführungsform wird das zu untersuchende Objekt in die Brennebene zwisohen den ebenen Schalltransmissionsflächen gesetzt, wo es mechanisch abgetastet werden kann. Normalerweise wird das Objekt mit Wasser zwischen den Schalltransmissionsflächen an die akustischen Vorrichtungen angekoppelt; man kann aber auch mit anderen geeigneten Flüssigkeiten arbeiten.In each embodiment, the object to be examined is in the focal plane between the flat sound transmission surfaces set where it can be mechanically scanned. Usually the object is with water between the sound transmission surfaces coupled to the acoustic devices; but you can also work with other suitable liquids.

Die bisher gezeichneten und beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen betreffen sämtlich die Verwendung von zwei übereinstimmenden akustischen Vorrichtungen, von denen die eine als Sender und die andere als Empfänger eingesetzt wird und wobei die Schallstrahlung durch den Fokus geleitet wird. Man kann auch eine einzige Vorrichtung als Sender/Empfänger verwenden, wobei die Schallstrahlung am Fokus reflektiert wird. Die Vorrichtung würde dann, wie in der Ultraschalltechnik an sich bekannt, im Impulsechobetrieb arbeiten müssen.The previously drawn and described embodiments according to the invention all relate to the use of two corresponding acoustic devices, one of which is used as a transmitter and the other as a receiver and wherein the sound radiation is directed through the focus. You can also use a single device as a transmitter / receiver, whereby the sound radiation is reflected at the focus. The device would then be per se, as in ultrasound technology known to have to work in pulse echo mode.

Bei Transmissionsbetrieb kann es in einigen Fällen vorteilhaft sein, verschiedenartige statt gleichartige Vor-In the case of transmission operations, it can in some cases be advantageous to use different types of

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richtungen als Sender und Empfänger zu verwenden.directions to use as transmitter and receiver.

Eine weitere Variante zeigt die Fig. 6, nach welcher eine akustische Vorrichtung 128 mit den beiden in Fig. 2 dargestellten Vorrichtungen übereinstimmt und benutzt wird, einen Schallstrahl durch einen Wassertropfen I30 auf ein Objekt I32 zu fokussieren, das an einer dünnen Folie 134· befestigt sein kann, die in der Brennebene abzutasten ist. An der dem Objekt abgewandten Seite der Folie befindet sich ein piezoelektrischer Schwinger 136, der durch eine biegsame Verbindung 138 an einen Detektor l40 angeschlossen ist. Das Schwinger/Elektrode-Gebilde wird abgetastet zusammen mit der Film/Objekt-Einheit, und der Sohallstrahl im Fokus wird in ein Wechselstromsignal umgewandelt. Bei dieser Bauweise wird die Weglänge im Wasser halbiert·Another variant is shown in FIG. 6, according to which an acoustic device 128 corresponds to the two devices shown in FIG. 2 and is used, one Sound beam through a drop of water I30 onto an object I32 to focus, which can be attached to a thin film 134 · can be scanned in the focal plane. There is a piezoelectric film on the side of the film facing away from the object Vibrator 136 connected to a detector 140 by a flexible connection 138. The transducer / electrode structure is scanned together with the film / object unit, and the sound beam in focus is converted into an alternating current signal. With this type of construction, the length of the path in the water is halved

Die Anordnung nach Fig. 6 kann auch leicht in nichtlinearer Arbeitsweise benutzt werden, durch die harmonische Bilder hergestellt werden können. Wenn der Schwinger 136 auf eine zweite oder höhere Harmonische der Arbeitsfrequenz der akustischen Vorrichtung 128 abgestimmt wird, kann ein von der harmonischen Umformung in dem Objekt abhängiges Bild produziert werden.The arrangement according to FIG. 6 can also easily be used in a non-linear mode of operation, through the harmonic Images can be produced. When the oscillator 136 is at a second or higher harmonic of the operating frequency of the Acoustic device 128 is tuned, an image dependent on the harmonic transformation in the object can be produced will.

Eine Weiterentwicklung dieser Technik ist in Fig. 7 dargestellt,wonach eine erfindungsgemäße akustische Vorrichtung 14-2, die mit der Frequenz f^ arbeitet, ein Objekt 144 duroh einen Wassertropfen 146 mit einem fokussierten Schallstrahl bestrahlt. Das Objekt 144 wird von einer dünnen Folie 148 gehalten, die einen piezoelektrischen Empfangeschwinger 150 berührt, der an einen Detektor I5I angeschlossen ist. Der Empfangsschwinger steht außerdem in Kontakt mit einem zweiten Sendesohwingar 153» der mit einer Frequenz f«, arbeitet; die Schallstrahlung aus dem Schwinger 153 durchläuft den Schwinger 150 und bestrahlt das Objekt I*t4. Miohtlinearität des Objekts führt zur MultiplikationA further development of this technique is shown in FIG. 7, according to which an acoustic device according to the invention 14-2, which works with the frequency f ^, an object 144 duroh irradiates a water drop 146 with a focused sound beam. The object 144 is held by a thin film 148, which touches a receiving piezoelectric oscillator 150 that connected to a detector I5I. The receiving transducer is also in contact with a second transmitter oscillator 153 "which operates at a frequency f"; the sound radiation from the Oscillator 153 passes through oscillator 150 and irradiates it Object I * t4. The linearity of the object leads to multiplication

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der beiden gleichzeitig einfallenden bestrahlenden Frequenzen, und der Detektor 151 kann so abgestimmt werden, daß er entweder die Summe oder die Differenz von f1 und f2 anzeigt. Eine andere (nicht gezeichnete) Position für den zweiten Schwinger 153 wäre der Kontakt mit dem Ende einer Platte, auf der das Objekt an» gebracht ist, wobei Schallstrahlung durch diese Platte auf das Objekt gesendet würde.of the two simultaneously incident irradiating frequencies, and the detector 151 can be tuned to display either the sum or the difference of f 1 and f 2. Another (not shown) position for the second oscillator 153 would be the contact with the end of a plate on which the object is attached, sound radiation being sent through this plate onto the object.

Im Zusammenhang mit Fig. 3 wurde auf die Technik der Zeitaustastung hingewiesen, um die direkte Kopplung zwischen zwei ebenen, großflächigen Schwingern auszuschalten. Eine weitere Konstruktionsmöglichkeit ist in Fig. 8 wiedergegeben, nach welcher die zwei mit großflächigen ebenen Schwingern 18^, 186 ausgestatteten akustischen Vorrichtungen 180, 182 um einen kleinen Winkel Q gegeneinander geneigt sind; der Winkel ist so gewählt, daß der Unterschied zwischen den Weglängen AA1 und BB1 ein ganzzahliges Vielfaches der akustischen Wellenlängen in dem zwischen den Schwingern befindlichen (nicht gezeichneten) Wasser ist. Das hat zur Folge, daß der Empfangsschwinger 186 asymmetrisch erregt wird, so daß das in der einen Hälfte des Schwingers empfangene Signal durch das in der anderen Hälfte empfangene Signal unwirksam gemacht wird.In connection with FIG. 3, reference was made to the technique of time blanking in order to switch off the direct coupling between two flat, large-area oscillators. A further possible construction is shown in FIG. 8, according to which the two acoustic devices 180, 182 equipped with large-area flat oscillators 18 ^, 186 are inclined relative to one another by a small angle Q; the angle is chosen so that the difference between the path lengths AA 1 and BB 1 is an integral multiple of the acoustic wavelengths in the water (not shown) located between the oscillators. This has the consequence that the receiving oscillator 186 is excited asymmetrically, so that the signal received in one half of the oscillator is rendered ineffective by the signal received in the other half.

Der Durchmesser der Schwinger beträgt größenordnungsmäßig 100 Wellenlängen, so daß der Neigungswinkel Q üblicherweise klein ist und normalerweise weniger als 1 beträgt.The diameter of the transducers is on the order of 100 wavelengths, so that the angle of inclination Q is usually small and normally less than one.

Die Neigung beeinflußt auch den Strahl, der von der gewölbten Fläche 188 der Vorrichtung 182 reflektiert wird. Das läßt sich leicht kompensieren, indem die Wölbung leicht asymmetrisch ausgeführt wird; Fig. 8 zeigt das stark übertrieben. Die erforderliche Asymmetrie läßt sich leicht berechnen, indem man die Bedingung gleicher Verzögerungszeit für die Strahlen XX1X* und YYΎΗ einführt. Auf diese Weise läßt sieh erreichen, daß keinThe inclination also affects the beam that is reflected off the curved surface 188 of the device 182. This can easily be compensated by making the curvature slightly asymmetrical; Fig. 8 shows this greatly exaggerated. The required asymmetry can easily be calculated by introducing the condition of equal delay time for the rays XX 1 X * and YYΎ Η . In this way you can achieve that no

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Verlust an Signalschärfe auftritt, selbst wenn das direkte Signal weitgehend ausgeschaltet ist.Loss of signal sharpness occurs even when the direct signal is largely switched off.

Anstelle einer asymmetrisch gewölbten Fläche kann man eine zweckmäßig asymmetrisch ausgebildete Fresnel-Schwinger-Anordnung verwenden (nicht gezeichnet).Instead of an asymmetrically curved surface, an expediently asymmetrically designed Fresnel oscillator arrangement can be used use (not shown).

Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Systems als Rasterschallmikroskop ist in Fig. 9 dargestellt. Danach ist die Sendervorrichtung 1^8 des Mikroskopsystems 150 mit einem Hochfrequenzoszillator 152, der mit einer zwischen ^50 MHz und 1050 MHz liegenden Frequenz arbeitet, über eine veränderliche Dämpfung 15*4- und eine erste Abstimm-Stidieitung-Anpassungs·. vorrichtung 156 verbunden. Die Empfangevorrichtung 158 steht über eine zweite Abstimm-Stichleitung-Anpassungsvorrichtung 160 mit einer Mischstufe 162 in Verbindung, die außerdem an einen Empfangsoszillator 164- angeschlossen ist, der mit einer von der Frequenz des Oszillators 152 geringfügig verschiedenen Frequenz arbeitet; die Mischstufe 162 liefert ein Signal mit der Differenzfrequenz, beispielsweise 30 MHz, über einen Verstärker 166 und ein veränderliches Bandfilter 168 an eine Anordnung 170 mit speichernder Katodenstrahlröhre; das Signal bildet den z-Eingang für die Katodenstrahlröhre} der x- und der y-Eingang werden von einer Abtast-Synchronisations- und Verstärkerschaltung 172 geliefert, die die Abtastbewegung der Abtastvorrichtung 17^ steuert, an die ein Objekt 176 zwischen den akustischen Linsen des Mikroskopsystems 150 angeschlossen ist. Ein Bild wird punktweise auf der Katodenstrahlröhre aufgebaut. The use of a system according to the invention as a scanning sound microscope is shown in FIG. After that is the transmitter device 1 ^ 8 of the microscope system 150 with a High-frequency oscillator 152, which operates at between ^ 50 MHz and 1050 MHz lying frequency works, via a variable attenuation 15 * 4 and a first tuning conduction adaptation ·. device 156 connected. The receiving device 158 is at a standstill via a second tuning stub adapter 160 with a mixer 162 in connection, which is also connected to a Local oscillator 164- is connected, which is connected to one of the frequency of the oscillator 152 operates at a slightly different frequency; the mixer 162 also supplies a signal the difference frequency, for example 30 MHz, via an amplifier 166 and a variable band filter 168 to an arrangement 170 with storing cathode ray tube; the signal forms the z input for the cathode ray tube} the x and y inputs are from a scanning synchronization and Amplifier circuit 172 supplied, which controls the scanning movement of the scanning device 17 ^ to which an object 176 is between the acoustic lenses of the microscope system 150 is connected. An image is built up point by point on the cathode ray tube.

Allgemein wird ein Betrieb bei Frequenzen zwischen 1 MHz und 10 GHz erwartet.Operation at frequencies between 1 MHz and 10 GHz is generally expected.

Eine erfindungsgemäße akustische Vorrichtung kann außer in einem Basterschallaikroskop nach den Fig. 2 bis 9An acoustic device according to the invention can be used, apart from in a hybrid sonic microscope according to FIGS. 2 to 9

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auch für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung eingesetzt werden.also used for non-destructive testing of materials will.

Eine derartige Anwendungsform ist in Pig. IO dargestellt, wonach eine akustische Vorrichtung 190, etwa eine der Ausführung nach Fig. k entsprechende Vorrichtung, mittels einer dünnen Flüssigkeitsschicht 194 (z.B. Wasser oder Öl) an ein zu untersuchendes Objekt 192 angekoppelt ist. Mit der Vorrichtung 190 wird nach der Impulsechomethode gearbeitet, die in der Ultraschalltechnik allgemein üblich ist; die Vorrichtung 190 ist an eine Quelle/Detektor-Anordnung 196 angeschlossen. Ist der Gegenstand 192 homogen, so ist das von der Vorrichtung 190 aufgenommene Echo sehr schwach. Befindet sich in dem Gegenstand jedoch ein kleiner Hohlraum oder Riß, so strahlt dieser Fehler annähernd Kugelwellen aus, und das empfangene Echo ist viel stärker.One such application is in Pig. IO shown, according to which an acoustic device 190, for example a device corresponding to the embodiment according to FIG. K , is coupled to an object 192 to be examined by means of a thin layer of liquid 194 (for example water or oil). The device 190 operates according to the pulse echo method, which is common practice in ultrasound technology; the device 190 is connected to a source / detector assembly 196. If the object 192 is homogeneous, the echo picked up by the device 190 is very weak. However, if there is a small cavity or crack in the object, this flaw will emit approximately spherical waves and the received echo will be much stronger.

Es ist zu beachten, daß, während das Auflösungsvermögen der Vorrichtung, d.h. seine Fähigkeit zwischen zwei benachbarten Fehlern zu unterscheiden, durch die Schallwellenlänge bestimmt ist, mit der die Vorrichtung arbeitet, Risse und Hohlräume nachgewiesen werden können, die um Größenordnungen kleiner sind als das Auflösungsvermögen der Vorrichtung. Beispielsweise können mit einer Schallwelle, deren Wellenlänge größenordnungsmäßig 100^ beträgt, Hohlräume oder Risse in der Größenordnung von Mikrometern nachgewiesen werden.It should be noted that while the resolving power of the device, i.e. its ability between two adjacent To distinguish between defects, which is determined by the sound wavelength with which the device works, cracks and cavities can be detected that are orders of magnitude smaller are than the resolving power of the device. For example, with a sound wave, its wavelength is of the order of magnitude 100 ^, voids or cracks of the order of magnitude can be detected by micrometers.

Eine vergleichbare Anwendungsweise zeigt Fig. 11, nach welcher eine erfindungsgemäße akustische Vorrichtung 200 an einen zu prüfenden Gegenstand 202 angelegt wird. Ferner liegt an der Oberfläche des Gegenstands ein Oberflächenwellenschwinger 20Ί-an, der mit einer Energiequelle 206 verbunden ist. Der Schwinger 204- bestrahlt den Gegenstand 202 mit Rayleighwellen, die durch die Pfeile 206 angedeutet sind. Die akustische Vorrichtung 200 wird nur als Empfänger betrieben und ist an einen Detektor 208A comparable application is shown in FIG. 11, according to which an acoustic device 200 according to the invention is connected to a object to be tested 202 is applied. Furthermore, there is a surface wave oscillator 20Ί-on the surface of the object, which is connected to a power source 206. The oscillator 204 irradiates the object 202 with Rayleigh waves that pass through the arrows 206 are indicated. The acoustic device 200 operates only as a receiver and is connected to a detector 208

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angeschlossen; in dieser Anordnungsweise ist die Vorrichtung besonders empfindlich für Mikrorisse und ähnliche Oberflächenfehler. connected; in this arrangement the device is particularly sensitive to micro-cracks and similar surface defects.

Bei den Anordnungen nach den beiden Fig. 10 und 11 wird die akustische Vorrichtung abtastend über die Oberfläche des Gegenstands geführt.In the arrangements according to both FIGS. 10 and 11, the acoustic device is scanned over the surface of the item.

Bei allen Anordnungen kann die ebene Schalltransmissionsfläche mit einer Schicht eines Materials überzogen werden, die die akustische Impedanz des festen Teils an die Flüssigkeit anpaßt, um den Leistungsübergang zu maximieren. Das ist das akustische Äquivalent zu der Vergütung einer optischen Linse. Wenn es sich bei dem festen Körper um geschmolzenen Quarz handelt, dem Wasser als Flüssigkeit gegenübersteht, ist Gold ein geeignetes Material für die Anpassungsschichtf es ergibt eine befriedigende, wenn auch nicht perfekte Widerstandsanpassung.In all arrangements, the flat sound transmission surface can be covered with a layer of a material that matches the acoustic impedance of the solid part to the liquid in order to maximize the power transfer. This is the acoustic equivalent to the coating of an optical lens. If the solid is fused quartz which is opposed to water as a liquid, gold is a suitable material for the adaptation layer satisfactory, if not perfect, resistance adjustment.

Der Patentanwalt:The patent attorney:

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Claims (12)

AnsprücheExpectations 1. } Akustische Vorrichtung,1.} Acoustic device, gekennzeichnet durch einen festen Körper (3*0 mit praktisch ebener Schalltransraissionsflache (38) und akustischen Erregermitteln (46), die so angeordnet sind, daß innerhalb des Körpers ein konvergierender Schallstrahl entsteht, der auf die ebene Schalltransmissionsflache (38) auftrifft·characterized by a solid body (3 * 0 with practically flat sound transmission surface (38) and acoustic Excitation means (46) which are arranged so that a converging sound beam is created within the body, which on the flat sound transmission surface (38) hits 2. Akustische Vorrichtung nach Anspruch 1,2. Acoustic device according to claim 1, dadurch gekennzeichnet , daß die akustischen Erregermittel (46) an einer der ebenen Schalltransmissionsflache (38) gegenüberliegenden Fläche (42) des Körpers (34) anliegen und einen konvergierenden Schallstrahl erzeugen.characterized in that the acoustic excitation means (46) on one of the flat sound transmission surface (38) lie opposite surface (42) of the body (34) and generate a converging sound beam. 3. Akustische Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die der ebenen Schalltransmissionsfläche (38) gegenüberliegende Fläche (42) des Körpers (34) konvex ist und daß ein einziger piezoelektrischer Schwinger (46) an der Konvexfläche (42) anliegt.3. Acoustic device according to claim 2, characterized in that the plane Sound transmission surface (38) opposite surface (42) of the body (34) is convex and that a single piezoelectric Vibrator (46) rests against the convex surface (42). 4. Akustische Vorrichtung nach Anspruch 2,4. Acoustic device according to claim 2, dadurch gekennzeichnet , daß die akustischen Erregermittel als Gruppe von piezoelektrischen Schwingern (112) ausgebildet sind.characterized in that the acoustic excitation means as a group of piezoelectric oscillators (112) are trained. 809811/035?809811/035? ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED 5. Akustische Vorrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet , daß außerdem Einrichtungen (118, 120) vorgesehen sind, die jeden piezoelektrischen Schwinger der Gruppe (112) mit einer Phase schwingen lassen, die sich über die Gruppe hinweg fortlaufend ändert.5. Acoustic device according to claim k, characterized in that devices (118, 120) are also provided which make each piezoelectric oscillator of the group (112) oscillate with a phase which changes continuously over the group. 6. Akustische Vorrichtung nach Anspruch 1,6. Acoustic device according to claim 1, dadurch gekennzeichnet , daß die der praktisch ebenen Schalltransmissionsflache (62) gegenüberstehende Fläche (66) des festen Körpers (58) konvex gewölbt ist, und daß die akustischen Erregermittel (70) so ausgebildet sind, daß sie eine ebene Schallwelle erzeugen, die von der Konvexfläche (66) in Richtung auf die ebene Schalltransmissionsflache (62) intern reflektiert wird.characterized in that the surface facing the practically flat sound transmission surface (62) (66) of the solid body (58) is convex, and that the acoustic excitation means (70) are designed so that they Generate a flat sound wave, which from the convex surface (66) in the direction of the flat sound transmission surface (62) is reflected internally. 7. Akustische Vorrichtung nach Anspruch 6,7. Acoustic device according to claim 6, dadurch gekennzeichnet , daß die akustischen Erregermittel (70) als einzelner ebener piezoelektrischer Schwinger (70) ausgebildet sind, der an der ebenen Schalltransmissionsfläche (62) anliegt.characterized in that the acoustic excitation means (70) as a single planar piezoelectric Vibrator (70) are formed, which rests on the flat sound transmission surface (62). 8. Akustische Vorrichtung nach Anspruch 6,8. Acoustic device according to claim 6, dadurch gekennzeichnet , daß die akustischen Erregermittel als einzelner piezoelektrischer Schwinger (90) auegebildet sind, der an dem festen Körper (78) anliegt, sich zwischen der ebenen Schalltransmissionsfläche (82) und der Konvexfläche (86) befindet und ferner parallel zu der ebenen Schalltransmiesionsflache (82) verläuft.characterized in that the acoustic excitation means as a single piezoelectric oscillator (90) are formed, which rests against the solid body (78), between the flat sound transmission surface (82) and the Convex surface (86) is located and also runs parallel to the flat sound transmission surface (82). 9. Akustisches System,9. Acoustic system, gekennzeichnet durch zwei akustische Vorrichtungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welohe Vorrichtungen so angeordnet sind, daS die jeweiligen ebenen Schalltrans-Bissionsflachen (38, kO) einander nah benachbart sind, durchcharacterized by two acoustic devices according to one of the preceding claims, which devices are arranged in such a way that the respective flat sound transmission surfaces (38, kO) are closely adjacent to one another 809851/ÖlS?809851 / OilS? eine an die akustischen Erregermittel (^6) der einen Vor« richtung angeschlossene Wechselstromquelle (50) und durch einen Wechselstromdetektor (52), der an die akustischen Erregermittel (k8) der anderen Vorrichtung angeschlossen ist.an alternating current source (50) connected to the acoustic excitation means (6) of one device and an alternating current detector (52) which is connected to the acoustic excitation means (k8) of the other device. 10. Akustisches System,10. Acoustic system, gekennzeichnet durch eine akustische Vorrichtung (128) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, durch eine an die akustischen Erregermittel der Vorrichtung angeschlossene Wechselstromquelle, durch einen neben der ebenen Schalltransmissionsfläche der Vorrichtung angeordneten piezoelektrischen Schwinger (I36) und durch einen an den piezoelektrischen Schwinger angeschlossenen Detektor (140) für Wechselstrom.characterized by an acoustic device (128) according to one of claims 1 to 8, by an AC source connected to the acoustic excitation means of the device, by a piezoelectric one arranged next to the flat sound transmission surface of the device Oscillator (I36) and a detector (140) for alternating current connected to the piezoelectric oscillator. 11. Akustisches System,11. Acoustic system, gekennzeichnet durch eine akustische Vorrichtung (1^2) nach einem der Ansprüche 1 "bis 8, durch eine an die akustischen Erregermittel der Vorrichtung angeschlossene Wechselstromquelle mit einer ersten Frequenz (f, ), durch einen ersten piezoelektrischen Schwinger (I50) neben der ebenen Schalltransmissionsfläche der Vorrichtung, durch einen an dem ersten Schwinger anliegenden, der akustischen Vorrichtung abgewandten zweiten piezoelektrischen Schwinger (153)» durch eine an den zweiten Schwinger angeschlossene zweite Wechsel-. stromquelle mit einer zweiten Frequenz (f„) und durch einen an den ersten Schwinger angeschlossenen Wechselstromdetektor (151), der auf eine Frequenz anspricht, die gleich der Summe oder der Differenz der ersten und der zweiten Frequenz {f± + f2 oder fx - f2) ist.characterized by an acoustic device (1 ^ 2) according to one of claims 1 "to 8, by an alternating current source with a first frequency (f 1) connected to the acoustic excitation means of the device, by a first piezoelectric oscillator (I50) next to the flat sound transmission surface of the device, by a second piezoelectric transducer (153) lying on the first transducer and facing away from the acoustic device, by a second alternating current source with a second frequency (f) connected to the second transducer and by one connected to the first transducer AC current detector (151) responsive to a frequency equal to the sum or difference of the first and second frequencies (f ± + f 2 or f x - f 2 ). 12. Akustisches System,12. Acoustic system, gekennzeichne t durch eine akustische Vorrichtung (I90) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und durch eine Wechselstromquelle mit Wechselstromdetektor (I96), die an die akustischen Erregermittel der Vorrichtung angeschlossen sind«gekennzeichne t by an acoustic device (I90) according to one of claims 1 to 8 and by one Alternating current source with alternating current detector (I96) connected to the acoustic excitation means of the device « 109851 /06S?109851 / 06S? 13· Akustisches System nach einem der Ansprüche 9 "bis 12, gekennzeichnet durch eine Abtasteinrichtung (174) zur Herbeiführung einer Relativbewegung zwischen einem neben der ebenen Schalltransmissionsfläche befindlichen Gegenstand (176) und dieser Schalltransmissionsflache, wobei die Bewegung parallel zu der Fläche stattfindet.13 · Acoustic system according to one of claims 9 "to 12, characterized by a scanning device (174) for bringing about a relative movement between an adjacent the flat sound transmission surface located object (176) and this sound transmission surface, wherein the movement takes place parallel to the surface. 809861/0ISf809861 / 0ISf
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