RU188623U1

RU188623U1 - Optical-electric transducer of ultrasonic waves

Info

Publication number: RU188623U1
Application number: RU2018145662U
Authority: RU
Inventors: Алексей Алексеевич Бобцов; Владимир Иванович Бойков; Александр Борисович Бушуев; Сергей Владимирович Быстров; Юрий Володарович Литвинов
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2019-04-18

Abstract

Использование: для измерения ультразвуковых колебаний в жидкости. Сущность полезной модели заключается в том, что в водяной емкости с излучателем ультразвуковых колебаний установлена с возможностью колебаний частично погруженная оптически прозрачная треугольная призма, выполненная из монодисперсного пористого стекла с размерами пор, по крайней мере, на порядок меньше длины волны излучения осветителя, которое пропускают через призму. Под действием ультразвукового капиллярного эффекта жидкость проникает в поры призмы и изменяет ее показатель преломления. Кроме того, под действием ультразвуковых волн призма находится в состоянии колебаний. Излучение, преломленное призмой, воспринимается светочувствительным элементом. Чем больше амплитуда колебаний, тем меньше времени сечение преломленного луча перекрывает светочувствительный элемент, тем меньше его ток, то есть преобразователь работает в обратной шкале. Действие капиллярного эффекта смещает центр колебаний луча со светочувствительного элемента, еще больше уменьшая ток через него. Технический результат: повышение чувствительности преобразования амплитуды ультразвуковых колебаний в жидкости в электрический сигнал, снимаемый со светочувствительного устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.Use: to measure ultrasonic vibrations in a liquid. The essence of the utility model is that a partially immersed optically transparent triangular prism made of monodisperse porous glass with pore sizes at least an order of magnitude smaller than the wavelength of the illuminator that is passed through prism. Under the action of the ultrasonic capillary effect, the liquid penetrates the pores of the prism and changes its refractive index. In addition, under the action of ultrasonic waves, the prism is in a state of oscillation. The radiation refracted by a prism is perceived by the photosensitive element. The greater the amplitude of oscillation, the less time the cross section of the refracted beam overlaps the photosensitive element, the less its current, that is, the converter works in the reverse scale. The action of the capillary effect shifts the center of oscillation of the beam from the photosensitive element, further reducing the current through it. EFFECT: increased sensitivity of amplitude conversion of ultrasonic oscillations in a liquid into an electrical signal taken from a photosensitive device. 1 hp f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения ультразвуковых колебаний в жидкости.The invention relates to a measurement technique and can be used to measure ultrasonic vibrations in a liquid.

Известен оптико-электрический преобразователь ультразвуковых волн, используемый в индикаторе ультразвука (патент RU №2312312, МПК G01H 9/00, дата приоритета 19.04.2005, дата публикации 27.10.2006), содержащий лицевую панель, прозрачный электрод, слой коллоидной суспензии частиц в диэлектрической жидкости, который помещен между электродами и в котором комплексный показатель преломления коллоидных частиц отличен от комплексного показателя преломления диэлектрической жидкости, второй электрод - пьезопластинка с проводящим покрытием, внешняя сторона которой через диод соединена с прозрачным электродом. Суть преобразований в аналоге заключается в том, что измеряемые ультразвуковые колебания воспринимаются пьезопластинкой, под действием пьезоэлектричества которой в результате электрофореза изменяется показатель преломления зеркального узла, заполненного электрооптической жидкостью. Выходной информацией преобразователя является изменение цвета отраженного луча света, падающего на зеркальный узел. Недостатком преобразователя являются большие потери полезной информации в результате большой цепочки преобразований ультразвуковых колебаний. При измерении ультразвуковых колебаний с малой амплитудой это приводит к высокой погрешности измерений.A known opto-electric transducer of ultrasonic waves used in an ultrasound indicator (patent RU No. 2312312, IPC G01H 9/00, priority date 04.19.2005, publication date 10/27/2006), containing a front panel, a transparent electrode, a layer of colloidal suspension of particles in a dielectric fluid, which is placed between the electrodes and in which the complex refractive index of colloidal particles is different from the complex refractive index of the dielectric fluid, the second electrode is a piezoelectric plate with a conductive coating, the outer side of the cat swarm via a diode connected to the transparent electrode. The essence of transformations in the analogue is that the measured ultrasonic vibrations are perceived by a piezoelectric plate, under the action of the piezoelectricity of which, as a result of electrophoresis, the refractive index of the mirror unit filled with an electro-optical fluid changes. The output of the transducer is a change in the color of the reflected beam of light incident on the mirror node. The disadvantage of the transducer is the large loss of useful information as a result of a large chain of transformations of ultrasonic vibrations. When measuring ultrasonic vibrations with a small amplitude, this leads to a high measurement error.

Известен оптико-электрический преобразователь механических волн (патент RU №2551394, МПК G01H 9/00, G01M 7/02, дата приоритета. 18.07.2013, дата публикации 20.05.2015), по совокупности существенных признаков выбранный за прототип, который содержит осветитель, водяную емкость с зеркальным узлом и стойку, поддерживающую светочувствительный элемент, причем осветитель установлен на демпфере под углом к вертикали, световые лучи от которого падают на зеркальный узел, находящийся в водяной емкости, и отражающиеся от него на светочувствительный элемент, установленный на зигзагообразной текстолитовой стойке и имеющий нижнюю поверхность, из расчета площади световых лучей (зайчика), отраженного от зеркального узла при отсутствии механических волн. Недостатком прототипа является потеря полезной информации при измерении ультразвуковых колебаний малой амплитуды и высокой частоты, приводящая к динамическим погрешностям измерений. Первичным чувствительным элементом ультразвуковых колебаний является водяная емкость. Выходным параметром прототипа являются колебания «зайчика» проходящего луча на светочувствительном элементе. Максимум интенсивности отраженного света будет при отсутствии колебаний, когда «зайчик» неподвижен. Когда измеряемые колебания имеют малую амплитуду и высокую частоту, то для существенного перемещения «зайчика» необходимо преодолеть инерционность системы «водяная емкость-вода-зеркальный узел», коэффициент передачи которой по амплитуде на рабочей частоте мал, что приводит к динамическим погрешностям. Система преобразований имеет зону нечувствительности, когда входной сигнал есть, а «зайчик» на светочувствительном элементе остается практически неподвижным. Недаром, в прототипе указывается, что для повышения точности необходимо снижать уровень воды в водяной емкости, тем самым уменьшая инерционность водяной массы. Однако это приводит к невозможности измерения колебаний с большой амплитудой, поскольку зеркальный узел перестает свободно плавать в воде и касается дна водяной емкости. Возможно повышение чувствительности преобразователя путем увеличения расстояния от зеркального узла до светочувствительного элемента, когда при прочих равных условиях амплитуда выходных угловых колебаний «зайчика» будет больше. Но такое решение приводит к увеличению габаритов преобразователя.Known opto-electric transducer of mechanical waves (patent RU №2551394, IPC G01H 9/00, G01M 7/02, priority date. 07/18/2013, publication date 05/20/2015), for the combination of essential features selected for the prototype, which contains the illuminator, a water tank with a mirror unit and a rack supporting the photosensitive element, the illuminator being installed on the damper at an angle to the vertical, the light rays from which fall on the mirror unit located in the water tank and reflecting from it on the photosensitive element on the zigzag textolite rack and having a lower surface, based on the area of light rays (bunny), reflected from the mirror node in the absence of mechanical waves. The disadvantage of the prototype is the loss of useful information when measuring ultrasonic oscillations of small amplitude and high frequency, leading to dynamic measurement errors. The primary sensitive element of ultrasonic vibrations is water capacity. The output parameter of the prototype is the oscillation of the “bunny” of the transmitted beam on the photosensitive element. The maximum intensity of the reflected light will be in the absence of fluctuations when the "bunny" is stationary. When the measured oscillations have a small amplitude and a high frequency, then for substantial movement of the “bunny” it is necessary to overcome the inertia of the “water capacity-water-mirror node” system, whose transmission coefficient in amplitude at the operating frequency is small, which leads to dynamic errors. The transformation system has an insensitivity zone when the input signal is present, while the “bunny” on the photosensitive element remains almost stationary. Not without reason, in the prototype it is indicated that in order to increase accuracy it is necessary to reduce the level of water in the water tank, thereby reducing the inertia of the water mass. However, this leads to the impossibility of measuring oscillations with a large amplitude, since the mirror unit ceases to float freely in the water and touches the bottom of the water tank. It is possible to increase the sensitivity of the transducer by increasing the distance from the mirror node to the photosensitive element, when, all other things being equal, the amplitude of the output angular oscillations of the “bunny” will be larger. But this solution leads to an increase in the size of the converter.

Технический результат заключается в снижении динамической ошибки преобразования при измерении ультразвуковых колебаний в жидкости за счет повышения чувствительности системы, преобразующей измеряемую величину в выходную величину.The technical result is to reduce the dynamic conversion errors when measuring ultrasonic oscillations in a liquid by increasing the sensitivity of the system, which converts the measured value into an output value.

Этот технический результат достигается тем, что оптико-электрический преобразователь ультразвуковых волн содержит осветитель, на оптической оси которого последовательно установлены оптический узел, размещенный в водяной емкости, и светочувствительный элемент, установленный на стойке, и имеющий чувствительную поверхность, из расчета площади световых лучей (зайчика), прошедшего через оптический узел при отсутствии измеряемых волн, при этом в водяной емкости под оптическим узлом установлен источник ультразвуковых волн, а оптический узел из прозрачного капиллярно-пористого материала с размерами пор, по крайней мере, на порядок меньше длины волны излучения осветителя. Этот же технический результат достигается тем, что оптический узел выполнен в форме треугольной призмы.This technical result is achieved by the fact that the opto-electric transducer of ultrasonic waves contains an illuminator, on the optical axis of which an optical unit placed in a water tank and a photosensitive element mounted on a stand and having a sensitive surface are installed, based on the area of light rays (bunny ), passed through the optical node in the absence of measured waves, while in the water tank under the optical node is installed a source of ultrasonic waves, and the optical node l of a transparent capillary-porous material with a pore size at least an order of magnitude smaller than the wavelength of the illuminator. This technical result is achieved by the fact that the optical node is made in the form of a triangular prism.

По сравнению с прототипом полезная модель имеет новую совокупность существенных признаков, то есть отвечает критерию новизны.Compared with the prototype, the utility model has a new set of essential features, that is, it meets the criterion of novelty.

Сущность полезной модели заключается в том, что источник ультразвуковых волн, установленный в водяной емкости, не только раскачивает оптический узел, но и за счет ультразвукового капиллярного эффекта изменяет одновременно его показатель преломления для проходящего излучения. Центр колебаний «зайчика» смещается относительно центра светочувствительного элемента, и энергия, им принимаемая за период колебаний, уменьшается больше чем в прототипе. Тем самым повышается чувствительность преобразователя.The essence of the utility model is that the source of ultrasonic waves installed in a water tank not only swings the optical assembly, but also due to the ultrasonic capillary effect simultaneously changes its refractive index for the transmitted radiation. The center of oscillation of the “bunny” is displaced relative to the center of the photosensitive element, and the energy taken by it during the oscillation period decreases more than in the prototype. This increases the sensitivity of the transducer.

Сущность полезной модели поясняется Фиг. 1-2, где:The essence of the utility model is illustrated in FIG. 1-2, where:

на фиг. 1 представлена конструкция оптико-электрического преобразователя и введены следующие обозначения:in fig. 1 shows the design of the optical-electric converter and the following notation is introduced:

1 - осветитель, 2 - оптический узел, 3 - водяная емкость, 4 - светочувствительный элемент, 5 - стойка, 6 - источник ультразвуковых колебаний, 7 - подвес.1 - illuminator, 2 - optical unit, 3 - water capacity, 4 - photosensitive element, 5 - stand, 6 - source of ultrasonic vibrations, 7 - suspension.

Преобразователь содержит осветитель 1, на оптической оси которого последовательно установлены оптический узел 2, размещенный в водяной емкости 3, и светочувствительный элемент 4, установленный на стойке 5, и имеющий чувствительную поверхность, из расчета площади световых лучей (зайчика), прошедшего через оптический узел 2 при отсутствии измеряемых волн, источник ультразвуковых волн 6 установлен в водяной емкости 3 под оптическим узлом 2, который выполнен в форме треугольной призмы из прозрачного капиллярно-пористого материала с размерами пор, по крайней мере, на порядок меньше длины волны излучения осветителя 1, и установлен на подвесе 7 с возможностью колебаний в водяной емкости 3;The Converter contains the illuminator 1, on the optical axis of which the optical node 2, placed in the water tank 3, and the photosensitive element 4 mounted on the rack 5, and having a sensitive surface, based on the area of the light rays (bunny) passing through the optical node 2, are successively installed. in the absence of measured waves, the source of ultrasonic waves 6 is installed in a water tank 3 under the optical assembly 2, which is made in the form of a triangular prism of transparent capillary-porous material with dimensions n p is at least an order of magnitude smaller than the wavelength of the illuminator 1, and is mounted on the hanger 7 to oscillate in a water tank 3;

на фиг. 2 представлены сечения преломленного луча оптического узда 2 в плоскости светочувствительного элемента 4, где 8 и 9 - крайние положения сечений радиусом R2 луча при его колебаниях относительно центра С1 чувствительного элемента 4, D - амплитуда колебаний центра сечений луча, 10 - неподвижное сечение чувствительного элемента 4 с радиусом R2 и центром С1, 11 и 12 - крайние положения сечений преломленного луча при его колебаниях относительно смещенного центра С2, ΔD - величина смещения центра колебаний сечений преломленного луча из-за действия ультразвукового капиллярного эффекта.in fig. 2 shows sections of the refracted beam of the optical beam 2 in the plane of the photosensitive element 4, where 8 and 9 are extreme positions of the sections with radius R2 of the beam during its oscillations relative to the center C1 of the sensitive element 4, D is the oscillation amplitude of the center of the beam sections, 10 is the fixed section of the sensitive element 4 with radius R2 and center C1, 11 and 12 - extreme positions of the sections of the refracted beam during its oscillations relative to the displaced center C2, ΔD is the displacement of the center of oscillation of the sections of the refracted beam due to the action of ultrasound ovogo capillary effect.

Перед началом преобразований производят юстировку оптической части системы, включающей осветитель 1, оптический узел в форме призмы 2, и светочувствительный элемент 4. Для этого включают осветитель 1 и подбирают угол его наклона так, чтобы его луч, пройдя через призму 2, попал на светочувствительный элемент 4. Когда пятно или «зайчик» преломленного луча попадет на светочувствительный элемент 4, электрический измерительный прибор (на фиг. 1 не показан), подключенный к светочувствительному элементу 5, покажет наличие электрического тока. Затем юстировкой светочувствительного элемента 4 добиваются максимального значения тока измерительного прибора. В простом случае реализации преобразователя с круглым сечением преломленного луча 8 или 9 с радиусом R2, сечение чувствительной поверхности 10 светочувствительного элемента 4 также выбирают круглым с радиусом R1=R2. При полном перекрытии сечением 8 или 9 преломленного луча сечения 10 светочувствительного элемента 4 будет передаваться максимальная энергии излучения осветителя 1 светочувствительному элементу 4, и измерительный прибор покажет максимальную силу тока.Before the transformation begins, the optical part of the system including the illuminator 1, the optical assembly in the form of a prism 2, and the photosensitive element 4 are adjusted. For this, the illuminator 1 is turned on and its angle of inclination is selected so that its beam, after passing through the prism 2, hits the photosensitive element 4. When a spot or “bunny” of a refracted beam hits a photosensitive element 4, an electrical measuring device (not shown in FIG. 1) connected to the photosensitive element 5 will show the presence of electric current. Then the adjustment of the photosensitive element 4 achieve the maximum current value of the measuring device. In the simple case of a converter with a circular cross section of a refracted beam 8 or 9 with a radius of R2, the cross section of the sensitive surface 10 of the photosensitive element 4 is also chosen round with a radius of R1 = R2. With a total overlap of section 8 or 9 of the refracted beam of section 10 of the photosensitive element 4, the maximum radiation energy of the illuminator 1 will be transmitted to the photosensitive element 4, and the measuring device will show the maximum current intensity.

В рабочем режиме включается источник ультразвуковых волн 6 в водяной емкости 3. Под действием волн, возникающих в жидкости, раскачивается призма 2. Луч преломленного излучения от осветителя 1 также начинает колебаться относительно центра С1 сечения 10 светочувствительного элемента 4, занимая крайние положении 8 и 9. Чем больше амплитуда колебаний, тем меньше энергии за период колебаний получает светочувствительный элемент 4, так как уменьшается площадь перекрытия сечений луча и светочувствительного элемента. Следовательно, тем меньше ток измерительного прибора. Таким образом, преобразование входного сигнала - амплитуды ультразвуковых колебаний в выходной - ток измерительного прибора происходит в обратной шкале.In the operating mode, the source of ultrasonic waves 6 is turned on in the water tank 3. Under the action of the waves arising in the liquid, the prism 2 swings. The beam of refracted radiation from the illuminator 1 also begins to oscillate about the center of C1 section 10 of the photosensitive element 4, occupying the extreme positions 8 and 9. The greater the amplitude of oscillation, the less energy the photosensitive element 4 receives during the oscillation period, since the area of overlap of the cross sections of the beam and the photosensitive element decreases. Consequently, the lower the current meter. Thus, the conversion of the input signal - the amplitude of the ultrasonic oscillations into the output - the current of the measuring device occurs in the inverse scale.

Одновременно с колебаниями призмы 2 из-за кавитации под основанием призмы 4 происходит заполнение ее пор жидкостью в силу ультразвукового капиллярного эффекта. Заполнение пор происходит дискретно, микроскопические капельки жидкости в порах перемежаются микроскопическими пузырьками воздуха. Чем больше интенсивность ультразвуковых волн, тем больше в порах жидкости и меньше воздуха. Так как размеры пор по крайней мере на порядок меньше длины волны проходящего излучения, то явления интерференции и дифракции на проходящее через призму 2 излучение, практически не сказываются, и призма 2 может считаться практически однородным оптическим телом с изменяющимся показателем преломления. При увеличении амплитуды ультразвука показатель преломления призмы 2 увеличивается, и центр колебаний сечений луча из точки С1 смещается в точку С2 на расстояние ΔD, нарушается симметричность колебаний относительно центра С1 сечения 10 светочувствительного элемента 4. Крайние сечения преломленного луча занимают положения 11 и 12. В этом случае за период колебаний площадь пересечений сечения 10 светочувствительного элемента 4 и сечений 11 и 12 луча уменьшается дополнительно к уменьшению площади пересечений из-за увеличения амплитуды колебаний ультразвука. Тем самым, при одной и той же амплитуде D колебаний центра сечения луча чувствительность преобразования увеличивается.Simultaneously with the oscillations of the prism 2 due to cavitation under the base of the prism 4, its pores are filled with liquid due to the ultrasonic capillary effect. Filling the pores occurs discretely, microscopic droplets of fluid in the pores are interspersed with microscopic air bubbles. The greater the intensity of the ultrasonic waves, the greater the pores in the liquid and less air. Since the pore sizes are at least an order of magnitude smaller than the wavelength of the transmitted radiation, the interference and diffraction effects on the radiation passing through the prism 2 have little effect, and the prism 2 can be considered an almost uniform optical body with a variable refractive index. When the ultrasound amplitude increases, the refractive index of the prism 2 increases, and the center of oscillation of the beam sections from point C1 is shifted to point C2 by distance ΔD, the symmetry of the oscillations relative to the center of C1 of section 10 of the photosensitive element 4 is broken. In the case of a period of oscillation, the area of intersections of the section 10 of the photosensitive element 4 and sections 11 and 12 of the beam decreases in addition to the decrease in the area of intersections due to an increase in the amplitude of oscillations ltrazvuka. Thus, at the same amplitude D of oscillations of the center of the beam cross section, the conversion sensitivity increases.

Призма 2 выполнена из монодисперсного пористого стекла с размером пор (максимум распределения размеров) 40 нм, что в 10-17,5 раза меньше длины волны излучения рабочего диапазона (оптический диапазон видимого спектра 400-700 нм). Пористое стекло получают по известной технологии путем выщелачивания натрий-бор-силикатной основы с образованием пористой матрицы, содержащей до 95-98 вес. % SiO₂. Суммарный объем пор в таком стекле составляет примерно 25-30%. При заполнении пор только воздухом эквивалентный показатель преломления системы стекло-воздух n=1,35, при заполнении пор водой эквивалентный показатель преломления n=1,37. В качестве осветителя может быть использован монохроматический лазер с длиной волны в диапазоне 400-700 нм.Prism 2 is made of monodisperse porous glass with a pore size (maximum size distribution) of 40 nm, which is 10-17.5 times less than the radiation wavelength of the working range (optical range of the visible spectrum 400-700 nm). Porous glass is obtained by known technology by leaching sodium boron silicate base with the formation of a porous matrix containing up to 95-98 weight. % SiO ₂ . The total pore volume in such a glass is about 25-30%. When filling the pores with air only, the equivalent refractive index of the glass-air system is n = 1.35; when the pores are filled with water, the equivalent refractive index is n = 1.37. A monochromatic laser with a wavelength in the range of 400–700 nm can be used as an illuminator.

Эффективность вклада ультразвукового капиллярного эффекта можно оценить следующим образом. Рассчитаем площади взаимного пересечения сечений луча и сечений светочувствительного элемента 4 за период их колебаний. Из планиметрии известна формула [http://www.abakbot.ru/online-2/73] площади S=S1+S2 пересечения двух окружностей с радиусами R1 и R2 и с расстоянием D между их центрами, гдеThe effectiveness of the contribution of the ultrasonic capillary effect can be estimated as follows. Calculate the area of mutual intersection of the cross sections of the beam and the cross sections of the photosensitive element 4 for the period of their oscillations. From planimetry, the formula [http://www.abakbot.ru/online-2/73] is known for the area S = S1 + S2 of the intersection of two circles with radii R1 and R2 and with the distance D between their centers, where

Предположим, что колебания центра сечений луча 8 и 9 имеют синусоидальный характер, тогда расстояние между их центрами будет изменяться по формуле D(ϕ)=а⋅|sin(ϕ)|+ΔD, где ϕ - текущий угол поворота луча, за период ϕ=2π рад, а - амплитуда колебаний. Подстановка D(ϕ) в выражение для площади пересечения и интегрирование в программной среде «Маткад» от ϕ=0 до ϕ=2π дает следующие результаты площади пересечений S(2π), сведенные в таблицу.Suppose that the oscillations of the center of the beam sections 8 and 9 are sinusoidal, then the distance between their centers will change according to the formula D (ϕ) = a ⋅ | sin (ϕ) | + ΔD, where ϕ is the current angle of beam rotation, for = 2π glad, and - the amplitude of oscillations. Substitution of D (ϕ) into the expression for the intersection area and integration in the Matkad software environment from ϕ = 0 to ϕ = 2π gives the following results for the intersection area S (2π), tabulated.

В таблице амплитуда колебаний центра луча а и смещения ΔD заданы в относительных единицах дины, как и радиусы сечений R1=R2=1. Видно, что смещение центра колебаний из-за ультразвукового капиллярного эффекта на 20% относительно амплитуды колебаний луча, повышает чувствительность преобразования на 15.5-25.4% (в зависимости от амплитуды колебаний).In the table, the amplitude of oscillations of the center of the beam a and the displacement ΔD are given in relative units of the length, as are the radii of the sections R1 = R2 = 1. It is seen that the displacement of the center of oscillations due to the ultrasonic capillary effect by 20% relative to the amplitude of the oscillations of the beam, increases the sensitivity of the conversion by 15.5-25.4% (depending on the amplitude of the oscillations).

Таким образом, по сравнению с прототипом в полезной модели снижается динамическая погрешность преобразований при сохранении габаритов преобразователя, что позволяет уменьшить ошибки измерения интенсивности ультразвуковых колебаний в жидкости.Thus, compared with the prototype in the utility model, the dynamic error of transformations is reduced while maintaining the dimensions of the transducer, which reduces the measurement error of the intensity of ultrasonic vibrations in a liquid.

Claims

1. Optical-electric transducer of ultrasonic waves, containing an illuminator, on the optical axis of which an optical unit placed in a water tank and a photosensitive element mounted on a rack and having a sensitive surface, based on the area of light rays (bunny) transmitted through an optical node in the absence of measured waves, characterized in that the source of ultrasonic waves is installed in the water tank under the optical node, which is made of transparent capillary-pores a clear material with a pore size that is at least an order of magnitude smaller than the radiation wavelength of the illuminator.

2. The optical-electrical transducer of ultrasonic waves according to claim. 1, characterized in that the optical assembly is made in the form of a triangular prism.