RU2091185C1 - Focusing acoustic converter - Google Patents
Focusing acoustic converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2091185C1 RU2091185C1 RU95112661A RU95112661A RU2091185C1 RU 2091185 C1 RU2091185 C1 RU 2091185C1 RU 95112661 A RU95112661 A RU 95112661A RU 95112661 A RU95112661 A RU 95112661A RU 2091185 C1 RU2091185 C1 RU 2091185C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- focusing
- test piece
- sample
- depth
- revolution
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области неразрушающих ультразвуковых методов контроля и может быть использовано в приборах различного назначения, например, акустических микроскопах и ультразвуковых дефектоскопах. The invention relates to the field of non-destructive ultrasonic testing methods and can be used in devices for various purposes, for example, acoustic microscopes and ultrasonic flaw detectors.
Известен фокусирующий акустический преобразователь, содержащий цилиндрическое основание, одна из торцевых поверхностей которого выполнена сферической, а на другой расположен слой пьезоэлектрического материала, причем со стороны сферической поверхности основания имеется иммерсионная среда (жидкость) [1]
Недостатками этого преобразователя являются отсутствие точной фокусировки излучения внутри исследуемого материала и низкая чувствительность на высоких частотах.Known focusing acoustic transducer containing a cylindrical base, one of the end surfaces of which is made spherical, and on the other there is a layer of piezoelectric material, and from the side of the spherical surface of the base there is an immersion medium (liquid) [1]
The disadvantages of this converter are the lack of accurate focusing of radiation inside the material under study and the low sensitivity at high frequencies.
Выбор частоты принципиален в акустической микроскопии, поскольку длина волны определяет разрешающую способность прибора и чем выше частота (меньше длина волны), тем лучше разрешение прибора. Однако на высоких частотах (выше 1 ГГц) наблюдается значительное поглощение акустического излучения в иммерсионной среде (жидкости), что ведет к тому, что радиусы кривизны фокусирующей поверхности приходится делать малыми (порядка 50 мкм) и принципиально невозможно получить информацию с достаточно большой глубины. The choice of frequency is important in acoustic microscopy, since the wavelength determines the resolution of the device and the higher the frequency (the smaller the wavelength), the better the resolution of the device. However, at high frequencies (above 1 GHz), there is a significant absorption of acoustic radiation in an immersion medium (liquid), which leads to the fact that the radii of curvature of the focusing surface have to be made small (of the order of 50 μm) and it is fundamentally impossible to obtain information from a sufficiently large depth.
Прототип изобретения фокусирующий акустический преобразователь, состоящий из основания с выполненной в виде тела вращения фокусирующей поверхностью на стороне, обращенной к исследуемому образцу и нанесенным на эту поверхность слоем пьезоэлектрического материала и иммерсионной средой [2]
Недостаток этого преобразователя низкая разрешающая способность по глубине.Prototype of the invention a focusing acoustic transducer consisting of a base with a focusing surface made in the form of a body of revolution on the side facing the test sample and a layer of piezoelectric material and immersion medium deposited on this surface [2]
The disadvantage of this converter is low resolution in depth.
Техническим результатом от использования изобретения является устранение этого недостатка. The technical result from the use of the invention is to eliminate this drawback.
Данный результат достигается тем, что образующая тела вращения определяется системой дифференциально-алгебраических уравнений:
при начальном условии y(0) H+h,
где x и y текущие координаты при начале координат, помещенном в точку фокусировки;
h глубина, на которой происходит фокусировка;
H максимальное расстояние от поверхности образца до фокусирующей поверхности;
X1 параметр системы;
n V1/V2 отношение скоростей звука в образце и иммерсионной жидкости.This result is achieved in that the generatrix of the body of revolution is determined by a system of differential-algebraic equations:
under the initial condition y (0) H + h,
where x and y are the current coordinates at the origin placed at the focus point;
h the depth at which focusing occurs;
H the maximum distance from the surface of the sample to the focusing surface;
X 1 system parameter;
n V 1 / V 2 the ratio of the speeds of sound in the sample and immersion fluid.
Использование поверхности заявленной формы позволяет получить пучок акустических лучей, сходящихся в данном материале в одну точку. Разрешающая способность акустического микроскопа при этом будет соответствовать теоретическому пределу, т. е. длине волны. При этом можно изготовить преобразователь для работы на высоких частотах, где разрешающая способность выше фокусирующей акустическое излучение на любую глубину. Using the surface of the claimed form allows you to get a beam of acoustic rays converging in this material at one point. The resolution of the acoustic microscope in this case will correspond to the theoretical limit, i.e., the wavelength. In this case, it is possible to manufacture a converter for operation at high frequencies, where the resolution is higher than focusing the acoustic radiation to any depth.
На фиг. 1 представлена конструкция фокусирующего акустического преобразователя; на фиг. 2 фокусирующая поверхность акустического преобразователя и принцип ее работы. In FIG. 1 shows a design of a focusing acoustic transducer; in FIG. 2 focusing surface of the acoustic transducer and the principle of its operation.
Преобразователь состоит из основания 1, представляющего собой кремниевую пластину. На одной стороне пластины методами, использующимися в технологическом процессе изготовления интегральных схем, сформированы фокусирующая поверхность заданной формы 2 и площадки для контактов 3. Далее нанесен слой диэлектрика (SiO2) 4, нижний металлический электрод 5, слой пьезоэлектрического материала 6 и второй электрод 7.The converter consists of a base 1, which is a silicon wafer. On one side of the plate, using the methods used in the manufacturing process of manufacturing integrated circuits, a focusing surface of a given shape 2 and a contact area 3 are formed. Next, a dielectric layer (SiO 2 ) 4, a lower metal electrode 5, a layer of piezoelectric material 6 and a second electrode 7 are applied.
Преобразователь работает следующим образом. The converter operates as follows.
Электрический сигнал от генератора подается на электроды 5, 7 и возбуждает в пьезоэлектрическом слое 6 акустическую волну. Акустическая волна распространяется в иммерсионной жидкости в направлении поверхности образца и после преломления на границе фокусируется в некоторую точку на заданной глубине образца благодаря выбору формы поверхности преобразователя. The electric signal from the generator is supplied to the electrodes 5, 7 and excites an acoustic wave in the piezoelectric layer 6. An acoustic wave propagates in an immersion liquid in the direction of the sample surface and, after refraction at the boundary, focuses at a certain point at a given depth of the sample due to the choice of the shape of the transducer surface.
Из некоторой точки 8, где будет происходить фокусировка, расположенной на заданной глубине образца 9, направляются к поверхности акустические лучи, идущие под различными углами. На границе раздела образец иммерсионная жидкость 10 эти лучи преломления в соответствии с законом преломления равны
V1sinβ = V2sinα,
где α и β углы падения и преломления соответственно.From a certain point 8, where the focusing will take place, located at a predetermined depth of the sample 9, acoustic rays directed at different angles are directed to the surface. At the interface between the sample and
V 1 sinβ = V 2 sinα,
where α and β are the angles of incidence and refraction, respectively.
Далее, начиная от некоторой точки 11, строится поверхность, перпендикулярная всем лучам, исходящим из точки 8 и преломленным на границе 10. Положение точки 11 будет определять расстояние H от акустического преобразователя до поверхности, при котором будет происходить фокусировка на заданной глубине h. Это положение выбирается в зависимости от частоты и составляет для высоких частот (0,5-2,0 ГГц) 20-100 мкм. Размер преобразователя также выбирается в зависимости от частоты. Further, starting from a certain point 11, a surface is constructed that is perpendicular to all the rays emanating from point 8 and refracted at the
Приведенная на фиг. 2 поверхность соответствует случаю фокусировки в кремнии (V1 9130 м/с) на глубину 20 мкм при использовании в качестве иммерсионной жидкости воды (V2 1430 м/с) и расстоянии от преобразователя до поверхности 20 мкм при диаметре выемки 50 мкм. Форма поверхности вычисляется на ЭВМ путем численного решения системы дифференциально-алгебраических уравнений с соответствующими параметрами и начальными условиями и не задается простым аналитическим выражением.Referring to FIG. 2, the surface corresponds to the case of focusing in silicon (V 1 9130 m / s) to a depth of 20 μm when using water (V 2 1430 m / s) as an immersion liquid and the distance from the transducer to the surface is 20 μm with a notch diameter of 50 μm. The surface shape is calculated on a computer by numerically solving a system of differential-algebraic equations with appropriate parameters and initial conditions and is not specified by a simple analytical expression.
Claims (1)
(x
при начальном условии y(0) Н + h,
где x и y текущие координаты при начале координат, помещенном в точку фокусировки;
h глубина, на которой происходит фокусировка;
H максимальное расстояние от поверхности образца до фокусирующей поверхности;
X1 параметр системы;
n V1/V2 отношение скоростей звука в образце и иммерсионной среде.A focusing acoustic transducer consisting of a base with a focusing surface made in the form of a body of revolution on the side facing the sample under study and a layer of piezoelectric material and immersion medium deposited on this surface, characterized in that the generatrix of the body of revolution is determined by the system of differential-algebraic equations
(x
under the initial condition y (0) H + h,
where x and y are the current coordinates at the origin placed at the focus point;
h the depth at which focusing occurs;
H the maximum distance from the surface of the sample to the focusing surface;
X 1 system parameter;
n V 1 / V 2 the ratio of the speeds of sound in the sample and immersion medium.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95112661A RU2091185C1 (en) | 1995-07-20 | 1995-07-20 | Focusing acoustic converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95112661A RU2091185C1 (en) | 1995-07-20 | 1995-07-20 | Focusing acoustic converter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95112661A RU95112661A (en) | 1997-07-27 |
RU2091185C1 true RU2091185C1 (en) | 1997-09-27 |
Family
ID=20170372
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95112661A RU2091185C1 (en) | 1995-07-20 | 1995-07-20 | Focusing acoustic converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2091185C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006121371A1 (en) * | 2005-05-12 | 2006-11-16 | Schekutiev, Georgy Alexandrovich | Biological tissue stimulation by magneto-acoustical action |
RU2544878C2 (en) * | 2009-11-09 | 2015-03-20 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Ultrasonic hifu-transducer with non-magnetic conducting through connections |
RU2554892C2 (en) * | 2009-11-09 | 2015-06-27 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Curvilinear converter of high-intensity focused ultrasound with deformable electric connections |
RU218305U1 (en) * | 2023-03-30 | 2023-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" | Device for focusing radiation into a curved region in the form of an acoustic hook |
-
1995
- 1995-07-20 RU RU95112661A patent/RU2091185C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. /Под ред. И.П. Голяминой. - М.: Сов. энциклопедия, 1979, с. 217. 2. Дорожкин Л.М., Дороженко В.С. и др. Пленочный фокусирующий преобразователь для акустического микроскопа. Акустический журнал. 1994, т. 40, N 3, с. 390 - 395. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006121371A1 (en) * | 2005-05-12 | 2006-11-16 | Schekutiev, Georgy Alexandrovich | Biological tissue stimulation by magneto-acoustical action |
RU2544878C2 (en) * | 2009-11-09 | 2015-03-20 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Ultrasonic hifu-transducer with non-magnetic conducting through connections |
RU2554892C2 (en) * | 2009-11-09 | 2015-06-27 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Curvilinear converter of high-intensity focused ultrasound with deformable electric connections |
RU218305U1 (en) * | 2023-03-30 | 2023-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" | Device for focusing radiation into a curved region in the form of an acoustic hook |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lemons et al. | Acoustic microscope—scanning version | |
US5870351A (en) | Broadband microfabriated ultrasonic transducer and method of fabrication | |
JP2664443B2 (en) | Equipment for examining samples with ultrasound | |
US4297886A (en) | Ultrasonic flaw detector for immersion testing of articles | |
JPH0136584B2 (en) | ||
EP0187866A1 (en) | Surface ultrasonic wave interference microscope | |
US4694699A (en) | Acoustic microscopy | |
RU2091185C1 (en) | Focusing acoustic converter | |
US5381695A (en) | Apparatus for investigating a sample with ultrasound | |
JPH0421139B2 (en) | ||
EP0039457B1 (en) | Acoustic microscope | |
JP7489345B2 (en) | Ultrasonic Inspection Equipment | |
US4909082A (en) | Acoustic transducer for acoustic microscopy | |
JPH0575267B2 (en) | ||
GB1602741A (en) | Acoustic test devices | |
JPH0376419B2 (en) | ||
JPH0668487B2 (en) | Acoustic transducer for ultrasonic microscope | |
RU34794U1 (en) | ACOUSTIC MICROSCOPE HEAD | |
JPH0731169Y2 (en) | Ultrasonic probe | |
USH2049H2 (en) | Differential property sensitive acoustic lens | |
Wilson | An Ultrasonic Array Technique for the Examination of Deep Seated Defects in Steel | |
JPH05256828A (en) | Acoustic wave conversion element | |
SU1337053A1 (en) | Ultrasonic transducer for investigating biological media | |
SU1188643A1 (en) | Ultrasonic converter for liquid investigation | |
JP2718091B2 (en) | Ultrasonic non-destructive inspection method and apparatus |