RU2288785C2 - Method for converting ultrasound wave and apparatus for performing the same - Google Patents

Method for converting ultrasound wave and apparatus for performing the same Download PDF

Info

Publication number
RU2288785C2
RU2288785C2 RU2005104863/28A RU2005104863A RU2288785C2 RU 2288785 C2 RU2288785 C2 RU 2288785C2 RU 2005104863/28 A RU2005104863/28 A RU 2005104863/28A RU 2005104863 A RU2005104863 A RU 2005104863A RU 2288785 C2 RU2288785 C2 RU 2288785C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electric field
frequency
wave
ultrasonic wave
rotation
Prior art date
Application number
RU2005104863/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005104863A (en
Inventor
Игорь Валентинович Семченко (BY)
Игорь Валентинович Семченко
Сергей Анатольевич Хахомов (BY)
Сергей Анатольевич Хахомов
Original Assignee
Учреждение образования "Гомельский государственный университет им. Франциска Скорины"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение образования "Гомельский государственный университет им. Франциска Скорины" filed Critical Учреждение образования "Гомельский государственный университет им. Франциска Скорины"
Priority to RU2005104863/28A priority Critical patent/RU2288785C2/en
Publication of RU2005104863A publication Critical patent/RU2005104863A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2288785C2 publication Critical patent/RU2288785C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: acoustics-electronics, ultrasonic technique.
SUBSTANCE: in controlled sound conduit 1 having length Ls and made of non-polarized ferroelectric ceramics with abnormally high dielectric permeability, ultrasonic wave with frequency ω0 is passed. Said wave is formed by converter 4 and it interacts with electric field rotating around propagation direction of wave and generated as result of action of AC voltage supplied by means of generator 6 and phase splitter 7 upon pairs of electrodes 2, 3 arranged in sound conduit 1. Rotation frequency of electric field coincides with frequency of ultrasonic wave Ω = ω0. According to invention it is realized resonance interaction of circular component of ultrasonic wave (whose frequency and rotation sign coincide with frequency and rotation sign of electric field having intensity more than threshold value) with such electric field. In the result ultrasound absorption is prevented and in outlet of sound conduit elliptically polarized ultrasonic wave is created with intensity more than that of said wave.
EFFECT: possibility for increasing intensity of ultrasonic wave passing through sound conduit.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к акустоэлектронике и ультразвуковой технике и может быть использовано при создании управляемых устройств в акустоэлектронике, а именно для усиления ультразвуковой волны.The invention relates to acoustoelectronics and ultrasound equipment and can be used to create controlled devices in acoustoelectronics, namely to amplify an ultrasonic wave.

Известны способ и устройство для усиления ультразвука в полупроводниках дрейфом носителей заряда, выполненное в виде преобразователя сдвиговой волны, размещенного на входной торцовой грани управляемого звукопровода, соединенного с активным кристаллом, обладающим хорошими пьезоэлектрическими свойствами и фотопроводимостью, на торцовые грани которого нанесены металлические электроды, и подверженного действию осветителя [1]. Проходящая по кристаллу ультразвуковая волна усиливается, если скорость дрейфа носителей заряда в направлении распространения волны превышает ее фазовую скорость.A known method and device for amplifying ultrasound in semiconductors by drift of charge carriers, made in the form of a shear wave transducer located on the input end face of a controlled sound duct connected to an active crystal having good piezoelectric properties and photoconductivity, on the end faces of which are applied metal electrodes, and subjected to the action of the illuminator [1]. An ultrasonic wave passing through a crystal is amplified if the drift velocity of the charge carriers in the direction of wave propagation exceeds its phase velocity.

Динамический диапазон усилителя ограничен уровнем шумов и нелинейными эффектами. Для создания оптимальной проводимости кристалла необходим подбор интенсивности и спектрального состава света от осветителя. Для предотвращения разрушения кристалла из-за перегрева постоянным током применяется импульсный режим работы усилителя. Однако импульсный режим работы, необходимость подбора освещения ограничивают возможные применения усилителей.The dynamic range of the amplifier is limited by noise and non-linear effects. To create the optimum conductivity of the crystal, it is necessary to select the intensity and spectral composition of the light from the illuminator. To prevent the destruction of the crystal due to overheating by direct current, the pulse mode of the amplifier is used. However, the pulse mode of operation, the need for the selection of lighting limit the possible applications of amplifiers.

Наиболее близким изобретением по технической сущности к заявляемому является способ преобразования ультразвуковой волны, заключающийся в воздействии вращающегося электрического поля, поперечного направлению распространения ультразвуковой волны, на неполяризованную сегнетокерамику с аномально высоким значением диэлектрической проницаемости при распространении в ней акустической волны [2].The closest invention in technical essence to the claimed is a method of converting an ultrasonic wave, which consists in the action of a rotating electric field transverse to the direction of propagation of the ultrasonic wave on unpolarized ferroceramics with an anomalously high dielectric constant when an acoustic wave propagates in it [2].

При этом частота ультразвуковой волны и частота вращения электрического поля не должны быть равны.The frequency of the ultrasonic wave and the frequency of rotation of the electric field should not be equal.

Техническая сущность известного способа заключается в том, что если ультразвуковая волна распространяется в неполяризованной сегнетокерамике с аномально высоким значением диэлектрической проницаемости и подвергается воздействию электрического поля, вращающегося поперечно направлению распространения ультразвуковой волны, то в зависимости от соотношения собственной частоты ультразвуковой волны, параметров сегнетокерамики, частоты вращения и напряженности электрического поля волна меняет свои параметры. Принимая во внимание эти зависимости, можно управлять параметрами ультразвуковой волны.The technical essence of the known method lies in the fact that if an ultrasonic wave propagates in unpolarized ferroceramics with an anomalously high dielectric constant and is exposed to an electric field that rotates transversely to the direction of propagation of the ultrasonic wave, then depending on the ratio of the natural frequency of the ultrasonic wave, parameters of the ferroceramics, speed and the electric field, the wave changes its parameters. Taking into account these dependences, it is possible to control the parameters of the ultrasonic wave.

В известном способе при соблюдении условия, что частота линейно-поляризованной ультразвуковой волны и частота вращения электрического поля не должны быть равны, преобразование ультразвуковой волны заключается в изменении угла поворота плоскости ее поляризации.In the known method, subject to the condition that the frequency of the linearly polarized ultrasonic wave and the rotation frequency of the electric field should not be equal, the transformation of the ultrasonic wave consists in changing the angle of rotation of the plane of its polarization.

Однако известный способ преобразования ультразвуковой волны не в полной мере учитывает взаимосвязь параметров и их влияние на другие характеристики ультразвуковой волны.However, the known method for converting an ultrasonic wave does not fully take into account the relationship of the parameters and their influence on other characteristics of the ultrasonic wave.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для преобразования ультразвуковой волны, содержащее выполненный из неполяризованной сегнетокерамики с аномально высоким значением диэлектрической проницаемости управляемый звукопровод, на котором размещены друг напротив друга электрически изолированные пары электродов и преобразователь сдвиговой волны, фазовращатель, генератор переменного электрического напряжения ультразвуковой частоты, выход которого соединен с входом упомянутого фазовращателя и одной парой электродов, а выход фазовращателя соединен с другой парой электродов [2].Closest to the claimed is a device for converting an ultrasonic wave, containing a controlled sound duct made of non-polarized ferroceramics with an anomalously high dielectric constant, on which electrically isolated pairs of electrodes and a shear wave transducer, a phase shifter, an ultrasonic frequency alternating voltage generator are placed opposite, output which is connected to the input of the said phase shifter and one pair of electrodes, and you the phase shifter stroke is connected to another pair of electrodes [2].

При этом известное устройство содержит обязательно две пары плоских электродов и фазовращатель со сдвигом фазы [2].Moreover, the known device necessarily contains two pairs of flat electrodes and a phase shifter with phase shift [2].

Известное устройство обеспечивает поворот плоскости поляризации ультразвуковой волны. Величина поворота плоскости поляризации пропорциональна длине звукопровода, которая выбирается произвольной.The known device provides rotation of the plane of polarization of the ultrasonic wave. The magnitude of the rotation of the plane of polarization is proportional to the length of the sound duct, which is chosen arbitrarily.

В известном устройстве не учитывается влияние длины звукопровода на обеспечение наилучших условий интерференции собственных мод акустического поля.The known device does not take into account the influence of the length of the sound duct on ensuring the best conditions for interference of the eigenmodes of the acoustic field.

Техническая задача, решаемая заявляемыми изобретениями, заключается в расширении технологических возможностей способа и устройства и обеспечении усиления ультразвуковой волны.The technical problem solved by the claimed invention is to expand the technological capabilities of the method and device and to provide amplification of the ultrasonic wave.

Технический результат, достигаемый при этом, выражается в возможности увеличения интенсивности прошедшей через звукопровод ультразвуковой волны относительно интенсивности падающей волны.The technical result achieved in this case is expressed in the possibility of increasing the intensity of the ultrasonic wave transmitted through the sound duct relative to the intensity of the incident wave.

Согласно изобретению предлагаются способ и устройство для преобразования ультразвуковой волны, а именно для ее усиления.According to the invention, a method and apparatus for converting an ultrasonic wave, namely for its amplification, are provided.

Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в способе преобразования ультразвуковой волны, заключающемся в воздействии вращающегося электрического поля, поперечного направлению распространения ультразвуковой волны, на неполяризованную сегнетокерамику с аномально высоким значением диэлектрической проницаемости при распространении в ней акустической волны, частоту вращения электрического поля устанавливают в соответствии с равенствомThe achievement of the specified technical result is ensured by the fact that in the method of converting an ultrasonic wave, which consists in the action of a rotating electric field transverse to the direction of propagation of the ultrasonic wave, on non-polarized ferroceramics with an anomalously high dielectric constant when an acoustic wave propagates in it, the frequency of rotation of the electric field is set in accordance with equality

Figure 00000002
Figure 00000002

а напряженность электрического поля должна превышать пороговое значениеand the electric field must exceed a threshold value

Figure 00000003
Figure 00000003

при этом пороговое значение напряженности электрического поля устанавливают в соответствии с выражениемthe threshold value of the electric field is set in accordance with the expression

Figure 00000004
Figure 00000004

гдеWhere

Епор - пороговое значение напряженности вращающегося электрического поля;E pore is the threshold value of the intensity of a rotating electric field;

Ω - частота вращения электрического поля; Ω is the frequency of rotation of the electric field;

ω0 - частота ультразвуковой волны;ω 0 is the frequency of the ultrasonic wave;

η44 - компонента тензора вязкости;η 44 is a component of the viscosity tensor;

α144, α155, - компоненты тензора, учитывающие электрострикционное воздействие электрического поля на упругие постоянные среды;α 144 , α 155 , are the tensor components that take into account the electrostrictive effect of the electric field on the elastic constant of the medium;

β144, β155 - компоненты тензора, учитывающие электрострикционное воздействие электрического поля на вязкость среды.β 144 , β 155 are tensor components that take into account the electrostrictive effect of the electric field on the viscosity of the medium.

Заявляемый способ реализуется с помощью устройства для преобразования ультразвуковой волны.The inventive method is implemented using a device for converting an ultrasonic wave.

Достижение указанного технического результата достигается тем, что в устройстве для преобразования ультразуковой волны, содержащем управляемый звукопровод, выполненный из неполяризованной сегнетокерамики с аномально высоким значением диэлектрической проницаемости, на котором размещены друг напротив друга электрически изолированные пары электродов и преобразователь сдвиговой волны, фазовращатель, генератор переменного электрического напряжения ультразвуковой частоты, выход которого соединен с входом фазовращателя и одними парами электродов, а выход фазовращателя соединен с другими парами электродов, управляемый звукопровод имеет длину, соответствующую расчетной формулеThe achievement of the specified technical result is achieved by the fact that in the device for converting an ultrasonic wave containing a controlled sound duct made of non-polarized ferroceramics with an anomalously high dielectric constant, on which are placed electrically isolated pairs of electrodes and a shear wave transducer, phase shifter, alternating electric generator ultrasonic frequency voltage, the output of which is connected to the input of the phase shifter and one pair electrodes, and the phase shifter output is connected to other pairs of electrodes, the controlled sound duct has a length corresponding to the calculation formula

Figure 00000005
Figure 00000005

гдеWhere

Ls - длина управляемого звукопровода;L s - the length of the controlled sound pipe;

ζ1 и ζ2 - аргументы комплексных эллиптичностей;ζ 1 and ζ 2 are arguments of complex ellipticities;

параметр s принимает значения из множества целых чисел;the parameter s takes values from the set of integers;

k1 и k2 - волновые числа собственных мод акустического поля;k 1 and k 2 are the wave numbers of the eigenmodes of the acoustic field;

ω0 - частота ультразвуковой волны;ω 0 is the frequency of the ultrasonic wave;

Ω - частота вращения электрического поля. Ω is the frequency of rotation of the electric field.

В основу заявляемого способа положено явление подавления поглощения ультразвуковой волны. Суть явления в том, что в результате интерференции падающей акустической волны и обращенной акустической волны, генерируемой в сегнетокерамике вращающимся электрическим полем, образуется стоячая ультразвуковая волна, по отношению к которой вязкие свойства среды проявляются очень слабо. Вследствие такого подавления поглощения ультразвука имеет место гигантское усиление прошедшей и обращенной акустических волн как результат высокоэффективной передачи энергии вращающегося электрического поля ультразвуку.The basis of the proposed method is the phenomenon of suppressing the absorption of an ultrasonic wave. The essence of the phenomenon is that as a result of the interference of the incident acoustic wave and the reversed acoustic wave generated in ferroceramics by a rotating electric field, a standing ultrasonic wave is formed, with respect to which the viscous properties of the medium are very weakly manifested. As a result of this suppression of ultrasound absorption, there is a gigantic amplification of transmitted and reversed acoustic waves as a result of the highly efficient transfer of energy from a rotating electric field to ultrasound.

Рассмотрим распространение ультразвуковой волны вдоль оси Z в электрическом поле с амплитудой Е и компонентамиConsider the propagation of an ultrasonic wave along the Z axis in an electric field with amplitude E and components

Figure 00000006
Figure 00000006

вращающемся с частотой Q вокруг оси Z. Такое поле может быть создано путем подачи электрического потенциала со сдвигом фазы на систему параллельных металлических электродов, расположенных на поверхности сегнетокерамики. При этом сдвиг фазы определяется числом электродов и для случая двух пар электродов составляет π/2. Акустические свойства сегнетокерамики можно описать с помощью обобщенного закона Гука [3], учитывающего вязкость средыrotating with a frequency Q around the Z axis. Such a field can be created by applying an electric potential with a phase shift to a system of parallel metal electrodes located on the surface of ferroceramics. In this case, the phase shift is determined by the number of electrodes and for the case of two pairs of electrodes is π / 2. The acoustic properties of ferroceramics can be described using the generalized Hooke's law [3], taking into account the viscosity of the medium

Figure 00000007
Figure 00000007

Здесь σik, γlm и ciklm - тензоры напряжений, деформаций и упругих постоянных; ηiklm - тензор вязкости. Воздействие вращающегося электрического поля (5) может привести к существенному изменению акустических свойств кристалла, в результате чего распространение упругой волны с вектором смещения u будет описываться уравнением движенияHere σ ik , γ lm and c iklm are tensors of stresses, strains and elastic constants; η iklm is the viscosity tensor. The action of a rotating electric field (5) can lead to a significant change in the acoustic properties of the crystal, as a result of which the propagation of an elastic wave with a displacement vector u will be described by the equation of motion

Figure 00000008
Figure 00000008

Здесь ρ плотность среды, тензоры упругих постоянных Λ(t) и вязкости B(t) учитывают нестационарное воздействие внешнего электрического поля (5) и имеют следующий вид:Here ρ is the density of the medium, tensors of elastic constants Λ (t) and viscosity B (t) take into account the unsteady effect of an external electric field (5) and have the following form:

Figure 00000009
Figure 00000009

В выражениях (8) использованы обозначения [4, 5]:In the expressions (8), the notation [4, 5] is used:

Figure 00000010
Figure 00000010

α и β - тензоры, учитывающие электрострикционное воздействие поля Е на упругие постоянные и вязкость среды:α and β are tensors that take into account the electrostrictive effect of the field E on the elastic constants and viscosity of the medium:

Figure 00000011
Figure 00000011

- матрица поворота вокруг оси z на угол φ= Ωt [6], тильда (~) означает транспонирование, cх - антисимметричный тензор, дуальный вектору с.is the rotation matrix around the z axis by the angle φ = Ωt [6], the tilde (~) means transposition, and c x is the antisymmetric tensor dual to the vector c.

Используя методику, предложенную в [7, 8], решения уравнения движения (5) будем искать в виде связанных между собой плоских монохроматических волнUsing the technique proposed in [7, 8], solutions of the equation of motion (5) will be sought in the form of interconnected plane monochromatic waves

Figure 00000012
Figure 00000012

имеющих одинаковые волновые числа k(ω), различные частоты ω± Ω и противоположные циркулярные поляризации, задаваемые векторами

Figure 00000013
, где а и b - орты лабораторной декартовой системы координат.having the same wave numbers k (ω), different frequencies ω ± Ω and opposite circular polarizations specified by the vectors
Figure 00000013
, where a and b are the unit vectors of the laboratory Cartesian coordinate system.

Упругие волны в кристалле с вращающейся структурой (10) существенно зависят от значения величины ω, определяемой частотой и поляризацией падающей акустической волны. Рассмотрим случай, когда на границе кристалла при z=0 возбуждается циркулярно поляризованная ультразвуковая волнаElastic waves in a crystal with a rotating structure (10) substantially depend on the value of ω determined by the frequency and polarization of the incident acoustic wave. We consider the case when a circularly polarized ultrasonic wave is excited at the crystal boundary at z = 0

Figure 00000014
Figure 00000014

вектор упругого смещения которой имеет такое же направление вращения с течением времени, как и внешнее электрическое поле. Вследствие непрерывности вектора упругого смещения на границе кристалла падающая волна возбуждает в кристалле в первую очередь волну с такими же поляризацией и частотой, описываемую вторым слагаемым в (10). Следовательно,the elastic displacement vector of which has the same direction of rotation over time as the external electric field. Due to the continuity of the elastic displacement vector at the crystal boundary, the incident wave excites in the crystal, first of all, a wave with the same polarization and frequency described by the second term in (10). Hence,

ω0=ω+ Ω,ω 0 = ω + Ω,

и собственную акустическую моду кристалла (10) можно записать в видеand the intrinsic acoustic mode of the crystal (10) can be written as

Figure 00000015
Figure 00000015

Рассмотрим случайConsider the case

ω0= Ω,ω 0 = Ω,

когда падающая волна совпадает с внешним электрическим полем не только по направлению вращения, но и по частоте. Тогдаwhen the incident wave coincides with the external electric field not only in the direction of rotation, but also in frequency. Then

Figure 00000016
Figure 00000016

т.е. собственная мода кристалла состоит из двух связанных между собой циркулярно поляризованных волн, распространяющихся в противоположных направлениях и имеющих одинаковые частоты. Поскольку поляризация определяется в зависимости от направления распространения волны, то циркулярные составляющие собственной волны кристалла имеют фактически одинаковые поляризации.those. the eigenmode of a crystal consists of two circularly polarized waves interconnected, propagating in opposite directions and having the same frequencies. Since the polarization is determined depending on the direction of wave propagation, the circular components of the crystal’s own wave have virtually the same polarizations.

Подставляя выражение (10) в уравнение (7) и учитывая явный вид тензоров (8), получаем следующую систему линейных однородных уравнений:Substituting expression (10) into equation (7) and taking into account the explicit form of tensors (8), we obtain the following system of linear homogeneous equations:

Figure 00000017
Figure 00000017

Приравнивая нулю определитель системы (11), находим волновые числаEquating the determinant of system (11) to zero, we find the wave numbers

Figure 00000018
Figure 00000018

k3,4(ω)=-k2,1(ω)k 3.4 (ω) = - k 2.1 (ω)

и отношения амплитуд циркулярных компонентand amplitude ratios of circular components

Figure 00000019
Figure 00000019

собственных мод (10) акустического поля.eigenmodes (10) of the acoustic field.

В выражениях (15), (16) использованы следующие обозначения:The following notation is used in expressions (15), (16):

Figure 00000020
Figure 00000020

Величины ξk характеризуют коэффициент связи между циркулярными волнами, образующими собственную моду акустического поля. В дальнейшем для краткости будем называть величины ξk эллиптичностями собственных акустических мод. Основанием для использования такого термина является то обстоятельство, что величины ξk действительно равны эллиптичностям собственных волн акустического поля, если рассматривать эти волны во вращающейся системе координат.The quantities ξ k characterize the coupling coefficient between circular waves that form the eigenmodes of the acoustic field. For brevity, we will call ξ k the ellipticities of the eigen acoustic modes for brevity. The reason for using this term is the fact that the quantities ξ k are really equal to the ellipticities of the natural waves of the acoustic field, if we consider these waves in a rotating coordinate system.

Перейдем во вращающуюся систему координат, сопровождающую поворот внешнего электрического поля (5) и подставим преобразованное для этой системы выражение (10) в уравнение (7), учитывая, что во вращающейся системе координат, в отличие от лабораторной, тензоры упругих постоянных и вязкости среды (8) не зависят от времени, что позволяет искать решения уравнения движения в виде плоских монохроматических волнWe turn to the rotating coordinate system accompanying the rotation of the external electric field (5) and substitute the expression (10) transformed for this system into equation (7), taking into account that in the rotating coordinate system, unlike the laboratory coordinate system, tensors of elastic constants and viscosity of the medium ( 8) do not depend on time, which makes it possible to search for solutions of the equation of motion in the form of plane monochromatic waves

Figure 00000021
Figure 00000021

с частотой ω' и волновым числом k(ω'). В лабораторной системе координат вектор смещения волны (17) имеет вид, аналогичный (10);with frequency ω 'and wavenumber k (ω'). In the laboratory coordinate system, the wave displacement vector (17) has a form similar to (10);

Figure 00000022
Figure 00000022

Рассмотрим случай, когда на границе кристалла при z=0 возбуждается циркулярно поляризованная акустическая волна (11), вектор упругого смещения которой имеет такое же направление вращения во времени, как и внешнее электрическое поле. Из условия непрерывности вектора u на границе следует ω0=ω'+ Ω, т.е. ω'=ω0- Ω. Если частота ультразвука ω0 совпадает с частотой электрического поля Ω (случай резонансного взаимодействия), то выполняется соотношение ω'=0, и собственные моды (17) акустического поля имеют вид стоячих волн.Let us consider the case when a circularly polarized acoustic wave (11) is excited at the crystal boundary at z = 0, the elastic displacement vector of which has the same direction of rotation in time as the external electric field. The continuity condition for the vector u at the boundary implies ω 0 = ω '+ Ω, i.e. ω '= ω 0 - Ω. If the ultrasound frequency ω 0 coincides with the frequency of the electric field Ω (the case of resonance interaction), then the relation ω '= 0 is satisfied, and the eigenmodes (17) of the acoustic field have the form of standing waves.

Приравнивая нулю определитель полученной системы, находим выражения для волновых чисел собственных мод акустического поля:Equating the determinant of the resulting system to zero, we find the expressions for the wave numbers of the eigenmodes of the acoustic field:

Figure 00000023
Figure 00000023

Вращающееся электрическое поле может привести к значительному изменению акустических свойств кристалла с аномально высокой диэлектрической проницаемостью. Как следует из выражения (18), при возрастании анизотропии тензора упругих постоянных δ и анизотропии тензора вязкости χ, индуцированных электрическим полем, мнимые части волновых чисел монотонно убывают до нуля. Начиная с пороговых значений параметров δ и χ, определяемых условиемA rotating electric field can lead to a significant change in the acoustic properties of a crystal with an abnormally high dielectric constant. As follows from expression (18), with an increase in the anisotropy of the elastic constant tensor δ and the anisotropy of the viscosity tensor χ induced by the electric field, the imaginary parts of the wave numbers monotonically decrease to zero. Starting from the threshold values of the parameters δ and χ determined by the condition

Figure 00000024
Figure 00000024

волновые числа (18) становятся действительными, и собственные моды акустического поля перестают затухать в кристалле. В соответствии с условием (19) пороговое значение напряженности вращающегося электрического поля выражается через параметры кристалла следующим образом:the wave numbers (18) become real, and the eigenmodes of the acoustic field cease to attenuate in the crystal. In accordance with condition (19), the threshold value of the intensity of a rotating electric field is expressed in terms of the crystal parameters as follows:

Figure 00000025
Figure 00000025

Если частота ультразвука ω отличается от частоты электрического поля Ω, то волновые числа (18) являются комплексными независимо от напряженности электрического поля. Как показывают численные оценки, при следующих значениях параметров, характерных для керамик на основе титаната бария с аномально высокой диэлектрической проницаемостью [9-11]:If the ultrasound frequency ω differs from the frequency of the electric field Ω, then the wave numbers (18) are complex regardless of the electric field strength. As numerical estimates show, with the following values of the parameters characteristic of ceramics based on barium titanate with an anomalously high dielectric constant [9–11]:

Figure 00000026
=1012 дин/см2, δ=-4,465·1010 дин/см2,
Figure 00000027
=1000 ед. СГС,
Figure 00000026
= 10 12 dyne / cm 2 , δ = -4,465 · 10 10 dyne / cm 2 ,
Figure 00000027
= 1000 units GHS

χ=50 ед. СГС, ρ=5,7 г/см3, Ω=107 рад/с,χ = 50 units GHS, ρ = 5.7 g / cm 3 , Ω = 10 7 rad / s,

выполнение порогового условия (17) достигается при напряженности электрического поля порядка нескольких кВ/см.the fulfillment of threshold condition (17) is achieved at an electric field strength of the order of several kV / cm.

Решение граничной задачи позволяет определить значение нормированной интенсивности прошедшей волныThe solution of the boundary problem allows us to determine the value of the normalized intensity of the transmitted wave

Figure 00000028
Figure 00000028

гдеWhere

Figure 00000029
Figure 00000029

- амплитуда прошедшей волны,- amplitude of the transmitted wave,

u0 - амплитуда падающей волны (11)u 0 is the amplitude of the incident wave (11)

Figure 00000030
Figure 00000030

Выражение для нормированной интенсивности прошедшей ультразвуковой волны (21) позволяет оценить возможность ее усиления.The expression for the normalized intensity of the transmitted ultrasonic wave (21) allows us to evaluate the possibility of its amplification.

Согласно предлагаемому способу ультразвуковую волну в виде пучка вводят в неполяризованную сегнетокерамику с аномально высоким значением диэлектрической проницаемости. Сегнетокерамику при этом подвергают воздействию вращающегося электрического поля, поперечного направлению распространения ультразвуковой волны, другими словами, вектор напряженности поля направлен нормально к волновому вектору ультразвуковой волны. Напряженность Е0 вращающегося электрического поля устанавливают в соответствии с расчетной формулой (2).According to the proposed method, an ultrasonic wave in the form of a beam is introduced into non-polarized ferroceramics with an abnormally high dielectric constant. In this case, ferroceramics is subjected to a rotating electric field transverse to the direction of propagation of the ultrasonic wave, in other words, the field strength vector is directed normally to the wave vector of the ultrasonic wave. The intensity E 0 of the rotating electric field is set in accordance with the calculation formula (2).

Частоту вращения Ω вращающегося электрического поля устанавливают равной частоте ультразвуковой волны ω0 в соответствии с расчетной формулой (1).The rotation frequency Ω of the rotating electric field is set equal to the frequency of the ultrasonic wave ω 0 in accordance with the calculation formula (1).

В этом случае волновые числа (18) становятся действительными, собственные моды акустического поля перестают затухать в кристалле и интенсивность прошедшей через звукопровод ультразвуковой волны увеличивается относительно интенсивности падающей волны как результат высокоэффективной передачи энергии вращающегося электрического поля ультразвуку.In this case, the wave numbers (18) become real, the eigenmodes of the acoustic field cease to attenuate in the crystal, and the intensity of the ultrasonic wave transmitted through the sound duct increases relative to the intensity of the incident wave as a result of highly efficient transfer of the energy of the rotating electric field to ultrasound.

Примеры осуществления способа приведены в таблице 1.Examples of the method are shown in table 1.

Таблица 1Table 1 Частота вращающегося электрического поля ΩFrequency of a rotating electric field Ω Частота волны ω0 Wave frequency ω 0 Напряженность электрического поля ЕElectric field strength E Значение нормированной интенсивности прошедшей волны ТThe value of the normalized intensity of the transmitted wave T Ω=107 рад/сΩ = 10 7 rad / s ω0=107 рад/сω 0 = 10 7 rad / s Е0=4 кВ/см >Eпор E 0 = 4 kV / cm> E then 22 Ω=107 рад/сΩ = 10 7 rad / s ω0=107 рад/сω 0 = 10 7 rad / s E0=1 кВ/см <Eпор E 0 = 1 kV / cm <E then 0,620.62 Ω=107 рад/сΩ = 10 7 rad / s ω0=1,03·107 рад/сω 0 = 1.03 · 10 7 rad / s Е0=4 кВ/см >Eпор E 0 = 4 kV / cm> E then 0,90.9 Ω=107 рад/сΩ = 10 7 rad / s ω0=1,04·107 рад/сω 0 = 1.04 · 10 7 rad / s Е0=4 кВ/см >Eпор E 0 = 4 kV / cm> E then 0,80.8

Как следует из таблицы 1, усиление ультразвуковой волны возможно в случае, если напряженность электрического поля Е0 превышает пороговое значение и частота ультразвуковой волны ω0 совпадает с частотой вращения электрического поля Ω.As follows from table 1, the amplification of the ultrasonic wave is possible if the electric field strength E 0 exceeds the threshold value and the frequency of the ultrasonic wave ω 0 coincides with the rotation frequency of the electric field Ω.

Таким образом, в заявляемый способ потенциально заложены более широкий динамический диапазон и большие возможности управления параметрами ультразвуковой волны.Thus, the claimed method potentially has a wider dynamic range and greater control over the parameters of the ultrasonic wave.

Устройство для реализации способа обеспечивает возможность осуществления операций способа и выбора необходимых параметров. Выполнение управляемого звукопровода с длиной Ls, соответствующей расчетной формуле (4), обеспечивает наилучшие условия интерференции собственных мод акустического поля и позволяет максимально усилить прошедшую волну относительно падающей.A device for implementing the method provides the possibility of performing the operations of the method and selecting the necessary parameters. Performing a controlled sound duct with a length L s corresponding to the calculation formula (4) provides the best interference conditions for the eigenmodes of the acoustic field and maximizes amplification of the transmitted wave relative to the incident one.

На фиг.1 изображен акустоэлектрический узел устройства (вид сбоку), на фиг.2 - акустоэлектрический узел (вид спереди), на фиг.3 - электрическая схема устройства.Figure 1 shows the acoustoelectric assembly of the device (side view), figure 2 - acoustoelectric assembly (front view), figure 3 is an electrical diagram of the device.

Устройство для усиления ультразвуковой волны содержит (см. фиг.1 и 2) управляемый звукопровод 1, имеющий длину Ls и изготовленный из неполяризованной сегнетокерамики с аномально высоким значением диэлектрической проницаемости, который может быть выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда, на противоположных гранях которого, параллельных оси звукопровода, установлены напротив друг друга пары электродов 2, 3, образующие соответственно первую и вторую пары. Количество пар электродов определяет сдвиг фазы и для случая двух пар электродов составляет π/2. На торцовой грани, перпендикулярной оси звукопровода, размещен преобразователь 4 сдвиговой волны. Управляемый звукопровод 1 с размещенными на нем парами электродов 2, 3 и преобразователем 4 составляют акустоэлектрический узел 5. Первая пара электродов 2 подсоединена через первый вход акустоэлектрического узла 5 к выходу генератора 6 переменного электрического напряжения ультразвуковой частоты, а вторая пара электродов 3 подсоединена через второй вход акустоэлектрического узла 5 к выходу фазовращателя 7.A device for amplifying an ultrasonic wave contains (see FIGS. 1 and 2) a guided sound duct 1 having a length L s and made of non-polarized ferroceramics with an anomalously high dielectric constant, which can be made in the form of a rectangular parallelepiped, on opposite sides of which are parallel the axis of the sound duct, pairs of electrodes 2, 3 are installed opposite each other, forming respectively the first and second pairs. The number of pairs of electrodes determines the phase shift and for the case of two pairs of electrodes is π / 2. On the end face perpendicular to the axis of the sound duct, a shear wave transducer 4 is placed. The controlled sound duct 1 with the pairs of electrodes 2, 3 and the transducer 4 placed on it makes up the acoustoelectric assembly 5. The first pair of electrodes 2 is connected through the first input of the acoustoelectric assembly 5 to the output of the ultrasonic frequency alternating voltage generator 6, and the second pair of electrodes 3 is connected through the second input acoustoelectric node 5 to the output of the phase shifter 7.

Соединение пар электродов 2, 3 с генератором 6 переменного электрического напряжения ультразвуковой частоты и фазовращателем 7 осуществлено посредством коаксиальных кабелей, причем центральный проводник каждого кабеля соединен с одним электродом пары, а экранирующий - со вторым. Указанное взаимное расположение пар электродов 2, 3 на звукопроводе 1 и подсоединения их к фазовращателю 7 и генератору 6 переменного электрического напряжения ультразвуковой частоты обеспечивают при работе устройства постоянство амплитуд и постоянство сдвига фаз электрических напряжений, подаваемых на пары электродов 2, 3. Выход генератора 6 переменного электрического напряжения ультразвуковой частоты соединен со входом фазовращателя 7 первым входом акустоэлектрического узла 5, а выход фазовращателя 7 соединен со вторым входом акустоэлектрического узла 5 (см. фиг.3).The connection of the pairs of electrodes 2, 3 with the ultrasonic frequency alternating voltage generator 6 and the phase shifter 7 is carried out by means of coaxial cables, the central conductor of each cable being connected to one pair electrode, and the screening to the second. The indicated mutual arrangement of the pairs of electrodes 2, 3 on the sound duct 1 and their connection to the phase shifter 7 and the generator 6 of the alternating electric voltage of the ultrasonic frequency provide the device with constant amplitudes and a constant phase shift of the voltage applied to the pairs of electrodes 2, 3. The output of the alternator 6 ultrasonic frequency voltage is connected to the input of the phase shifter 7 by the first input of the acoustoelectric unit 5, and the output of the phase shifter 7 is connected to the second input of the acoustoel electric node 5 (see figure 3).

Для подготовки устройства к работе предварительно изготавливают звукопровод 1, при этом в зависимости от частоты ультразвуковой волны ω0 его длина Ls должна быть равна значению, рассчитанному по формуле (4).To prepare the device for operation, a sound duct 1 is preliminarily made, and depending on the frequency of the ultrasonic wave ω 0, its length L s must be equal to the value calculated by the formula (4).

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Преобразователь 4 возбуждает сдвиговые линейно поляризованные с определенной ориентацией ультразвуковые волны с частотой ω0 и направляет их в виде пучка в управляемый звукопровод 1 параллельно его оси. С помощью генератора 6 переменного электрического напряжения и фазовращателя 7 подают на пары электродов 2, 3 переменное электрическое напряжение, причем электрическое напряжение, подаваемое на первую пару электродов 2, отличается по фазе на π/2 от напряжения, подаваемого на вторую пару электродов 3 от фазовращателя 7. При этом в результате суперпозиции однородных взаимно перпендикулярных электрических полей, изменяющихся во времени по гармоническому закону с относительным сдвигом фаз π/2, внутри звукопровода 1 возникает вращающееся вокруг оси звукопровода 4 электрическое поле, вектор напряженности которого вращается с течением времени вокруг оси звукопровода 1 с частотой Ω. Частота Ω предварительно устанавливается на генераторе 6 переменного электрического напряжения так же, как и амплитуда переменного электрического напряжения. Вращающееся электрическое поле из-за эффекта электрострикции оказывает влияние на акустические свойства неполяризованной сегнетокерамики.The transducer 4 excites shear linearly polarized with a certain orientation ultrasonic waves with a frequency of ω 0 and directs them in the form of a beam into a controlled sound duct 1 parallel to its axis. Using an alternating voltage generator 6 and a phase shifter 7, alternating voltage is applied to the pairs of electrodes 2, 3, and the voltage supplied to the first pair of electrodes 2 differs in phase by π / 2 from the voltage supplied to the second pair of electrodes 3 from the phase shifter 7. In this case, as a result of a superposition of homogeneous mutually perpendicular electric fields that change in time according to a harmonic law with a relative phase shift π / 2, inside the sound duct 1 there is a rotating around the axis of the sound duct 4 is an electric field, the intensity vector of which rotates over time around the axis of the sound duct 1 with a frequency Ω. The frequency Ω is pre-set on the alternating voltage generator 6 in the same way as the amplitude of the alternating voltage. Due to the effect of electrostriction, a rotating electric field influences the acoustic properties of unpolarized ferroceramics.

Линейно-поляризованную волну можно представить как сумму двух циркулярно-поляризованных, имеющих одинаковую амплитуду смещения и противоположные направления вращения. Циркулярная составляющая ультразвуковой волны, которая совпадает с внешним вращающимся электрическим полем по направлению вращения и по частоте, испытывает резонансное воздействие вращающегося электрического поля. Резонансное взаимодействие ультразвука с вращающимся электрическим полем для волны с противоположной циркулярной поляризацией не имеет места ни при каких частотах. В результате ультразвуковая волна на выходе из зоны действия вращающегося электрического поля, то есть на выходной грани управляемого звукопровода 1, является эллиптически поляризованной. В результате резонансного взаимодействия циркулярной составляющей ультразвуковой волны, частота ω0 и направление вращения которой совпадают с частотой Ω и направлением вращения электрического поля Е0, напряженность которого превышает пороговое значение Епор, возникает эффект подавления поглощения ультразвука, благодаря чему на выходе из звукопровода формируется эллиптически поляризованная ультразвуковая волна, интенсивность которой превышает интенсивность падающей волны.A linearly polarized wave can be represented as the sum of two circularly polarized waves having the same displacement amplitude and opposite directions of rotation. The circular component of the ultrasonic wave, which coincides with the external rotating electric field in the direction of rotation and frequency, is resonantly affected by the rotating electric field. The resonant interaction of ultrasound with a rotating electric field for a wave with opposite circular polarization does not occur at any frequency. As a result, the ultrasonic wave at the exit from the zone of action of the rotating electric field, that is, at the output face of the controlled sound duct 1, is elliptically polarized. As a result of the resonant interaction of the circular component of the ultrasonic wave, the frequency ω 0 and the direction of rotation of which coincide with the frequency Ω and the direction of rotation of the electric field E 0 , the intensity of which exceeds the threshold value E pore , the effect of suppressing the absorption of ultrasound arises, due to which it forms elliptically at the output from the sound duct polarized ultrasonic wave, the intensity of which exceeds the intensity of the incident wave.

Влияние значения длины Ls звукопровода на интенсивность прошедшей волны Т представлено в таблице 2.The influence of the value of the length L s of the sound duct on the intensity of the transmitted wave T is presented in table 2.

Таблица 2table 2 Частота волны ω0, частота вращающегося электрического поля Ω ( Ω=ω0)The frequency of the wave ω 0 , the frequency of the rotating electric field Ω (Ω = ω 0 ) Длина звукопровода Ls Sound pipe length L s Значение нормированной интенсивности прошедшей волны ТThe value of the normalized intensity of the transmitted wave T 107 рад/с10 7 rad / s 3,5 см3.5 cm 0,51656·105 0.5165610 5 107 рад/с10 7 rad / s 9,52 см9.52 cm 0,81177·106 0.8117710 6 107 рад/с10 7 rad / s 15,47 см15.47 cm 0,17272·107 0.17272 · 10 7

Такое гигантское усиление ультразвука является следствием подавления поглощения акустических волн во вращающемся электрическом поле и результатом интерференции собственных мод акустического поля.Such a giant amplification of ultrasound is a consequence of the suppression of the absorption of acoustic waves in a rotating electric field and the result of interference of the eigenmodes of the acoustic field.

Управление усилением можно также осуществлять путем отклонения частоты вращающегося электрического поля Ω от частоты волны ω0 ( Ω≠ω0).The gain can also be controlled by deviating the frequency of the rotating electric field Ω from the frequency of the wave ω 0 (Ω ≠ ω 0 ).

Примеры представлены в таблице 3.Examples are presented in table 3.

Таблица 3Table 3 Частота волны ω0, ·107 рад/сWave frequency ω 0 · 10 7 rad / s Частота вращающегося электрического поля Ω, ·107 рад/сThe frequency of the rotating electric field Ω, · 10 7 rad / s Длина звукопровода Ls, смSound duct length L s , cm Значение нормированной интенсивности прошедшей волны ТThe value of the normalized intensity of the transmitted wave T 1,0001,000 1,0001,000 3,53,5 0,51656·105 0.5165610 5 1,0011.001 1,0001,000 3,53,5 0,34983·103 0.3498310 3 1,0021.002 1,0001,000 3,53,5 0,11251·103 0.1125110 3 1,0031.003 1,0001,000 3,53,5 0,53171·102 0.53171 · 10 2 1,0041.004 1,0001,000 3,53,5 0,30712·102 0,3071210 2 1,0051.005 1,0001,000 3,53,5 0,19995·102 0.1999510 2 1,0061.006 1,0001,000 3,53,5 0,14088·102 0.1408810 2 1,0071.007 1,0001,000 3,53,5 0,10499·102 0.1049910 2 1,0081.008 1,0001,000 3,53,5 0,81597·101 0.8159710 1 1,0091.009 1,0001,000 3,53,5 0,65530·101 0.6553010 1 1,0101.010 1,0001,000 3,53,5 0,54032·101 0.5403210 1 1,0111.011 1,0001,000 3,53,5 0,45531·101 0.4553110 1 1,0121.012 1,0001,000 3,53,5 0,39078·101 0.3907810 1 1,0131.013 1,0001,000 3,53,5 0,34070·101 0.3407010 1 1,0141.014 1,0001,000 3,53,5 0,30112·101 0.3011210 1 1,0151.015 1,0001,000 3,53,5 0,26936·101 0.2693610 1 1,0161.016 1,0001,000 3,53,5 0,24354·101 0.2435410 1 1,0171.017 1,0001,000 3,53,5 0,22232·101 0.2223210 1 1,0181.018 1,0001,000 3,53,5 0,20472·101 0.2047210 1 1,0191.019 1,0001,000 3,53,5 0,19001·101 0.1900110 1

Таким образом, заявляемый способ и устройство для преобразования ультразвуковой волны обладают тремя степенями управления: условия регулировки усиления могут изменяться за счет совместного изменения частоты падающей волны ω0 и частоты вращающегося электрического поля Ω ( Ω=ω0), за счет отклонения частоты вращающегося электрического поля Ω от частоты волны ω0 ( Ω≠ω0), за счет изменения длины звукопровода L.Thus, the inventive method and device for converting an ultrasonic wave have three degrees of control: the gain control conditions can be changed due to a joint change in the frequency of the incident wave ω 0 and the frequency of the rotating electric field Ω (Ω = ω 0 ), due to the deviation of the frequency of the rotating electric field Ω from the wave frequency ω 0 (Ω ≠ ω 0 ), due to a change in the length of the sound duct L.

Источники информацииInformation sources

1. Ультразвук / Гл. ред. И.П.Голямина. Москва: Советская энциклопедия, 1979. С.355-360.1. Ultrasound / Ch. ed. I.P. Golyamin. Moscow: Soviet Encyclopedia, 1979. S.355-360.

2. Патент РФ №2123895, опубл. 1998 (прототип).2. RF patent №2123895, publ. 1998 (prototype).

3. Гуревич В.Л. Кинетика фононных систем. Москва, 1980. 400 с.3. Gurevich V.L. Kinetics of phonon systems. Moscow, 1980.400 p.

4. Белый В.Н., Севрук Б.Б. Управление поляризацией упругих волн электрическим полем, создающим спиральную анизотропию // Акуст. журн. 1983. Т.29, №2. С.157-161.4. Bely V.N., Sevruk B.B. Control of the polarization of elastic waves by an electric field creating a spiral anisotropy // Acoust. journal 1983. V.29, No. 2. S.157-161.

5. Белый В.Н., Севрук Б.Б. Параметрическое взаимодействие циркулярно поляризованных электромагнитных и акустических волн в кристаллах с электрострикционной нелинейностью // Сб.: Ковариантные методы в теоретической физике. Минск, 1986. С.132-141.5. Bely V.N., Sevruk B.B. Parametric interaction of circularly polarized electromagnetic and acoustic waves in crystals with electrostrictive nonlinearity // Sat .: Covariant methods in theoretical physics. Minsk, 1986. P.132-141.

6. Федоров Ф.И. Теория гиротропии. Минск: Наука и техника, 1976. 456 с.6. Fedorov F.I. The theory of gyrotropy. Minsk: Science and Technology, 1976. 456 p.

7. Семченко И.В., Сердюков А.Н. Распространение света в среде с вращающейся холестерической структурой анизотропии // Журнал прикладной спектроскопии, 1984. Т.41, №5. С.827-830.7. Semchenko I.V., Serdyukov A.N. The propagation of light in a medium with a rotating cholesteric anisotropy structure // Journal of Applied Spectroscopy, 1984. T.41, No. 5. S.827-830.

8. Белый В.Н., Севрук Б.Б. Параметрические электроакустические эффекты в кристаллах с индуцированной внешним электрическим полем, вращающейся акустической анизотропией // Журнал технической физики, 1987. Т.57, №2. С.336-340.8. Belyi V.N., Sevruk B.B. Parametric electro-acoustic effects in crystals with an induced external electric field, rotating acoustic anisotropy // Journal of Technical Physics, 1987. V. 57, No. 2. S.336-340.

9. Пекар С.И., Демиденко А.А., Здебский А.П. и др. Исследование электрострикционных констант первого и второго порядка в веществах с большой диэлектрической проницаемостью // Докл. АН СССР. Сер. Физ. 1976. Т.230, №5. С.1089-1091.9. Pekar S.I., Demidenko A.A., Zdebsky A.P. et al. Study of electrostriction constants of the first and second order in substances with high dielectric constant // Dokl. USSR Academy of Sciences. Ser. Fiz. 1976.V.230, No. 5. S.1089-1091.

10. Жабитенко Н.К., Кучеров И.Я. Исследование влияния электрического поля на скорость распространения упругих волн в изотропных твердых телах // Укр. физ. журн., 1978. Т.23, №2. С.263-266.10. Zhabitenko N.K., Kucherov I.Ya. Investigation of the influence of an electric field on the propagation velocity of elastic waves in isotropic solids // Ukr. physical Zh., 1978. V.23, No. 2. S.263-266.

11. Влияние постоянного электрического поля на распространение поверхностных акустических волн в пьезокерамике системы ЦТС / Под ред. А.Н.Рыбянец, А.В.Турик, Н.В.Дорохова, Е.С.Мирошниченко // Журнал технической физики. 1986. Т.56, №12. С.2371-2375.11. The influence of a constant electric field on the propagation of surface acoustic waves in the piezoceramics of the PZT system / Ed. A.N. Rybyanets, A.V. Turik, N.V. Dorokhova, E.S. Miroshnichenko // Journal of Technical Physics. 1986.V.56, No. 12. S.2371-2375.

Claims (2)

1. Способ преобразования ультразвуковой волны, заключающийся в воздействии вращающегося электрического поля, поперечного направлению распространения ультразвуковой волны, на неполяризованную сегнетокерамику с аномально высоким значением диэлектрической проницаемости при распространении в ней акустической волны, отличающийся тем, что частоту вращения и напряженность вращающегося электрического поля устанавливают в соответствии с равенством1. The method of converting an ultrasonic wave, which consists in the action of a rotating electric field transverse to the direction of propagation of the ultrasonic wave, on non-polarized ferroceramics with an anomalously high dielectric constant when an acoustic wave propagates in it, characterized in that the rotation frequency and intensity of the rotating electric field are set in accordance with equality
Figure 00000031
Figure 00000031
а напряженность электрического поля должна превышать пороговое значениеand the electric field must exceed a threshold value E0>Eпор,E 0 > E then при этомwherein
Figure 00000032
Figure 00000032
гдеWhere Ω - частота вращения электрического поля; Ω is the frequency of rotation of the electric field; ω0 - частота ультразвуковой волны;ω 0 is the frequency of the ultrasonic wave; Епор - пороговое значение напряженности вращающегося электрического поля;E pore is the threshold value of the intensity of a rotating electric field; η44 - компонента тензора вязкости;η 44 is a component of the viscosity tensor; α144, α155, - компоненты тензора, учитывающие электрострикционное воздействие поля Е на упругие постоянные среды;α 144 , α 155 , are the tensor components that take into account the electrostrictive effect of the field E on the elastic constant of the medium; β144, β155 - компоненты тензора, учитывающие электрострикционное воздействие поля Е на вязкость среды.β 144 , β 155 are tensor components that take into account the electrostrictive effect of field E on the viscosity of the medium.
2. Устройство для преобразования ультразвуковой волны, содержащее управляемый звукопровод, выполненный из неполяризованной сегнетокерамики с аномально высоким значением диэлектрической проницаемости, на котором размещены напротив друг друга электрически изолированные пары электродов и преобразователь сдвиговой волны, фазовращатель, генератор переменного электрического напряжения ультразвуковой частоты, выход которого соединен с входом фазовращателя и одними парами электродов, а выход фазовращателя соединен с другими парами электродов, отличающийся тем, что управляемый звукопровод имеет длину, соответствующую расчетной формуле2. Device for converting an ultrasonic wave, containing a controlled sound guide made of non-polarized ferroceramics with an abnormally high dielectric constant, on which are placed electrically isolated pairs of electrodes and a shear wave transducer, phase shifter, ultrasonic frequency alternating voltage generator, the output of which is connected with the input of the phase shifter and one pair of electrodes, and the output of the phase shifter is connected to other pairs of elec trodes, characterized in that the controlled sound duct has a length corresponding to the calculation formula Ls=(ζ12+2πs)/[k10- Ω)-k20- Ω)],L s = (ζ 12 + 2πs) / [k 10 - Ω) -k 20 - Ω)], где Ls - длина управляемого звукопровода;where L s is the length of the controlled sound pipe; ζ1 и ζ2 - аргументы комплексных эллиптичностей;ζ 1 and ζ 2 are arguments of complex ellipticities; параметр s принимает значения из множества целых чисел;the parameter s takes values from the set of integers; k1 и k2 - волновые числа собственных мод акустического поля;k 1 and k 2 are the wave numbers of the eigenmodes of the acoustic field; ω0 - частота ультразвуковой волны;ω 0 is the frequency of the ultrasonic wave; Ω - частота вращения электрического поля. Ω is the frequency of rotation of the electric field.
RU2005104863/28A 2005-02-22 2005-02-22 Method for converting ultrasound wave and apparatus for performing the same RU2288785C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005104863/28A RU2288785C2 (en) 2005-02-22 2005-02-22 Method for converting ultrasound wave and apparatus for performing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005104863/28A RU2288785C2 (en) 2005-02-22 2005-02-22 Method for converting ultrasound wave and apparatus for performing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005104863A RU2005104863A (en) 2006-08-10
RU2288785C2 true RU2288785C2 (en) 2006-12-10

Family

ID=37058993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005104863/28A RU2288785C2 (en) 2005-02-22 2005-02-22 Method for converting ultrasound wave and apparatus for performing the same

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2288785C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10189052B2 (en) 2013-11-21 2019-01-29 Thunder Bay Regional Health Research Institute Methods of driving polarization inversion in ferroelectric materials and devices

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10189052B2 (en) 2013-11-21 2019-01-29 Thunder Bay Regional Health Research Institute Methods of driving polarization inversion in ferroelectric materials and devices

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005104863A (en) 2006-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Degraeve et al. Bragg band gaps tunability in an homogeneous piezoelectric rod with periodic electrical boundary conditions
US10985700B2 (en) Piezoelectric resonance controlled terahertz wave modulators
Filippov et al. Magnetoelectric effect in a magnetostrictive-piezoelectric bilayer structure
RU2288785C2 (en) Method for converting ultrasound wave and apparatus for performing the same
Kulish et al. Multiharmonic cubic-nonlinear theory of plasma-beam superheterodyne free-electron lasers of the dopplertron type
Zhu et al. Symmetry properties of second harmonics generated by antisymmetric Lamb waves
Wu et al. Two-dimensional equations for high-frequency extensional vibrations of piezoelectric ceramic plates with thickness poling
Ammann et al. Threshold calculations for an optical parametric oscillator employing a hemispherical resonator
US11581871B1 (en) Nonlinear acoustic medium
Simionescu-Panait Propagation of attenuated waves along an edge of a cubic crystal subject to initial electro-mechanical fields
Shavrov et al. Multiplicative frequency conversion in a scheme of magnetostrictive transducer. Frequency multiplication in the continuous regime
Kulakova et al. Acoustoelectron interaction in quantum laser heterostructures
Bu et al. Guided-wave acousto-optic diffraction in AlxGa1− xN epitaxial layers
Chouhan et al. Effect of relativistic mass variation of electron on nonlinear parametric dispersion characteristics in magnetised semiconductor plasmas
Christensen et al. Tunable Broadband Acoustic Gain in Piezoelectric Semiconductors at ε-Near-Zero Response
Serdobolskaya et al. Sound waves in polydomain ferroelectrics
Khakhomov et al. Acoustic waves in ceramics with the electroinduced anisotropy
Agrawal et al. Nonlinear absorption characteristics of piezopolar semiconductor plasmas
Zhang et al. Integrated switchable reflector based on periodically poled acoustic superlattice LiNbO3
Ostrovskii et al. Multi-resonance transduction near acoustic Brillouin zone in microscale ferroelectric
Greebe Electromagnetic, elastic and electro-elastic waves
Emelin et al. Amplification of surface acoustic waves in graphene film under DC-voltage
Bychkov et al. Electromagnetic waves reflected from the plate of a magnetic with a ferromagnetic spiral
Adler et al. Effect of Acoustoelectric Interactions on the Electrical Impedance of a CdS Bar
Simionescu-Panait The influence of initial fields on the propagation of attenuated waves along an edge of a cubic crystal

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080223