SU1104363A1 - Acoustic unit - Google Patents

Acoustic unit Download PDF

Info

Publication number
SU1104363A1
SU1104363A1 SU833591144A SU3591144A SU1104363A1 SU 1104363 A1 SU1104363 A1 SU 1104363A1 SU 833591144 A SU833591144 A SU 833591144A SU 3591144 A SU3591144 A SU 3591144A SU 1104363 A1 SU1104363 A1 SU 1104363A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
waveguide
delay line
microwire
transducers
flanges
Prior art date
Application number
SU833591144A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Михайлович Колешко
Юрий Васильевич Мешков
Лариса Александровна Колешко
Original Assignee
Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт
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 Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт filed Critical Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт
Priority to SU833591144A priority Critical patent/SU1104363A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1104363A1 publication Critical patent/SU1104363A1/en

Links

Landscapes

  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

АКУСТИЧЕСКИЙ БЛОК, содержащий линию задержки поверхностных акустических волн, состо щую из волновода и преобразователей, размещенных на его поверхности, и включенный между преобразовател ми широкополосный усилитель, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей, лини  задержки выполнена в виде цилиндрического волновода «3 пьезоэлектрического материала с фланцами, при этом преобразователи размещены по окружности на поверхност х фланцев , а переход от фланца к внутренней поверхности цилиндра выполнен радиусом R закруглени , выбранным из услови  R 5- An ACOUSTIC UNIT containing a delay line of surface acoustic waves consisting of a waveguide and transducers placed on its surface and a broadband amplifier connected between the transducers, characterized in that, in order to extend the functionality, the delay line is made in the form of a cylindrical waveguide 3 piezoelectric material with flanges, with the transducers placed around the circumference on the flange surfaces, and the transition from the flange to the inner surface of the cylinder is made iusom R of curvature, conditions selected from R 5-

Description

ВыходOutput

Фаг./ Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к изйеренню линейных размеров изделий, и может быть использовано дл  преци зионного контрол  диаметра микропро вода. Известен акустический блок, соде жащий линию задержки поверхностных акустических волн, состо щую из волновода и преобразователей, разме щенных на его поверхности, и включенный между преобразовател ми широ кополосный усилитель. Лини  задержк  вл етс  частотозадающим элементом автогенератора ll . Указанный блок не позвол ет конт ролировать диаметр микропровода, так как поверхностные акустические волны (ПАВ) возбуждаютс  на поверхности плоского волновода. Целью изобретени   вл етс  расши рение функциональных возможностей. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в акустическом блоке, содержащем линию задержки поверхностных акустических волн, состо щую из волновода и преобразователей, размещенных на его поверхности, и включенный между преобразовател ми широкополосный усилитель, лини  задержки выполнена в виде цилиндрического волновода из пьезоэлектрического материала с фланцами, при этом преобразователи размещены по окружности на поверхност х фланцев, а переход от фланца к внутренней по верхности цилиндра выполнен радиусо R закруглени , выбранным из услови  R 5- (8-10) А , где Л - длина поверхностной акустической волны. На фиг. 1 показана схема акустического блока; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - зависимость величины скорости ПАВ от зазора меж микропроводом и внутренним диаметром волновода, на фиг. 4 - вариант акустического блока, включенного по дифференциальной схеме. Акустический блок (фиг.1) содержит линию 1 задержки ПАВ,  вл ющуюс частотозадающим элементом автогенератора (не показан), входной 2 и выходной 3 преобразователи линии 1 задержки подключены соответственно к выходу и входу широкополосного ус лител  4. Лини  1 задержки ПАВ выполнена из пьезоэлектрического мате риала в виде круглого волоконного волновода 5 с фланцами 6 и 7. Входной 2 и выходной 3 встречно-штьфевые преобразователи ПАВ (ВШП) размещены по окружности (фиг.2) на .соответствующих внешних торцовых поверхност х фланцев 6 и 7 волновода 5 непосредственно либо с использованием пьезоэлектрических пленок (например, окиси цинка ZnO). Фланцы 6 и 7 по радиусу R закруглени  переход т в сквозной канал 8 волновода 5. Дл  уменьшени  последовательного сопротивлени  электродной структуры до необходимого уровн  электродна  структура ВШП 2 и 3 может быть разделена на сегменты (фиг.2), управл емые параллельно (электрическое соединение сегментов ВШП 2 и их подключение к усилителю 4 осуществл етс  известным образом). В варианте устройства, построенном по дифференциальной схеме (фиг.4) устройство содержит еще один ПАВ-ге-нератор 9, аналогичный первому, и смеситель 10. Микропровод 11 прот гивают в отверстие 8 волновода 5. Процесс контрол  осуществл етс  следующим образом. С помощью входного кругового ВШП 2 на торповой поверхности фланца 6 возбуждаютс  ПАВ, Вследствие того, что торцова  поверхность фланца 6 симметрично закруглена с радиусом закруглени  R5 (8-10)1 (где Ti длина ПАВ) и переходит во внутренний сквозной канал 8 волновода 5, ПАВ без существенных потерь на генерацию паразитных объемных волн направл ютс  вдоль внутренней поверхности волоконного волновода 5. Радиус закруглени  нецелесообразно выбирать больше дес ти Л из-за изменени  траектории распространени  ПАВ. Диаметр торцовых поверхностей фланцев 6 и 7 выбираетс  из возможности осуществлени  необходимого радиуса Я, закруглени  и размещени  на торцовых част х этих поверхностей соответствующих ВШП ПАВ 2 и 3. Распростран ющиес  вдоль внутренней поверхности волновода 5 волны имеют подобные рэлеевским аксиальную . и радиальную компоненты и не имеют азимутальной компоненты. Результирующее распределение энергии имеет круговую симметрию и уменьшаетс  приблизительно экспоненциально с изменением радиуса внутренней поверхности канала 8. Дисперсионна  св зь дл  основной поверхностной моды. распростран ющейс  вдоль внутренней поверхности волновода 5 ПАВ, вьфажа етс  уравнением , .pS,,.2J. T,tmrT Р гдеР (р -/з;Лт (() - радиус сквозного канала 8, /3, ., р - соответственно, посто нные распространени  поверхностной моды объемной продольной моды и объемной поперечной моды, - модифицированна  функци  Бессел  пор дка i. С помощью ВШП 3, расположенного на торцовой поверхности фланца 7, аналогично ВШП 2 происходит прием ПАВ. В цепи обратной св зи введен усилитель 4 с коэффициентом усилени  , достаточным -дл  компенсации полных потерь в линии 1 задержки. Частоты, на которых возможно возбуж дение генератора ПАВ, описываютс  уравнением 2iin cOrl.(V+оСэ , где сОр - частота генерации, (Хэ электрический суммарный сдвиг фазы во ВШП 2 и 3 и усилителе 4, V скорость вдоль внутренней поверхнос ти волновода 5 ПАВ, U - рабоча  дли на линии 1 задержки (рассто ние между центрами ВШП 2 и 3). Толщину стенок 6 круглого волновода 5 в его неутолщенной части целесообразно выбирать равной 6 (5-10)Л . В этом случае паразитны объемные моды удал ютс  путем поглощени  на внешней поверхности волновода 5, так как они обычно им ют большие глубины проникновени , основна , и, следовательно, удал ютс  по мере распространени  волны Таким образом, в отсутствии кон ролируемой микропроволоки обеспечи ваетс  чистый одномодовый режим ге нерации с частотой СОр . Контролируемый микропровод 11, полненный из электропроводного материала или имеющий электропровод  покрытие, направл етс  в сквозной канал 8 волновода 5. Наличие в канале 8 электропрово щего микропровода 11 приводит к за корачиванию тангенциальных составл щих сопровождающего распространени вдоль внутренней поверхности пьезо электрического волновода 5 ПАВ эле . ромагнитного пол , что приводит к уменьшению скорости V распространени  ПАВ. При увеличении или уменьшении диаметра контролируемого микропровода 11 уменьшаетс  или увеличиваетс  зазор между его поверхностью и окружающей микропровод внутренней поверхностью волновода 5, что и приводит к соответствующему изменению скорости ПАВ. Величину изменени  посто нной распространени  р р -р ПАВ при изменении диаметра J микрпоровода 11 в функции нормализованного зазора РП между поверхностью микропровода 11 и внутренней поверхностью волновода 5 можно найти из л ) 2 eo ptgph С-Т Г,..Т -V ,,-Т ,1-1112. где )(t..,) J - коэффициент электромеханической св зи, .., EXU диэлектрические посто нные пьезоэлектрического волновода, 8 диэлектрическа  посто нна  свободного пространства. Пример изменени  скорости V .ПАВ в функции нормализованного зазора ЗЬ представлен на фиг. 3. Максимальную величину изменени  JiV скорости ПАВ можно оценить из ус4 . лови  , VI „ - О где VQ - скорость ПАВ дл  полностью электрически закороченной внутренней поверхности волновода 5 h (D-d), D 2r - диаметр сквозного канала 8, VQQ - скорость в отсутствие микропровода . Таким образом, при изменении диаметра микропровода происходит модул ци  скорости и величины фазовой задержки линии 1 задержки генератора ПАВ и, следовательно, изменение ДСО частоты генерации. Дл  получени  точного контрол  частоты генератор должен содержать элемент с фазовой характеристикой, быстро измен ющейс  с частотой. Наклон фазовой характеристики cj(x, /d пропорционален длине линии 1 задержки, поэтому эту длину целесообразно выбирать равной от сотен до тыс ч длин ПАВ. С этой же целью обеспечение наиболее точного контрол  диаметра микропровода 11 разница между диаметром О канала 8 и средним ожидаемым диаметром d микропровода (начальный зазор) выбираетс  небольшой, вплоть до долей длины ПАВ (фиг.2).Phage. The invention relates to a measurement technique, in particular, to the linear dimensions of products, and can be used for precision control of the diameter of a microbial. An acoustic unit is known that includes a delay line for surface acoustic waves, consisting of a waveguide and transducers placed on its surface, and a broadband amplifier connected between transducers. The delay line is the frequency-generating element of the oscillator ll. This block prevents the diameter of the microwire from being monitored, since surface acoustic waves (SAW) are excited on the surface of a planar waveguide. The aim of the invention is to expand the functionality. The goal is achieved by the fact that in an acoustic unit containing a delay line of surface acoustic waves, consisting of a waveguide and transducers placed on its surface, and a broadband amplifier connected between the transducers, the delay line is made in the form of a cylindrical waveguide of piezoelectric material with flanges, the converters are placed circumferentially on the surfaces of the flanges, and the transition from the flange to the inner surface of the cylinder is made with a radius R rounding, selected from Word R 5- (8-10) A, where L - length of the surface acoustic wave. FIG. 1 shows a diagram of an acoustic unit; in fig. 2 is a view A of FIG. one; in fig. 3 shows the dependence of the surfactant velocity on the gap between the microwire and the internal diameter of the waveguide; FIG. 4 - a variant of the acoustic unit included in the differential circuit. The acoustic unit (Fig. 1) contains the SAW delay line 1, which is the frequency-generating element of the auto-generator (not shown), the input 2 and the output 3 converters of the delay line 1 are connected respectively to the output and the input of the broadband amplifier 4. The SAW delay line 1 is made of piezoelectric material in the form of a circular fiber waveguide 5 with flanges 6 and 7. Input 2 and output 3 anti-SAF pin-to-pin converters (IDT) are placed around the circumference (FIG. 2) on the corresponding external end surfaces of the flanges 6 and 7 of the waveguide 5 either using piezoelectric films (for example, zinc oxide ZnO). The flanges 6 and 7 along the radius R rounding go into the through channel 8 of the waveguide 5. To reduce the series resistance of the electrode structure to the required level, the electrode structure of the IDT 2 and 3 can be divided into segments (Fig.2) controlled in parallel (electrical connection of the segments IDT 2 and their connection to the amplifier 4 is carried out in a known manner). In the embodiment of the device constructed according to the differential scheme (Fig. 4), the device contains another SAW generator 9, similar to the first one, and a mixer 10. The microwire 11 is pulled into the opening 8 of the waveguide 5. The monitoring process is carried out as follows. With the help of the input circular IDP 2, surfactants are excited on the torp surface of the flange 6, due to the fact that the end surface of the flange 6 is symmetrically rounded with a rounding radius R5 (8-10) 1 (where Ti is the length of the surfactant) and passes into the internal through channel 8 of the waveguide 5, Surfactants without significant losses to the generation of parasitic body waves are directed along the inner surface of the fiber waveguide 5. The radius of rounding does not make sense to choose more than ten L due to the change in the path of propagation of the surfactant. The diameter of the end surfaces of the flanges 6 and 7 is chosen from the possibility of implementing the required radius I, rounding and placing on the end parts of these surfaces the corresponding IDT surfactant 2 and 3. The waves propagating along the inner surface of the waveguide 5 have Rayleigh-like axial waves. and radial components and do not have an azimuth component. The resulting energy distribution has circular symmetry and decreases approximately exponentially with changes in the radius of the inner surface of channel 8. Dispersion coupling for the main surface mode. propagating along the inner surface of the waveguide 5 surfactant, the equation is, .pS ,,. 2J. T, tmrT Р where P (p - / c; Lt (() is the radius of the through channel 8, 3,., P - respectively, constant propagation of the surface mode of the volume longitudinal mode and the volume transverse mode, - modified function Bessel i Using SAF 3 located on the end surface of flange 7, surfactant is received in the same way as ILS 2. Amplifier 4 is inserted into the feedback circuits with a gain sufficient to compensate for the total losses in the delay line 1. Frequencies at which excitation is possible surfactant generator, described by the equation 2iin cOrl. (V + oSe, where co is the generation frequency, (He is the electrical total phase shift in IDT 2 and 3 and amplifier 4, V is the speed along the internal surface of the waveguide 5 SAW, U is the working length on delay line 1 (distance between IDC centers 2 and 3). The thickness of the walls 6 of the circular waveguide 5 in its non-thickened part should be chosen equal to 6 (5-10) L. In this case, the parasitic bulk modes are removed by absorption on the outer surface of the waveguide 5, since they usually have large penetration depths, the main one and therefore removed as the waves propagate Thus, in the absence of a con- trollable microwire, a pure single-mode mode of generation with a frequency of COP is provided. A controlled microwire 11, filled with electrically conductive material or electrically coated, is guided into the through channel 8 of the waveguide 5. The presence of the electrically conducting microwire 11 in the channel 8 causes the tangential components to propagate along the internal surface of the piezoelectric waveguide 5 surfactant. the magnetic field, which leads to a decrease in the velocity V of the propagation of surfactants. With increasing or decreasing the diameter of the monitored microwire 11, the gap between its surface and the surrounding microwire with the inner surface of the waveguide 5 decreases or increases, which leads to a corresponding change in the SAW velocity. The magnitude of the change in the constant distribution of the p p -p surfactant with a change in the diameter J of the microporous 11 as a function of the normalized RP gap between the surface of the microwire 11 and the inner surface of the waveguide 5 can be found from l) 2 eo ptgph С-Т Г, .. Т -V ,, -T, 1-1112. where) (t ..,) J is the electromechanical coupling coefficient, .., EXU is a dielectric constant of a piezoelectric waveguide, 8 is a dielectric constant of free space. An example of a change in the velocity V. A PV in the function of the normalized gap Zb is shown in FIG. 3. The maximum magnitude of the change in the JiV velocity of the surfactant can be estimated from us4. Catch, VI „- Where VQ is the SAW speed for the fully electrically shorted internal surface of the waveguide 5 h (D-d), D 2r is the diameter of the through channel 8, VQQ is the speed in the absence of microwire. Thus, when the diameter of the microwire changes, the speed and magnitude of the phase delay of the SAW generator 1 delay line 1 are modulated and, therefore, the DSO generation frequency changes. To obtain accurate frequency control, the oscillator must contain an element with a phase response varying rapidly with frequency. The slope of the phase response cj (x, / d is proportional to the length of the delay line 1, therefore, it is advisable to choose this length to be from hundreds to thousands of surfactant lengths. For the same purpose to ensure the most accurate control of the diameter of the microwire 11, the difference between the diameter O of channel 8 and the average expected diameter The d microwire (initial gap) is chosen small, up to fractions of the length of the surfactant (Fig. 2).

Дл  уменьшени  вли ни  внешних факторов на точность контрол , в частности, температурной стабилизации в широком диапазоне, акустический блок содержит еще один ПАВ генератор 9 (фиг.4), аналогичный первому. Контролируемый микропровод 11 подаетс  в сквозной канал лишь первого ПАВ-генератора. При контрол микропровода 11 этим генератором разностна  частота, выдел ема  смесителем 10, приобретает значени , пропорциональные величине изменени  диаметра микропровода. Изменение температуры в этом случае не привод к изменению разностной частоты на выходе смесител  10.To reduce the influence of external factors on the accuracy of control, in particular, temperature stabilization in a wide range, the acoustic unit contains another SAW generator 9 (Fig. 4), similar to the first one. The controlled microwire 11 is fed into the through channel of only the first SAW generator. When the microwire 11 is controlled by this generator, the difference frequency allocated by the mixer 10 becomes proportional to the magnitude of the change in the diameter of the microwire. The change in temperature in this case does not lead to a change in the difference frequency at the output of the mixer 10.

Вид А Фиг. г View A FIG. g

Устройство особенно эффективно дл  контрол  очень малых изменений диаметра микропровода, что обеспечиваетс  весьма высокой кратковременной стабильностью ПАВ-генератора (до 1СГ ), взаимодействием всей поверхности микропровода (по окружности в поперечном ее сечении) с электромагнитным полем, сопровождающим ПАВ, достаточно резкой зависимостью скорости V ПАВ от нормализованного воздушного зазора рЬ , удалением паразитных мод колебаний путем выбора толщины стенок круглого волновода.The device is especially effective for controlling very small changes in the diameter of a microwire, which is provided by a very high short-term stability of the SAW generator (up to 1 CG), by the interaction of the entire surface of the microwire (circumferentially in cross section) with the electromagnetic field accompanying the SAW, rather sharply depending on the speed V SAW from the normalized air gap pb, by removing the parasitic oscillation modes by selecting the wall thickness of the circular waveguide.

Использование устройства в ультразвуковых микросварочных установках дл  сварки элементов ИС позвол ет повысить процент выхода годных ИС за счет понижени  коэффициента вариации и повышени  механической прочности соединений. 0,2 0,2 Фиг.З 0,5j3h 0, The use of the device in ultrasonic micro welders for welding IC elements allows an increase in the yield ratio of ICs by lowering the coefficient of variation and increasing the mechanical strength of the joints. 0.2 0.2 Fig.Z 0.5j3h 0,

ФигЛFy

Claims (1)

АКУСТИЧЕСКИЙ БЛОК, содержащий линию задержки поверхностных акустических волн, состоящую из вол- новода и преобразователей, размещенных на его поверхности, и включенный между преобразователями широкополосный усилитель, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, линия задержки выполнена в виде цилиндрического волновода из пьезоэлектрического материала с фланцами, при этом преобразователи размещены по окружности на поверхностях фланцев, а переход от фланца к внутренней поверхности цилиндра выполнен радиусом R закругления, выбранным из условия R 5- (8-10) Ά , где Ά - длина поверхностной акустической волны.ACOUSTIC UNIT containing a delay line of surface acoustic waves, consisting of a waveguide and transducers placed on its surface, and included between the transducers a broadband amplifier, characterized in that, in order to expand the functionality, the delay line is made in the form of a cylindrical waveguide made of a piezoelectric material with flanges, while the transducers are placed around the circumference on the surfaces of the flanges, and the transition from the flange to the inner surface of the cylinder is made radius R of curvature, conditions selected from R 5- (8-10) Ά, where Ά - the length of the surface acoustic wave.
SU833591144A 1983-05-19 1983-05-19 Acoustic unit SU1104363A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833591144A SU1104363A1 (en) 1983-05-19 1983-05-19 Acoustic unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833591144A SU1104363A1 (en) 1983-05-19 1983-05-19 Acoustic unit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1104363A1 true SU1104363A1 (en) 1984-07-23

Family

ID=21063395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU833591144A SU1104363A1 (en) 1983-05-19 1983-05-19 Acoustic unit

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1104363A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР № 890071, кл. Н 03 Н 9/25, 1981 (прототип). *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4156158A (en) Double serrated piezoelectric transducer
US3173100A (en) Ultrasonic wave amplifier
RU2626409C1 (en) Method of measuring physical properties of liquid
US4008446A (en) Microwave oscillation device whose oscillation frequency is controlled at the resonance frequency of a dielectric resonator
EP1731229A1 (en) Ultrasonic transducer drive method
US4843346A (en) Radio frequency strain monitor
SU1104363A1 (en) Acoustic unit
US2897452A (en) Nonlinear transmission media
US3330956A (en) Optical beam modulator using acoustical energy
US2773996A (en) Transducer for producing sound at microwave frequencies
RU2586388C1 (en) Pressure measuring device
US2883660A (en) Ultrasonic apparatus
US3605043A (en) Dispersive delay line with tubular section
US2712605A (en) Oscillation generator
CS235212B1 (en) Probe of ultrasonic viscosimeter with torsional resonator
Rosenberg et al. Interior‐surface acoustic waveguiding in capillaries
US3373357A (en) Controlled mode plasma diagnostic apparatus
RU2767586C1 (en) Device for measuring inner diameter of metal pipe
RU2691283C1 (en) Pressure measuring device
RU2786527C1 (en) Method for measurement of physical properties of liquid
US3260852A (en) Ferrite frequency converter with dielectric low pass filter
US4037461A (en) Probe and method of making the same
SU1138668A1 (en) Device for measuring temperature
SU1704025A1 (en) Vibratory viscosimeter
RU2178152C2 (en) Ultrasonic level indicator