SU994975A1

SU994975A1 - Method of and device for adjusting hypersonic section for investigation of liquids

Info

Publication number: SU994975A1
Application number: SU813331946A
Authority: SU
Inventors: Николай Борисович Лежнев
Original assignee: Физико-технический институт АН ТССР
Priority date: 1981-08-21
Filing date: 1981-08-21
Publication date: 1983-02-07

Description

Изобретение относится к технике акустических измерений и предназначено для юстировки параллельности волнового фронта излучающего преобразователя акустических волн относительно регистрирующего-приемного преобразователя в преимущественно высоко* частотных гиперзвуковых установках, предназначенных для исследования жидкостей. и.The invention relates to techniques for acoustic measurements and is intended to align the parallelism of the wavefront of the emitting transducer of acoustic waves relative to the recording-receiving transducer in predominantly high * frequency hypersonic installations intended for the study of liquids. and.

Известны автоколлймационный способ юстировки оптических деталей, заключающийся в том, что оптические детали освещаются монохроматическим ₁₅пучком света, при этом наблюдают форму и положение колец равного наклона или полос равной ширины и по ним судят о взаимном положении оптических деталей, и устройство для его осу- jq ществления, содержащее оптические детали, установленные на общей базе основания, и систему оптико-интерференционной юстировки £1 ].A known auto-collimation method for aligning optical parts is that the optical parts are illuminated with a monochromatic ₁₅ light beam, the shape and position of the rings of equal inclination or bands of equal width are observed, and the relative position of the optical parts is judged from them, and the device for its an installation containing optical parts mounted on a common base base and an optical interference adjustment system £ 1].

Однако известные способ и устрой-ство не применимы для юстировки акустических трактов установок, предназначенных для исследования жидкостей.However, the known method and apparatus are not applicable for aligning the acoustic paths of installations intended for the study of liquids.

НаибЬлее близкими к изобретению по технической сущности и достигаемому результату являются способ юстировки гиперзвукового тракта для исследования жидкостей, заключающийся в том, что устанавливают параллельно плоские торцевые поверхности звукопроводов электроакустических излучателя и приемника с помощью оптико-интерференционного метода, и устройство для юстировки гиперзвукового тракта для исследования жидкостей, содержащее соосно расположенные звукопроводы электроакустических излучателя и,при* емника и установленные на общей базе два основания, с платформами которых закреплены одни из концов звукопроводов, атакже систему оптико-ин-* терференционной юстировки [2 ].The closest to the invention in terms of technical essence and the achieved result are a method of aligning a hypersonic path for studying liquids, which consists in installing parallel flat end surfaces of sound ducts of an electro-acoustic emitter and receiver using an optical interference method, and a device for aligning a hypersonic path for studying liquids containing coaxially located sound conductors of an electro-acoustic emitter and, * a receiver and installed on a common There are two bases, with platforms of which one of the ends of the sound ducts is fixed, as well as a system of optical-interference interference adjustment [2].

Эти способ и устройство не позво ные юстировонные дифференциальные ляют юстировать акустические тракты, содержащие в приемных и излучающих акустических системах непрозрачные детали и функциональные элементы, и имеют ограниченную степень угловой точности установки взаимной параллельности электроакустических излучателя и приемника.This non-adjustable differential method and apparatus allows aligning acoustic paths containing opaque parts and functional elements in receiving and radiating acoustic systems and have a limited degree of angular accuracy in setting the mutual parallelism of the electro-acoustic emitter and receiver.

Целью изобретения является повывинты.The aim of the invention is pivots.

На фиг. 1 схематически изображено устройство для юстировки гиперзвуко₃ . вого тракта.,· на фиг. 2- взаимное рас положение прозрачной плоскопараллель· ный реперной пластины и других элементов установки.In FIG. 1 schematically shows a device for adjusting hypersound ₃ . voy tract., · in Fig. 2 - relative position of the transparent plane-parallel reference plate and other installation elements.

Устройство содержит соосно распо<0 ложенные звукопроводы 1 и 2 электрощение точности юстировки и проведения юстировки гиперзвукового тракта с оптически непрозрачными звукопроводами.The device contains coaxially located <0 sound ducts 1 and 2, electrical control of the alignment accuracy and alignment of the hypersonic path with optically opaque sound ducts.

Эта цель достигается тем, что согласно способу юстировки геперзвукового тракта для исследования жидкостей, заключающемуся в том, что устанавливают параллельными плоские торцевые поверхности звукопроводов электроакустических излучателя и приемника с помощью оптико-интерференционного метода, размещают около плоской торцевой поверхности звукопровода оптически прозрачную плоскопараллельную репарную пластину и проводят последовательную юстировку- соответственно реперной, пластины относительно одного звукопровода и другого звукопровода относительно реперной пластины, удаляют реперную пластину, между звукопроводами вводят жидкость, возбуждают в жидкости акустические колебания, сближают звукопроводы до появления сигнала, прошедшего жидкость, изменяют взаимное yi— ловое расположениезвукопроводов, измеряют при этом амплитуду прошедшего сигнала и устанавливают звукопроводы в таком положении, при котором амплитуда сигнала имеет максимальное значе [ние.This goal is achieved by the fact that according to the method of alignment of the hypersonic tract for the study of liquids, which consists in the fact that they install parallel flat end surfaces of the sound ducts of the electro-acoustic emitter and receiver using the optical interference method, place an optically transparent plane-parallel parallel plate near the flat end surface of the sound duct and conduct sequential adjustment, respectively, of the reference plate relative to one sound duct and another sound water relative to the reference plate, remove the reference plate, liquid is introduced between the sound ducts, acoustic vibrations are excited in the fluid, the sound ducts are brought together until the signal passed through the fluid, the mutual yi-sound arrangement of the sound ducts is changed, the amplitude of the transmitted signal is measured and the sound ducts are set in this position, with where the signal amplitude has a maximum value.

При этом устройство для юстировки гиперзвукового тракта для исследования жидкостей, содержащее соосно расположенные звукопроводы электроакусти-⁵ акустических излучателя и приемника, содержащими композицию непрозрачных компонентов 3 (контактов металлизации, пленок пьезоэлектрической эпи15 таксии, деталей, соединений с элек-.At the same time, a device for aligning a hypersonic tract for studying liquids, containing coaxially arranged acoustic pipelines of electroacoustic ⁵ acoustic emitters and a receiver, containing a composition of opaque components 3 (metallization contacts, films of piezoelectric epi15 taxis, parts, and electrical connections.

тронным комплексом и т.д.). Между плоскими торцевыми поверхностями звукопроводов 1 и 2 размещают либо ’прозрачную плоскопараллельную репер2о ную пластину 5, которая через основание 6 и три дифференциальных.юстировочных винта соединена с несущей 7. Две вертикальные пластины 8 и 9, в которых закреплены ближние кон25 цы звукопроводов 1 и 2, соединены между собой также тремя юстировочными дифференциальными винтами 10.throne complex, etc.). Between the flat end surfaces of the sound ducts 1 and 2, either a transparent, plane-parallel reference plate 5 is placed, which is connected to the carrier 7 through the base 6 and three differential adjustment screws. Two vertical plates 8 and 9, in which the near ends of the sound ducts 1 and 2 are fixed are interconnected also by three adjustment differential screws 10.

К нижним концам вертикальных пластин 8 и 9 подсоединены основания 11 и 12, по которым могут свободно (без люфта ) перемещаться платформы 13 и типа ласточкин хвост с закрепленными на них дальними концами звукопроводов 1 и 2. Причем пластина 8 жестко установлена на.общей базе (опорный лафет), которая может вращаться вокруг вертикальной оси.The bases 11 and 12 are connected to the lower ends of the vertical plates 8 and 9, along which platforms 13 and dovetail type with the distal ends of the sound ducts 1 and 2 fixed to them can be freely (without play), and the plate 8 is rigidly mounted on a common base ( support carriage), which can rotate around a vertical axis.

Система оптико-интерференционной юстировки содержит полупрозрачное зеркало 16, источник 17 коллимированного монохроматического света и экран 18. Излучатель 1 возбуждается с помощью генератора 19, а сигнал от приемника 2 через радиоприемное устройство 20 поступает на осциллограф 21.The optical interference interference adjustment system contains a translucent mirror 16, a collimated monochromatic light source 17 and a screen 18. The emitter 1 is excited by a generator 19, and the signal from the receiver 2 through the radio receiver 20 is fed to the oscilloscope 21.

Способ юстировки гиперзвукового ческих излучателя и приемника, и установленные на общей базе два основания , с платформами которых закреплены одни из концов звукопроводов, а также систему оптико-интерференцион- ^sной юстировки, снабжено соединенными между собой с помощью юстировочных дифференциальных винтов двумя вертикальными пластинами и дополнительны- ; ми юстировочными дифференциальными ³винтами,, причем одна из вертикальных пластин жестко установлена на общей базе и в ней расположены дополнитель тракта с помощью описываемого устройства осуществляется следующим образом.Method alignment hypersonic iCal emitter and receiver, and mounted on a common base, two base with platforms of which one of the ends of acoustic lines are fixed, and a system of optical-interference hydrochloric ^s adjustment, provided with interconnected via differential adjusting screw with two vertical plates and complementary -; with adjusting differential ³ screws, one of the vertical plates is rigidly mounted on a common base and the path supplement is located in it using the described device as follows.

Способ проводится в два этапа: подготовительный, в котором поочередно устанавливается параллельность торцов звукопроводов 1 и 2 реперной пластине 5 по интерференционной картине в отраженном свете, и завершающий, в котором компланарность волнового фронта гиперзвука, достигающего приемника 2 акустических волн, устанавливается по максимуму сигнала на приемнике 2, пр которому судят о завершении процедуры юстировки в целом.The method is carried out in two stages: preparatory, in which the parallelism of the ends of the sound ducts 1 and 2 of the reference plate 5 is established according to the interference pattern in reflected light, and the final one, in which the coplanarity of the hypersound wavefront reaching the receiver 2 of acoustic waves, is established by the maximum signal at the receiver 2, to which they judge the completion of the adjustment procedure as a whole.

Согласно первому подготовительному этапу с основания 12 снимают плат^форму 14 вместе с звукопроводом 2 5 электроакустического приемника. Устанавливают перед звукопроводом 1 электроакустического излучателя прозрачную плоскопараллельную реперную пластину 5 путем монтировки ее 10 основания 6 к пластине 8 тремя дифференциальными юстировочными винтами 10. Освещают плоскую торцевую поверхность звукопровод а 1 через полупрозрачное зеркало 16 и реперную пласти- 15 ну 5 источником'17 коллимированного монохроматического света. Наблюдают на экране 18 отражения света от плоской торцевой поверхности звукопровода 1 и боковой поверхности реперной го пластины 5. Совмещают эти отражения за счет изменения углового взаиморасположения этих плоскостей регулировкой, дифференциальных регулировочных винтов 10 до получения интерферен- 25 ционной картины в виде колец. Регулировка винтов 10 прекращается, когда происходит совмещение нулевого порядка колец с центром отражений·, что свидетельствует о завершении проце- зо дуры установки параллельности боковой поверхности реперной пластины 5 торцевой .поверхности звукопровода 1 с точностью порядка длины световой волны используемого лазера. Затем раз- ₃₅ворачивают общую базу 15 вокруг вер-, тикальной оси на 180° вместе с пластинами 8 и 9. Снимают звукопровод 1 электроакустического излучателя вместе с платформой 13 с основания 11, . _ 40 а на противоположное основание 12 устанавливают платформу 14 вместе 'с звукопроводом 2 электроакустического приемника. Повторяют все предыдущие операции оптико-интерференционной юстировки торцевой плоскости звукопровода 2 боковой поверхности реперной пластине 5 по аналогичной оптической схеме, но с помощью других юстировочных дифференциальных винтов 10. В ^дальнейшем удаляют реперную пластину 5, устанавливают платформу 13 вместе с звукопроводом 1 на основание 11 в ранее определенную позицию. На этом заверша55 ется подготовительный этап юстировки..According to the first preparatory stage, boards ^ form 14 are removed from base 12 together with sound duct 2 5 of the electro-acoustic receiver. Install a transparent plane-parallel reference plate 5 in front of the acoustic duct 1 of the electro-acoustic emitter by mounting its 10 base 6 to the plate 8 with three differential alignment screws 10. Illuminate the flat end surface of the sound duct a 1 through a translucent mirror 16 and a reference plate 15 well 5 with a source of 17 collimated monochromatic light . Reflections of light from the flat end surface of the sound duct 1 and the side surface of the reference plate 5 are observed on the screen 18. These reflections are combined by changing the angular position of these planes by adjustment, differential adjusting screws 10 to obtain an interference pattern in the form of rings. The adjustment of the screws 10 stops when the zero order of the rings coincides with the reflection center ·, which indicates the completion of the procedure for installing the parallelism of the lateral surface of the reference plate 5 of the end surface of the sound duct 1 with an accuracy of the order of the light wavelength of the laser used. Then different ₃₅ rotates the base 15 around a common ver-, tikalnoy axis by 180 ° together with the plates 8 and 9. Read the turbo electroacoustic transducer 1 together with the platform 13 with the base 11. _ 40 and on the opposite base 12 install the platform 14 together with the sound duct 2 of the electro-acoustic receiver. All previous operations of optical interference interference adjustment of the end plane of the sound duct 2 of the lateral surface of the reference plate 5 are repeated according to a similar optical scheme, but with the help of other differential differential screws 10. Next, remove the reference plate 5, install the platform 13 together with the sound duct 1 on the base 11 in previously defined position. This completes the preparatory phase of the adjustment.

Согласно второму прецизионному этапу юстировки системы звукопрово ды 1 и 2 совместно с электроакустическими преобразователями подключаются к генератору 19 и осциллографу 21 с радиоприемным устройством 20ί Между звукопроводами 1 и 2 вводят кап лю 4 жидкости (желательно с наименьшим поглощением гиперзвука, например ртуть, сероуглерод и т.д.), возбуждают в ней акустические колебания и сближают их до появления на экране осциллографа 21 сигнала, соответствующего прохождению гипер. звука через тонкий слой жидкости. Затухание гиперзвука и, соответственно, амплитуда принятого сигнала, очень сильно зависит от параллельности торцевых поверхностей звукопроводов 1 иAccording to the second precision adjustment stage of the system, sound ducts 1 and 2 are connected together with electro-acoustic transducers to a generator 19 and an oscilloscope 21 with a radio receiver 20. A drop of liquid 4 is introduced between sound ducts 1 and 2 (preferably with the least hypersonic absorption, for example, mercury, carbon disulfide, etc.). e.), excite acoustic vibrations in it and bring them together until the signal corresponding to the passage of hyper appears on the oscilloscope screen 21. sound through a thin layer of liquid. Hypersonic attenuation and, accordingly, the amplitude of the received signal, very much depends on the parallelism of the end surfaces of the sound ducts 1 and

2. Это связано с тем, что даже’ при очень небольших угловых отклонениях ^! из-за больших затуханий гиперзвука, 'частота которого равна 10^1ОГц, и малой длины волны (порядка 0,1 мкм) происходит резкое падение амплитуды прошедшего сигнала. Поэтому добиваются окончательной компланарности волнового фронта гиперзвука торцевой поверхности волновода 2 электроакустического приемника путем изменения углового расположения звукопроводов 1 и 2 юстировочными дифференциальными винтами 10, измеряют при этом амплитуду прошедшего сигнала и устанавливают звукопроводы в:таком положении, при котором амплитуда сигнала имеет максимальное значение.2. This is due to the fact that even with very small angular deviations ^! ^Due to the large attenuation of hypersound, the frequency of which is 10 10 Hz, and a small wavelength (of the order of 0.1 μm), a sharp drop in the amplitude of the transmitted signal occurs. Therefore, they achieve the final coplanarity of the hypersonic wavefront of the end surface of the waveguide 2 of the electro-acoustic receiver by changing the angular arrangement of the sound ducts 1 and 2 with differential adjusting screws 10, measure the amplitude of the transmitted signal and install the sound ducts in: a position in which the signal amplitude has a maximum value.

Предлагаемые способ юстировки гиперзвукового тракта для исследования жидкостей и устройство для его реализации позволяют значительно! повысить точность юстировки (с точностью порядка нескольких угловых секунд), так как угловой критерий взаимного расположения звукопроводов зависит от малости длины волны колебаний, которая для акустических волн таких частот уже почти на порядок меньше, чем длина волны света, и проводить юстировку оптически непрозрачных объектов.The proposed method of alignment of the hypersonic tract for the study of liquids and a device for its implementation allow significantly! to increase the alignment accuracy (with an accuracy of the order of several angular seconds), since the angular criterion for the mutual arrangement of the sound ducts depends on the small wavelength of the vibrations, which for acoustic waves of such frequencies is already almost an order of magnitude smaller than the wavelength of light, and adjust the optically opaque objects.

Claims

This method and device does not allow to adjust the acoustic paths containing opaque parts and functional elements that contain receiving and radiating acoustic systems, and have a limited degree of angular accuracy of the installation of mutual parallelism of the electroacoustic radiator and receiver. The aim of the invention is to improve the accuracy of the alignment and alignment of the hypersonic path with optically opaque sound guides. This goal is achieved by the method of aligning the sound path for examining liquids, which is to establish parallel flat end surfaces of the sound conductors of the acoustic acoustic emitter and receiver optical interference method, placed near the flat end surface of the chute optically transparent plane-parallel A repaired plate and sequential alignment are carried out, respectively, the reference plate, the layers are relative to one sound duct and the other sound guide relative to the reference plate, the reference plate is removed, between the sound guides the fluid is introduced, the acoustic oscillations occur in the fluid, the sound ducts are brought together until the signal passes mutual liquid, the mutual y-arrangement of the sound ducts is changed, the amplitude of the transmitted signal is measured, and the ducts are installed in a position where the amplitude The signal has a maximum value. In addition, a device for adjusting the hypersonic path for the study of liquids, containing coaxially arranged acoustic ducts of the electroacoustic emitter and receiver, and two axes mounted on a common base, with platforms of which are fixed one of the ends of the acoustic ducts, as well as an optical-interference system. Noise adjustment is equipped with two vertical plates connected by the adjustment differential screws and additional adjustment differential screws; one of the vertical plates is rigidly mounted on a common base and additional adjustment screws are located in it. FIG. 1 shows schematically a device for adjusting the hypersonic tract. FIG. 2- relative position of the transparent plane-parallel reference plate and other elements of the installation. The device contains coaxially arranged sound lines 1 and 2 of electroacoustic. Radiator and receiver, containing a composition of opaque components 3 (contacts of metallization, films of piezoelectric epitaxy, parts, connections with an electronic complex, etc.). Between the flat end surfaces of the sound pipes 1 and 2, either a transparent plane-parallel reference plate 5 is placed, which is connected to the carrier 7 through the base 6 and three differential adjustment screws. The two vertical plates 8 and 9, in which the near ends of the sound pipes 1 and 2, are connected between also three adjustment differential screws 10. The lower ends of the vertical plates 8 and 9 are connected to the bases 11 and 12, along which the platforms 13 and 14 of the dovetail type can move freely (without play) replennymi them distal ends of acoustic lines 1 and 2. Moreover, the plate 8 is fixedly mounted na.obschey database 15 (reference carriage) which is rotatable about a vertical axis. The optical interference alignment system contains a translucent mirror 1b, a source 17 of collimated monochromatic light and a screen 18. The emitter 1 is excited by the generator 19, and the signal from the receiver 2 via the radio receiver 20 is fed to an oscilloscope 21. The method of aligning the hypersonic path using the described device is as follows. The method is carried out in two stages: preparatory, in which the ends of the sound ducts 1 and 2 of the reference plate 5 are alternately determined by the interference pattern in reflected light, and the final, in which the coplanarity of the wave front of the hypersound reaching the receiver 2 of acoustic waves is determined by the maximum of the signal on the receiver 2, according to which the completion of the alignment procedure as a whole is judged. According to the first preparatory stage, the platform 1 is removed from the base 12 together with the acoustic duct 2 one receiver. In front of the acoustic duct 1 of the electro-acoustic emitter, a transparent plane-parallel reference plate 5 is installed by mounting it. base 6 to the plate 8 with three differential adjustment screws 10. Light the flat end surface of the acoustic pipe a 1 through the translucent mirror 16 and the reference plate 5 by the SOURCE17 of collimated monochromatic light. Light reflection is observed on screen 18 from the flat end surface of the suction duct 1 and the side surface of the reference plate 5. These reflections are combined by changing the angular relative position of these planes by adjusting the differential adjustment screws 10 to obtain an interference pattern in the form of rings. The adjustment of screws 10 is stopped, KOI- and the combination of zero in a row of rings with the center of reflections occurs, which indicates the completion of the procedure for installing parallelism of the lateral surface of the reference plate 5 of the end surface of the sound guide 1 with the accuracy of the laser wavelength used. Then, the common base 15 is rotated around the vertical axis by 180 ° along with the formation 8 and 9. They remove the acoustic duct 1 of the electroacoustic radiator together with the platform 13 from the base 11, and install the platform C together with the acoustic conduit 2 of the electroacoustic receiver to the opposite base 12. All previous operations of the optical interference adjustment of the end plane of the sound guide 2 side surface of the reference plate 5 are repeated according to the same optical scheme, but using other adjustment differential screws 10. Next, the reference plate 5 is removed, the platform 13 is installed together with the sump 1 on base 11 in the previously .defined position. This completes the preparatory alignment stage. According to the second precision alignment phase of the system, the sound ducts 1 and 2 together with electroacoustic transducers are connected to the generator 19 and the oscilloscope 21 with a radio receiver 20 A drop of liquid C is inserted (preferably with the least absorption of hypersound) , for example, mercury, carbon disulfide, etc.), excite acoustic oscillations in it and bring them closer to the appearance on the screen of the oscilloscope 21 of a signal corresponding to the passage of hypersound through a thin layer of liquid. The attenuation of the hypersound and, accordingly, the amplitude of the received signal depends very much on the parallelism of the end surfaces of the sound ducts 1 and 2. This is due to the fact that even with very small angular deviations due to large attenuations of the hypersound, whose frequency is equal and small wavelength (on the order of 0.1 μm) there is a sharp drop in the amplitude of the transmitted signal. Therefore, the hypersound wavefront of the end surface of the waveguide 2 electroacoustic receiver is finally complanded by changing the angular position of the sound lines 1 and 2 by adjusting differential screws 10, measuring the amplitude of the transmitted signal and setting the sound lines at the same position at which the signal amplitude has the maximum value. The proposed method of adjusting the hypersonic path for studying liquids and the device for its implementation can significantly improve the accuracy of the adjustment (with an accuracy of several angular seconds), since the angular criterion for the relative position of the acoustic ducts depends on the small oscillation wavelength, which for acoustic waves of such frequencies already almost an order of magnitude Smaller than the wavelength of light, and carry out the adjustment of optically opaque objects. Claim 1. The way to adjust the hypersonic. A path for the study of liquids consists in that the flat end surfaces of the acoustic ducts of the electroacoustic emitter and receiver are installed in parallel by means of optical interference

method, characterized in that, in order to improve the accuracy of the alignment and the adjustment of the hypersonic path with optically opaque sound ducts, an optically transparent plane-parallel reference plate is placed near the flat end surface of the sound guide and relative to one the reference plate is removed the reference plate, fluid is introduced between the sound ducts, and acoustic excitation in the fluid These oscillations bring the sound pipes together to the appearance of a transmitted signal, change the mutual angular position of the sound pipes, measure the amplitude of the transmitted signal, and set the sound lines in such a position that the signal amplitude has the maximum values.

2. The device for the adjustment of the hypersonic tract for the study of liquids containing coaxially. Zhg №-ь

// /

the installed electroacoustic radiator and receiver cables and two bases installed on a common base, with platforms of which one of the ends of the acoustic lines are fixed, as well as an optical interference alignment system, characterized in that it is equipped with two vertical plates connected with each other by means of adjusting differential screws -, by us and additional adjustment differential screws, one of the vertical plates

Rigidly mounted on a common base and there are additional adjustment differential screws.

Sources of information taken into account in the examination

1. Physical encyclopedic dictionary. M., Sovetsk Encyclopedia, I960, p. 13-H.

2.N.Lezhnev Hypersonic Research Methods in Liquid Physics

condition - Reports 1 PPT, 1978, p. 151-155 (prototype).

tSi