NO742054L

NO742054L -

Info

Publication number: NO742054L
Application number: NO742054A
Authority: NO
Inventors: D J Whitney; R A Nepveu; W W Gerlach
Original assignee: Sanders Associates Inc
Priority date: 1973-06-14
Filing date: 1974-06-06
Publication date: 1975-01-13
Also published as: IL44424A0; CA999655A; US3806840A; AU6985174A; IL44424A; FR2233751A1; JPS5018153A; IT1012949B; NL7407916A; DE2420100A1; SE7407694L

Description

KONTURFORMET ULTRALYDFORSINKELSESLINJECONTOURED ULTRASOUND DELAY LINE

Den foreliggende oppfinnelse vedrorer forsinkelsesanordningerThe present invention relates to delay devices

og spesielt faste ultralydforsinkelseslinjer. and especially fixed ultrasonic delay lines.

Ultralydforsinkelseslinjer er vanligvis opererbare for å tilveiebringe enten en ikke-spredende eller en spredende forsinkelse av kontinuerlig bolge- eller puls type si gnåle r., Begrepene "spredende" og "ikke-spredende" refererer seg til forsinkelsen versus frekvenskarakteristikken for en forsinkelseslinje. Hvis forsinkelsen forandrer seg med frekvensen, sies linjen å være spredende. På den annen side, hvis forsinkelsen ex~ konstant, eller nokså nær konstant for alle frekvenser, benevnes linjen som ikke-spredende. Ultrasonic delay lines are usually operable to provide either a non-dispersive or a dispersive continuous wave or pulse type delay. The terms "dispersive" and "non-dispersive" refer to the delay versus frequency characteristic of a delay line. If the delay changes with frequency, the line is said to be dispersive. On the other hand, if the delay ex~ constant, or fairly close to constant for all frequencies, the line is called non-dispersive.

Forplantning av kontinuerlige bolger i faste plater er beskrevetPropagation of continuous waves in solid plates is described

i avsnitt 5 i boken "Mechnical Waveguides" av Martin Redwood, Pergamon Press, 1960. Denne beskrivelse er basert på den betingelse at i en jevnt tykk plate med uendelig bredde, finnes det ikke noen variasjon av akustisk partikkelforflytning i bredden av y-retningen. En nær tilnærmelse av den aktuelle utforelse til denne teori er blitt realisert ved anvendelse av absorberende tape til kantene av en metallstrimmel med begrenset bredde (f.eks. aluminium eller aluminiumlegering) slik at det ikke finnes noen kantrefleksjoner som forstyrrer bolgeforplantningen i den sentrale (ikke-tapede) del av strimmelen. En slik forsinkelseslinje er beskrevet av T. R. Meeker i en artikkel med tittel "Dispersive Ultrasonic Delay Lines Using the First Longitudinal Mode in a Strip", IRE Transactions, Volume UE-7, nr. 2, juni 1960. En ulempe ved denne strimmelkonstruksjon er at ifolge difraksjons-teori, finnes det betydelig strålespredning i bredden eller y-retningen slik at en stor grad av den akustiske energi absorberes av tapen, som derved resulterer i relativt hoye akustiske tap. in section 5 of the book "Mechanical Waveguides" by Martin Redwood, Pergamon Press, 1960. This description is based on the condition that in a uniformly thick plate of infinite width, there is no variation of acoustic particle displacement across the width of the y-direction. A close approximation of the current embodiment to this theory has been realized by applying absorbent tape to the edges of a metal strip of limited width (e.g. aluminum or aluminum alloy) so that there are no edge reflections that disturb the wave propagation in the central (not -taped) part of the strip. Such a delay line is described by T. R. Meeker in an article entitled "Dispersive Ultrasonic Delay Lines Using the First Longitudinal Mode in a Strip", IRE Transactions, Volume UE-7, No. 2, June 1960. A disadvantage of this strip construction is that according to diffraction theory, there is significant beam spread in the width or y direction so that a large degree of the acoustic energy is absorbed by the tape, which thereby results in relatively high acoustic losses.

Akustiske forsinkelseslinjer eller bolgeledere med forskjellige tverrsnitt, slik som sirkler, rektangler og ellipser, som ikke anvender absorberende midler langs lengden av disse, er blitt studert slik som gitt i eksempels form i kapitel 6 av den forutnevnte Redwood-publikasjonen. Spredende forsinkelseslinjer er også blitt laget av tråd, slik det er bekreftet ved en artikkel av J. E. May med tittel "Wire Type Dispersive Ultrasonic Delay Lines", IRE Transactions, Volume UE-7, nr. 2, juni 1960. Selv om disse forsinkelseslinjer ikke lider av tap på grunn av absorberende tape, har man mott x^å andre pro-blemer. F.eks. har det meget lille område av piezoelektriske transduktorer på trådtypespredende linjer begrenset deres bruk til relativt lave frekvenser. I tillegg har interferens av uonskede forplantningsmoduser hindret jevn overforing over et bredt bånd av frekvenser. Acoustic delay lines or waveguides of various cross-sections, such as circles, rectangles and ellipses, which do not employ absorbent means along their length, have been studied as exemplified in Chapter 6 of the aforementioned Redwood publication. Dispersive delay lines have also been made from wire, as confirmed by an article by J. E. May entitled "Wire Type Dispersive Ultrasonic Delay Lines", IRE Transactions, Volume UE-7, No. 2, June 1960. Although these delay lines do not suffers from losses due to absorbent tape, one has encountered x^o other problems. E.g. the very small range of piezoelectric transducers on wire-type propagating lines has limited their use to relatively low frequencies. In addition, interference by unwanted propagation modes has prevented smooth transmission over a wide band of frequencies.

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringeAn object of the present invention is to provide

en ny og forbedret akustisk forsinkelsesline.a new and improved acoustic delay line.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en ny og forbedret forsinkelseslinje hvor det er ubetydelig stråle-spredni ngst ap. Another object of the invention is to provide a new and improved delay line where there is negligible beam spread.

Et videre formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en ny og forbedret akustisk forsinkelseslinje med hoy virkningsgrad i hvilken uonskede moduser av bolgeforplantning undertrykkes. A further object of the invention is to provide a new and improved acoustic delay line with high efficiency in which unwanted modes of wave propagation are suppressed.

I korte trekk består en akustisk forsinkelseslinje ifolge oppfinnelsen av en strimmel av ultralydoverforingsmateriale som har et par langstrakte,konvekse hovedoverflater for å danne et konturformet tverrsnitt med en bredde W som er flere ganger storre enn tykkelsen h. Når en stråle av akustiske bolger påtrykkes strimmelen, begrenses bolgeforplantningen mellom hovedoverflåtene til et område som utgjor en distanse A i begge retninger fra midten av en strimmel langs breddedimensjonen. A er mindre enn en halvpart av bredden, og er en funksjon av den akustiske frekvens og fasehastigheten for Briefly, an acoustic delay line according to the invention consists of a strip of ultrasonic transfer material having a pair of elongated, convex main surfaces to form a contoured cross-section with a width W several times greater than the thickness h. When a beam of acoustic waves is impinged on the strip, the wave propagation between the main surfaces is limited to an area which constitutes a distance A in both directions from the center of a strip along the width dimension. A is less than half the width, and is a function of the acoustic frequency and the phase velocity of

de akustiske bolgene. Ettersom fasehastighetskarakteristikkene av de uonskede moduser atskiller seg fra de for den onskede modus, er parameteren A generelt storre for de uonskede eller falske forplantningsmoduser. Ved å plassere på riktig måte innerkanten av den absorberende tape, er det mulig å under-trykke de uonskede forplantningsmoduser. the acoustic waves. Since the phase velocity characteristics of the unwanted modes differ from those of the desired mode, the parameter A is generally larger for the unwanted or spurious propagating modes. By correctly positioning the inner edge of the absorbent tape, it is possible to suppress the unwanted propagation modes.

I de vedlagte tegninger betegner like referansetall like kon-struksjonselementer. Fig. 1 er et planriss"av en del av en akustisk forsinkelseslinje ifolge oppfinnelsen. Fig. 2 er et tverrsnittriss langs linjene 2-2 i den forsinkelseslinje som er vist i fig. 1. Fig. 3 er et diagram av forholdet mellom fasehastighet i forhold til tverrhastighet versus frekvens og tykkelsesproduktet for en aluminiumsstrimmelsforsinkelseslinje. Fig. 4 er et diagram som viser eksempelvise konturer for forsinkelseslinjer ifolge oppfinnelsen. Fig. 5 er et diagram av en annen som eksempel vist kontur for en forsinkelseslinje ifolge oppfinnelsen. Fig. 6 er et planriss av en del av en konturformet forsinkelseslinje som er en ytterligere utforelse ifolge oppfinnelsen. In the attached drawings, like reference numbers denote like construction elements. Fig. 1 is a plan view of part of an acoustic delay line according to the invention. Fig. 2 is a cross-sectional view along lines 2-2 of the delay line shown in Fig. 1. Fig. 3 is a diagram of the relationship between phase velocity in relation to transverse velocity versus frequency and the thickness product for an aluminum strip delay line. Fig. 4 is a diagram showing exemplary contours for delay lines according to the invention. Fig. 5 is a diagram of another exemplary contour for a delay line according to the invention. Fig. 6 is a plan view of part of a contoured delay line which is a further embodiment according to the invention.

Fig. 7 er et tverrsnitt langs linjene 7-7 i fig. 6.Fig. 7 is a cross section along the lines 7-7 in fig. 6.

Fig. 8 er et linjediagram som illustrerer grensene for bolgeforplantningen for forskjellige longitudinelle moduser. Fig. 9 er et planriss av en del av en annen konturformet for-sinkelseslinjeutforelse ifolge oppfinnelsen. Fig. 8 is a line diagram illustrating the limits of wave propagation for different longitudinal modes. Fig. 9 is a plan view of part of another contoured delay line embodiment according to the invention.

Fig. 10 er et tverrsnittriss av utforelsen ifolge fig. 9.Fig. 10 is a cross-sectional view of the embodiment according to fig. 9.

I fig. 1 og 2 er det vist en del av en konturformet forsinkelseslinje 20 ifolge den foreliggende oppfinnelse. Lengden, bredden og hoyden av linjen 20 forloper i z-, y- og x-retningene respektivt, hvilke retninger er angitt ved 21 og 22 i fig. 1 In fig. 1 and 2, a part of a contoured delay line 20 according to the present invention is shown. The length, width and height of the line 20 run in the z, y and x directions respectively, which directions are indicated by 21 and 22 in fig. 1

og 2 respektivt. Bredden W (fig. 2) er mange ganger storre enn den maksimale hoyden langs x-retningen. Selv om linjen 20 kan bestå av et hvilket som helst ultralydoverforingsmateriale, har den fortrinnsvis form av en langstrakt, tynn strimmel av aluminium eller aluminiumlegering. Den totale lengde av strimmelen er en funksjon av forsinkelsen som kreves i en hvilken and 2 respectively. The width W (fig. 2) is many times greater than the maximum height along the x direction. Although the line 20 may consist of any ultrasonic transfer material, it is preferably in the form of an elongated, thin strip of aluminum or aluminum alloy. The total length of the strip is a function of the delay required in which

som helst onsket anvendelse. Fortrinnsvis er linjetykkelsen avsmalnet'over hele lengden av strimmelen for således å for-bedre frekvensområdet over hvilket lineær spredningsoperasjon inntreffer. any desired application. Preferably, the line thickness is tapered over the entire length of the strip to thus improve the frequency range over which linear spreading operation occurs.

Konvensjonelle piezoelektriske keramiske transduktorer i formConventional piezoelectric ceramic transducers in form

av rektangulære bjelker festes til endeflatene av strimmelen, hvorav kun en er vist med henvisningstallet 24 i fig. 1. of rectangular beams are attached to the end surfaces of the strip, only one of which is shown with the reference number 24 in fig. 1.

Disse transduktorene er polet i tykkelsesretningen, forsyntThese transducers are poled in the thickness direction, provided

med elektroder og loddet til linjen rned polingsretningen parallell with electrodes and soldered to the line parallel to the poling direction

med lengden av strimmelen for således å frembringe og reagere på vibrasjoner i en tykkelses-longitudinalmodus. Når folgelig en av transduktorene eksiteres av en vekselspenning som påtrykkes de elektrodeutstyrte områder av hovedoverflåtene av transduktorene, induseres det en tykkelses-longitudinal modus av vibrasjonen i denne. Denne vibrasjon frembringer i sin tur en elastisk bolgebevegelse i strimmelen,som forplanter seg nedover linjen. Når den forplantede energi når transduktoren ved den motsatte ende, induseres det en tykkelses-longitudinal modus av en vibrasjon i denne og omformes av transduktoren til elektrisk energi. Det vil være klart for fagfolk at de elektriske og fysiske forbindelser ved hver av endene av linjen er like,og derfor kan hver av transduktorene anvendes som inn-gang eller utgang, dvs. linjen er fullstendig resiprok. with the length of the strip so as to produce and respond to vibrations in a thickness-longitudinal mode. Consequently, when one of the transducers is excited by an alternating voltage applied to the electrode-equipped areas of the main surfaces of the transducers, a thickness-longitudinal mode of vibration is induced therein. This vibration in turn produces an elastic wave movement in the strip, which propagates down the line. When the propagated energy reaches the transducer at the opposite end, a thickness-longitudinal mode of vibration is induced therein and converted by the transducer into electrical energy. It will be clear to those skilled in the art that the electrical and physical connections at each end of the line are the same, and therefore each of the transducers can be used as input or output, i.e. the line is fully reciprocal.

Ifolge den foreliggende oppfinnelse er strimmeltykkelsen gitt en kontur i hvilken den maksimale tykkelse inntreffer ved midten av strimmelen. I utforelsen som illustrert i fig. 1 og 2, tar konturen form av en konveks, kontinuerlig form i hvilken den maksimale tykkelse inntreffer ved senterlinjen 23 av strimmelen. På grunn av konturen er den elastiske bolgeforplantningen i z-retningen begrenset til et område som forloper en distanse A på den ene eller den andre side av senterlinjen 23. Som best vil fremgå av fig. 2, er refleksjonsvinkelen for en elektrisk bolge mellom de konturformede hovedoverflåtene 20a og 20b maksimum ved eller nær senterlinjen 23 og blir gradvis mindre inntil ved en distanse A, hvor den blir null og reverserer seg selv. Dvs. konturformingen av hovedoverflåtene har tendens til å sette opp refleksjonspunkter ved en distanse A på den ene eller den andre side av senterlinjen 23 således at for-plantningen av en elastisk bolge er begrenset til dette område. According to the present invention, the strip thickness is given a contour in which the maximum thickness occurs at the center of the strip. In the embodiment as illustrated in fig. 1 and 2, the contour takes the form of a convex, continuous shape in which the maximum thickness occurs at the center line 23 of the strip. Due to the contour, the elastic wave propagation in the z direction is limited to an area extending a distance A on one or the other side of the center line 23. As will best be seen from fig. 2, the angle of reflection of an electric wave between the contoured main surfaces 20a and 20b is maximum at or near the center line 23 and gradually decreases until at a distance A, where it becomes zero and reverses itself. That is the contouring of the main surfaces tends to set up reflection points at a distance A on one or the other side of the center line 23 so that the propagation of an elastic wave is limited to this area.

Som det vil fremgå av det etterfolgende viser distansen A segAs will be seen from the following, the distance A shows itself

å være mindre for bolgeforplantning i den forste longitudinale modus Mil enn forplantning i de .uonskede moduser M12, M21 og M22. Som et resultat av dette kan plasseringen av kantene av et par absorberingstaper 25 og 26 velges således for å under-trykke bolgeforplantning i de uonskede moduser. to be less for wave propagation in the first longitudinal mode Mil than propagation in the undesired modes M12, M21 and M22. As a result, the location of the edges of a pair of absorbing tapes 25 and 26 can be selected so as to suppress wave propagation in the unwanted modes.

I diskusjonen som folger, antas det at x-, y- og z-koordinat-aksene overlagres på strimmelen 20 således at senterlinjen 23 blir x - z-planet. Ved å anvende en stråleanalysemetode kan man anta at to stråler r^ og r , som vist i fig, 1, er symmetriske om senterlinjen 23. Disse stråler forloper i tre dimensjoner som folger: (a) beveger seg i x-retningen ved vekselvis refleksjon mellom hovedoverflåtene 20a og 20b av strimmelen på det vis som er vist i fig. 2, (b) utbredelse fra side til side av strimmelen (y-retning) som vist i både fig. 1 og 2, og (c) In the discussion that follows, it is assumed that the x-, y- and z-coordinate axes are superimposed on the strip 20 so that the center line 23 becomes the x-z plane. By applying a ray analysis method, it can be assumed that two rays r^ and r , as shown in Fig, 1, are symmetrical about the center line 23. These rays proceed in three dimensions as follows: (a) move in the x-direction by alternating reflection between the main surfaces 20a and 20b of the strip as shown in fig. 2, (b) side-to-side propagation of the strip (y-direction) as shown in both Figs. 1 and 2, and (c)

har en total resultantforplantning langs lengden av strimmelen (z-retning). has a total resultant propagation along the length of the strip (z direction).

Den laterale eller y-posisjonen av hver stråle kan ved et hvilket som helst tidsoyeblikk uttrykkes som en sinusfunksjon av distansen langs strimmellengden eller z-retningen som folger: The lateral or y position of each beam at any instant of time can be expressed as a sine function of the distance along the strip length or z direction as follows:

hvor = ^2 Tj-C, Xl er bolgelengden av sinusbolgen langs z, og A er amplituden av sinusfunksjonen og avstanden til ekstremiteten av en spesiell modus av akustisk forplantning fra senterlinjen 23 eller x - z-planet. where = ^2 Tj-C, Xl is the wavelength of the sine wave along z, and A is the amplitude of the sine function and the distance of the extremity of a particular mode of acoustic propagation from the center line 23 or the x - z plane.

Fasehastigheten som er rettet langs sinuskurven i fig. 1 ogThe phase speed which is directed along the sine curve in fig. 1 and

er parallell med x - y-planet av strimmelen, er betegnet med Cp0. Fasehastigheten som er rettet langs strimmellengden (z-aksen), er betegnet med C . C representerer også fasthastig-heten av den akustiske bolgeforplantning langs strimmelen. is parallel to the x - y plane of the strip, is denoted by Cp0. The phase velocity directed along the strip length (z-axis) is denoted by C . C also represents the constant velocity of the acoustic wave propagation along the strip.

Ettersom fasefronten 26 for strålen r-^beveger seg langs sinuskurven, er den longitudinale fasehastighet C pstorre enn den tangensielle fasehastighet C langs sinuskurven, og er knyttet til den på folgende måte As the phase front 26 of the beam r-^ moves along the sine curve, the longitudinal phase velocity C is greater than the tangential phase velocity C along the sine curve, and is related to it in the following way

hvor ø er vinkelen for fasehastighetsvektoren C^ Q relativt til z-aksen. where ø is the angle of the phase velocity vector C^ Q relative to the z-axis.

En nodvendig betingelse for enkeltmodusforplantning i en bolge-leder av enhver sort er at fasehastigheten C per jevn over hele tverrsnittsområdet av lederen. Det er derfor nodvendig at fasehastigheten langs en tredje stråle r~er den samme som C . A necessary condition for single-mode propagation in a wave conductor of any kind is that the phase velocity C per is uniform over the entire cross-sectional area of the conductor. It is therefore necessary that the phase speed along a third ray r~ is the same as C .

3 p Imidlertid, ettersom 0=0 for r ved linjen 2-2, er C = C , slik at tilstanden er oppfylt. Med andre ord, for konstant C må C ^ være en cosinusfunksjon av 0 i overensstemmelse med 3 p However, since 0=0 for r at the line 2-2, C = C , so the condition is satisfied. In other words, for constant C, C ^ must be a cosine function of 0 in accordance with

pp© pp©

likning (2).equation (2).

Ved inspeksjon av C og C -vektordiagrammet i fig. 1, erUpon inspection of the C and C -vector diagram in fig. 1, is

tg 0 = Den forstederiverte av likning (1) med hensyn påtg 0 = The suburban derivative of equation (1) with respect to

z er (3 A cos (3 z. Era likning (I) er sin (3 ^. Folgelig kan tg 0 uttrykkes som folger: z is (3 A cos (3 z. Era equation (I) is sin (3 ^. Consequently, tg 0 can be expressed as follows:

Fra likning (3) er det klart at cos © kan uttrykkes som folger: Innsetter man likning (4) i likning (2), kan forholdetC uttrykkes som folger: - 1pø Forplantningsmodusen som er beskrevet her, antas å være sym-metrisk om x - z-planet såvel som om y - z-planet. Med henvisning til fig. 1 krever dette at fasefrontene 26 og 27, som skjærer hverandre ved senterlinjen 23 ved punktet 28, er i fase med hverandre. Dette krever ved y = A at fasefrontene 26 og 27 er atskilt med n\2, hvor n er et hvilket som helst positivt helt tall og \ 2 ~ _p_ og f er den akustiske frekvens. From equation (3) it is clear that cos © can be expressed as follows: If you insert equation (4) into equation (2), the ratio C can be expressed as follows: - 1pø The propagation mode described here is assumed to be symmetric about x - the z plane as well as about the y - z plane. With reference to fig. 1, this requires that the phase fronts 26 and 27, which intersect at the center line 23 at the point 28, are in phase with each other. This requires at y = A that the phase fronts 26 and 27 are separated by n\2, where n is any positive integer and \2 ~ _p_ and f is the acoustic frequency.

f f

Den analytiske formel for fasefronten (26 eller 27) kan oppnås på folgende måte. Ettersom, for en hvilken som helst verdi av y, fasefronten må være ortogonal til retningen av en stråle, må helningen av fasefronten være den negative inverse av hel-, ningen av strålen. Ettersom helningen av strålen er gitt av likningen (3), er kurven zl for fasefronten gitt av The analytical formula for the phase front (26 or 27) can be obtained in the following way. Since, for any value of y, the phase front must be orthogonal to the direction of a beam, the slope of the phase front must be the negative inverse of the slope of the beam. As the inclination of the beam is given by equation (3), the curve zl for the phase front is given by

Ved å integrere begge sider av likning (6) får man Antar man at origo for koordinataksen 21 overensstemmer med punktet 28 i fig. 1 slik at fasefrontene 26 og 27 er symmetriske om x - z-planet,og innsetter man y = A i likning (7), kan det fSigende uttrykk skrives for zl By integrating both sides of equation (6) we get Assuming that the origin of the coordinate axis 21 corresponds to the point 28 in fig. 1 so that the phase fronts 26 and 27 are symmetrical about the x - z plane, and if you insert y = A in equation (7), the following expression can be written for zl

Ignorerer man minustegnet og setter n = 1 for den forste modus, kan (3 uttrykkes som folger: Innsetter man (3 =~y i likning (9), gis X1 av likningen If one ignores the minus sign and sets n = 1 for the first mode, (3 can be expressed as follows: If one inserts (3 =~y in equation (9), X1 is given by the equation

Fasehastigheten av den forste og andre longitudinale akustiske modus i strimmelen av jevn tykkelse h og en radianfrekvens w er blitt vist i den forutnevnte artikkel av Meeker å være oppnåelig fra en losning av den folgende frekvenslikning: The phase velocity of the first and second longitudinal acoustic modes in the strip of uniform thickness h and a radian frequency w has been shown in the aforementioned article by Meeker to be obtainable from a solution of the following frequency equation:

I fig. 3 er kurvene som er betegnet med Mil og Ml2 plottede losninger for den forste og andre longitudinale (symmetriske moduser) Mil og M12. Likeledes plottet i fig. 3 er kurver som representerer de forste og andre asymmetriske moduser M21 og M22. Disse moduser er beskrevet,og frekvenslikningene er gitt i kapittel 5 i den tidligere angitte artikkel av Redwood. Kurvene i fig. 3 er plottet for Poissons forhold 6 = 0.355, In fig. 3, the curves labeled Mil and M12 are plotted solutions for the first and second longitudinal (symmetric modes) Mil and M12. Likewise, the plot in fig. 3 are curves representing the first and second asymmetric modes M21 and M22. These modes are described, and the frequency equations are given in chapter 5 of the previously cited article by Redwood. The curves in fig. 3 is the plot for Poisson's ratio 6 = 0.355,

og tverrhastighet C = 0.1215 tommer pr. |xsek.and transverse velocity C = 0.1215 inch per |xsec.

Hvis C i fig. 3 og i likning (11) erstattes av C „, kanIf C in fig. 3 and in equation (11) is replaced by C „, can

P Py avhengigheten av C overfor tykkelse for enhver frekvens bli funnet. Også i fig. 3 kan man se at i frekvenstykkelsesprodukt-området av interesse (0.072 - 0.105), kan kurvene for Mll-og M22-modusene nokså nær tilnærmes av de strekede, hyperboliske kurvene 31 og 32 respektivt. Disse tilnærmede hyperboliske kurver for Mll-og M22-modusene kan uttrykkes i likning (12) og (13) respektivt, som folger: P Py the dependence of C on thickness for any frequency be found. Also in fig. 3 it can be seen that in the frequency thickness product range of interest (0.072 - 0.105), the curves for the M11 and M22 modes can be fairly closely approximated by the dashed, hyperbolic curves 31 and 32 respectively. These approximate hyperbolic curves for the M11 and M22 modes can be expressed in equations (12) and (13) respectively, as follows:

Anvendelse av enten likning (12) eller likning (13) og ved å tillate tykkelsen ved y = A å være h , kan forholdet mellom h og h være gitt av: Applying either equation (12) or equation (13) and allowing the thickness at y = A to be h , the ratio between h and h can be given by:

Når tykkelsen h har sin maksimumsverdi hQved y = 0, kan likning (14) omskrives som folger: When the thickness h has its maximum value hQat y = 0, equation (14) can be rewritten as follows:

Tykkelsen h ved enhver verdi av y kan henfores til sentertykkelsen hQ som folger: The thickness h at any value of y can be related to the center thickness hQ as follows:

2 2 Bade A og (3 er brokdeler, slik at (3 A er langt mindre enn 1, slik at uttrykk som innbefatter A 4 og/eller (3 4, k an ses bort1 2 2fra. Som et resultat av dette, kan rotuttrykket \ j (3 A +1 forenkles som folger: 2 2 Bade A and (3 are fractional parts, so that (3 A is much less than 1, so that expressions involving A 4 and/or (3 4, can be ignored1 2 2from. As a result of this, the root expression can \ j (3 A +1 is simplified as follows:

En ytterligere tilnærming av likning (17) kan foretas som folger: A further approximation of equation (17) can be made as follows:

Anvender man likning (17) og (18) kan likning (16) omskrives som folger: Using equations (17) and (18), equation (16) can be rewritten as follows:

Multipliserer man ut de to uttrykkene på hoyre side av likning (19) og ser bort fra uttrykkene som innbefatter (3<4>og/eller A<4>, kan likning (19) skrives som folger: If you multiply out the two expressions on the right-hand side of equation (19) and disregard the expressions that include (3<4> and/or A<4>, equation (19) can be written as follows:

Den prosentvise reduksjon fra sentertykkelsen hQfinnes av likning (20) å være: The percentage reduction from the center thickness is found from equation (20) to be:

Likningene (20) og (21) beskriver hovedsaklig en parabolsk funksjon slik at konturen er omtrentlig parabolsk i form og uavhengig av distansen A. Prosentreduksjonen fra sentertykkelsen som gitt av likning.(21), er plottet i fig. 4 for et frekvens-tykkelsesprodukt på 0.085 MHz-tommer (hvor frekvensen er lik 4 MHz) for verdien A = 0.125, 0.250 og 0.375 tommer, og kor-responderende verdier av = 1.769, 0.442 og 0.1966 respektivt. Punktene på disse kurvene kan beregnes som folger. For det forste beregnes C fra likning (12) ved å anvende en målt verdi av tverrhastigheten C, = 0.1215 tommer/p,s. Dernest beregnes verdien av (3 fra likning (9) med verdien av \ 2 lik<C>_jdeller 0.0434. Likning (21) kan så anvendes for å beregne f forskjellige verdier av kvantiteten ^1 - |j— j 100% for forskjellige verdier av y. Når man har en valgt verdi av (3 og således har etablert en onsket kontur (f.eks. en tilsvarende en av de tre kurvene i fig. 4) ved en midtbåndfrekvens, er det selvfølgelig onskelig å finner verdiene av A ved ekstremitetene av frekvensområdet av interesse. Verdien av A for hver ny bolgelengde eller frekvens beregnes så direkte fra likning (9). Equations (20) and (21) mainly describe a parabolic function so that the contour is approximately parabolic in shape and independent of the distance A. The percentage reduction from the center thickness as given by equation (21) is plotted in fig. 4 for a frequency-thickness product of 0.085 MHz-inch (where the frequency is equal to 4 MHz) for the value of A = 0.125, 0.250 and 0.375 inches, and corresponding values of = 1.769, 0.442 and 0.1966 respectively. The points on these curves can be calculated as follows. First, C is calculated from equation (12) using a measured value of the transverse velocity C, = 0.1215 inches/p,s. Next, the value of (3) is calculated from equation (9) with the value of \ 2 equal to<C>_jor 0.0434. Equation (21) can then be used to calculate f different values of the quantity ^1 - |j— j 100% for different values of y. When one has a chosen value of (3 and thus has established a desired contour (e.g. one corresponding to one of the three curves in Fig. 4) at a mid-band frequency, it is of course desirable to find the values of A at the extremities of the frequency range of interest The value of A for each new wavelength or frequency is then calculated directly from equation (9).

Med henvisning til fig. 3 eksisterer det to ytterligere eller falske moduser M21 og M22 i området av interesse. Den forste asymmetriske modus M21 har en positiv helning i dette området, With reference to fig. 3, two additional or spurious modes M21 and M22 exist in the region of interest. The first asymmetric mode M21 has a positive slope in this region,

og således utsettes for det normale strålespredningstap som inntreffer i en flat eller ikke-konturformet forsinkelseslinjestrimmel. Argumentasjonen som er fremsatt ovenfor for Mll-modusen, kan imidlertid likeledes anvendes for M22-modusen bortsett fra at den sistnevnte modus er asymmetrisk om senter- and thus is subject to the normal beam spread loss that occurs in a flat or non-contoured delay line strip. However, the argument presented above for the M11 mode can equally be applied to the M22 mode except that the latter mode is asymmetric about the center-

y - z-planet. I tillegg er denne modus nær tilnærmet av det inverse forhold gitt i likning (13). the y - z plane. In addition, this mode is closely approximated by the inverse relationship given in equation (13).

I fig. 5 er det plottet en kontur for = 0. 268, idet man anvender likning (21). Det antas at denne kontur skal anvendes for alle seksjoner av en avsmalnet forsinkelseslinjestrimmel, hvis ekstreme tykkelser er h = 0.0245 og 0.0196 tommer. Verdiene av A er blitt beregnet og plottet på konturen for fre-kvensverdiene av 4.3 og 3.7 MHz for begge tykkelsesverdier i begge Mil- og M22-modusene ved å anvende likningene (9) , (12) og (13). Ved inspeksjon vil man se at alle punktene som representerer A-verdiene av den falske modusen M22, ligger lenger fra senterlinjen enn alle punktene som representerer A-verdiene av den onskede modus Mil. Det er derfor mulig, ved å plassere innerkanten av de absorberende tapene 25 og 26 (fig. 1 og 2), In fig. 5, a contour is plotted for = 0.268, using equation (21). It is assumed that this contour should be used for all sections of a tapered delay line strip, whose extreme thicknesses are h = 0.0245 and 0.0196 inches. The values of A have been calculated and plotted on the contour for the frequency values of 4.3 and 3.7 MHz for both thickness values in both Mil and M22 modes by applying equations (9), (12) and (13). Upon inspection, it will be seen that all the points representing the A values of the false mode M22 are further from the center line than all the points representing the A values of the desired mode Mil. It is therefore possible, by placing the inner edge of the absorbent tapes 25 and 26 (fig. 1 and 2),

å dekke ekstremitetene av den uonskede, falske modus (mens man ikke dekker ekstremitetene av den onskede modus), for selektivt å absorbere ut den uonskede akustiske bolgeforplantning i M22-modusen. I det eksempel som er gitt, bor kanten av absorberingstapen 25 eller 26 plasseres i en avstand av omkring 0.36 tommer fra senter av strimmelen for begge forsinkelseslinjeseksjonene. to cover the extremities of the unwanted spurious mode (while not covering the extremities of the desired mode), to selectively absorb out the unwanted acoustic wave propagation in the M22 mode. In the example given, the edge of the absorbent tape 25 or 26 should be placed at a distance of about 0.36 inches from the center of the strip for both delay line sections.

Når forskjellige tykkelser anvendes for å fullfore en merWhen different thicknesses are used to complete a more

lineær forsinkelsesforandring over en storre frekvensbåndbredde, er det mulig å forandre den laterale posisjon av absorberingstapen for forskjellige tykkelser av strimmelen for således mer effektivt å separere de onskede signaler fra de uonskede. Dvs,, kanten av absorberingstapen trenger ikke å være ved den samme distanse fra senterlinjen av strimmelen for forskjellige tykkelser av denne. linear delay change over a larger frequency bandwidth, it is possible to change the lateral position of the absorption tape for different thicknesses of the strip to thus more effectively separate the desired signals from the unwanted ones. That is, the edge of the absorbent tape need not be at the same distance from the center line of the strip for different thicknesses thereof.

Den foregående analyse er heuristisk i natur og er ikke fremsatt som er rigoros behandling av tredimensjonale bolgebevegel-ser. eksperimentelle resultater har imidlertid overensstemt nokså nær med resultatene som er forutsett fra diagrammet. Forbedringer i det kontinuerlige bolgetap ved senterfrekvens The preceding analysis is heuristic in nature and is not presented as a rigorous treatment of three-dimensional wave movements. however, experimental results have agreed fairly closely with the results predicted from the diagram. Improvements in the continuous wave loss at center frequency

på 4 MHz, 2500 }is-aluminiumstrimmelspredningsf orsinkelseslinje har utgjort så meget som 10 decibel sammenliknet med en ikke-konturformet forsinkelseslinjestrimmel av tilsvarende konstruk-sjon. at 4 MHz, 2500 }is aluminum strip propagation delay line has accounted for as much as 10 decibels compared to a non-contoured delay line strip of similar construction.

Konturforming av en forsinkelseslinjestrimmel kan utforesContouring of a delay line strip can be done

ved å etse inn fra kantene av strimmelen ved å legge en lost oppviklet forsinkelseslinjestrimmel i en tom tank og fylle tan-ken med etsemiddelet ved en lav lineær hastighet opptil senterlinjen av strimmelen. Spolen snus, og operasjonen gjentas for den andre kanten. Ved .å avende denne teknikk var tverravsmal-ningen som ble frembragt i et eksempel, 0.0003 tommer ved pluss eller minus 0, 375 tommer fra senter av strimmelen. by etching in from the edges of the strip by placing a loosely wound delay line strip in an empty tank and filling the tank with the etchant at a low linear speed up to the centerline of the strip. The coil is turned over and the operation is repeated for the other edge. Using this technique, the cross taper produced in one example was 0.0003 inches at plus or minus 0.375 inches from the center of the strip.

Det er videre blitt oppdaget at en virkbar kontur kan oppnås ved å rulle 1.75 tommer bredt og 0.05 tommer tykt aluminiums-strimmelmateriale gjennom en to-hoyders valsemolle som er inn-stilt for 40 - 50% reduksjon i tykkelse av strimmelen,og som har en valsediameter på 4 tommer og en aksial valselengde på 6 tommer. Konturen som således oppnås, kan så måles og plottes for å frembringe et diagram tilsvarende det som er vist i fig. 5. Verdiene av (3 og A kan så beregnes for frekvensområdet av interesse. It has further been discovered that a workable contour can be obtained by rolling 1.75 inch wide and 0.05 inch thick aluminum strip material through a two-height roll die set for a 40-50% reduction in thickness of the strip, and having a roll diameter of 4 inches and an axial roll length of 6 inches. The contour thus obtained can then be measured and plotted to produce a diagram similar to that shown in fig. 5. The values of (3 and A can then be calculated for the frequency range of interest.

I andre utforelser av oppfinnelsen trenger konturen ikke å være kontinuerlig, men kan ha mange diskontinuiteter. Således kan forsinkelseslinjestrimmeldelen som er vist i fig. 6, ha trans-versal trinnformet kontur slik at den sentrale del av bredden Wo har en tykkelse hl og de to sideseksjonene har en tykkelse h2 som er mindre enn hl. De to kantseksjonene er også dekket med absorberingstape 45 og 40. In other embodiments of the invention, the contour need not be continuous, but may have many discontinuities. Thus, the delay line strip portion shown in FIG. 6, have a transverse step-shaped contour so that the central part of the width Wo has a thickness hl and the two side sections have a thickness h2 which is less than hl. The two edge sections are also covered with absorbent tape 45 and 40.

Hvis en stråle av en akustisk bolge som forloper med en fasehastighet C pal~ i i strimlene, treffer trinnet med en innfalls-vinkel al, kan den fortsette å lope i kantseksjonen med en avboyd vinkel a2 og en fasehastighet c^ a2 e^- er kl-i- totalt reflektert i den sentrale del ved vinkelen al. Snells lov kan anvendes i dette tilfelle som folger: If a ray of an acoustic wave traveling with a phase velocity C pal~ i in the strips strikes the step with an angle of incidence al, it can continue to travel in the edge section with a deflected angle a2 and a phase velocity c^ a2 e^- is kl -i- totally reflected in the central part at the angle al. Snell's law can be applied in this case as follows:

I tillegg er fasehastighetene Cpa^°9Cpa2^Y'1-''-6'1- til frekvensen og tykkelsene hl og h2 i overensstemmelse med fig. 3. Vinkelen al forbi hvilken total refleksjon inntreffer, finnes ved å sette sin a2 = 1. Hvis dessuten de inverse forhold som vist i fig. 3 antas, er tykkelsesforholdet i form av al gitt som folger: In addition, the phase velocities Cpa^°9Cpa2^Y'1-''-6'1- to the frequency and the thicknesses hl and h2 are in accordance with fig. 3. The angle al beyond which total reflection occurs is found by setting sin a2 = 1. If, moreover, the inverse relations as shown in fig. 3 is assumed, the thickness ratio in terms of al is given as follows:

I fig. 8 plottes prosenttykkelsesreduksjonen (1 - sin al)100% på et linjediagram for to frekvenser (3.6 og 4.4 MHs) for både Mil- og M22-modusene med hl = 0.0215 tommer. Ved således å kontrollere tykkelsesforholdet h2/hl (som f.eks. en reduksjon på 0.45%), kan den akustiske bolgeforplantningen i den onskede Mll-modus fores inn i den sentrale del av strimmelen mens In fig. 8, the percent thickness reduction (1 - sin al)100% is plotted on a line graph for two frequencies (3.6 and 4.4 MHs) for both the Mil and M22 modes with hl = 0.0215 inches. Thus, by controlling the thickness ratio h2/hl (such as a reduction of 0.45%), the acoustic wave propagation in the desired Mll mode can be fed into the central part of the strip while

den falske M22-modusbolgeforplantning kan gjores til å forsvinne inn i kantseksjonene og absorberes av tapen. I fig. 9 og 10 the spurious M22 mode wave propagation can be made to disappear into the edge sections and be absorbed by the tape. In fig. 9 and 10

er det illustrert en del av en annen.forsinkelseslinjestrimmel 51, som har en ytterligere diskontinuerlig type kontur ifolge den foreliggende oppfinnelse. I denne kontur er kantene av strimmelen redusert med en lineær avsmalning som etterlater en flat bredde Wl i midten av strimmelen. Denne type av kontur innbefatter også tilfellet hvor bredden av den flate seksjonen Wl er redusert til null. Det vil være klart at andre konturer som har krumninger noe forskjellig fra utforelsen som vist i fig. 1, 2, 6, 7, 9 og 10, kan anvendes så lenge som sentertykkelsen er storre enn tykkelsen ved kantene av strimmelen. is illustrated a portion of another delay line strip 51, which has a further discontinuous type of contour according to the present invention. In this contour, the edges of the strip are reduced by a linear taper which leaves a flat width Wl in the center of the strip. This type of contour also includes the case where the width of the flat section Wl is reduced to zero. It will be clear that other contours having curvatures somewhat different from the embodiment shown in fig. 1, 2, 6, 7, 9 and 10, can be used as long as the center thickness is greater than the thickness at the edges of the strip.

Claims

1. Delay line, characterized by a strip of ultrasonic transfer material having a pair of elongate and substantially convex main surfaces to form <;> a contoured cross-section with a width W several times greater than the thickness h, and means for impinging a beam of acoustic waves to said strip, whereby acoustic wave propagation between the main surfaces is limited to an area extending a distance A in both directions from the center of the strip along the width dimension, where A</ W

2. Delay line as stated in claim 1, characterized in that said beam impingement means includes a transducer which is poled in the longitudinal mode attached to one end of the means and means for impinging electrical signals to said transducer.

3. Delay line as stated in claim 2, characterized by further comprising absorbent tape means which are wrapped around the small surfaces of said strip and . extends inwards along said main surfaces towards the center of the strip at a distance less than -z - A.

4. Delay line as stated in claim 2, characterized in that A is a function of both the acoustic wavelength and the acoustic phase velocity so that its values throughout the frequency band of interest are smaller for the longitudinal mode Mil than for the mode M22, and that the edges of said absorbent tape means are arranged to thus absorb acoustic wave propagation in the M22 mode and allow acoustic wave propagation in the M11 mode.

5. Delay line as specified in claim 4, characterized in that said contour is mainly continuous.

6. Delay line as stated in claim 4, characterized in that said contour includes a central section which has a uniform thickness hl and a pair of edge sections, each with thickness hs, and that the edges of said absorbent tape means are placed along the edge sections.

7. Delay line as stated in claim 4, characterized in that said contour has a central position with uniform thickness and width Wl, where Wl <^ W, and a pair of tapered edge sections.

8. Delay line as stated in claim 4, characterized in that said contour includes a pair of tapered sections which have their maximum thickness at the center of the strip.