Фокусирование звуковых и ультрозвуковых волн - Каневский И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Указанному обобщению в гл. 1 предпосланы краткое изложение дифракционных интегралов Кирхгофа, Рэлея и Дебая; выяснение условий, которым могут удовлетворять функции распределения амплитуды на сходящемся волновом фронте; предложение рациональных — с точки зрения простоты вычислений — методов аппроксимации функций распределения. В гл. 2 описаны простые и эффективные методы вычисления полей в параксиальной области, когда заданы поля либо на акустической оси, либо на излучающей осесимметричной поверхности.
В гл. 3 вычисляются различными методами поля сходящихся цилиндрических и сферических волновых фронтов, находятся компоненты колебательной скорости, ис-
6
ПРЕДИСЛОВИЕ
следуется структура поля в окрестности фокуса. Глава завершается обобщением формул Дебая, о котором говорилось выше. На основании этого обобщения в гл. 4 исследуются коэффициенты усиления и факторы фокусировки волновых фронтов, вводится понятие эффективного угла раскрытия волнового фронта, позволяющее связать воедино различные параметры сходящегося фронта и существенно упростить исследование фокусирующих систем.
В гл. 5 исследовано влияние фазовой аберрации и поглощения на поле в фокальной области; в гл. 6 вычислены средние звуковые давления на препятствии в фокусе и в рассеянной волне. Первое играет существенную роль в гидролокации, второе — в дефектоскопии. Гл. 7 посвящена рассмотрению энергетических характеристик сходящихся фронтов — потока энергии, импульса, технологической производительности и индекса производительности.
Восьмой главой начинается вторая часть монографии («Фокусирующие системы»). В этой части изложены методы исследования систем, а также отдельные элементы фокусирующих систем и их расчет: гл. 8 — линзы, гл. 9 — рефлекторы, гл. 10 —концентраторы. Следует отметить, что основное внимание уделяется принципиальной, акустической стороне дела, тогда как оптическая часть умышленно опущена. Например, описав конструкцию и методы расчета основных видов звуковых линз и показав, что они обладают значительной аберрацией, мы ничего не говорим о методах ее устранения; они известны в оптике.
В гл. 11 приведены разнообразные примеры применения фокусирующих устройств: в научном эксперименте, в дефектоскопии, в технологии, в медицине — хирургии и диагностике. По замыслу автора эта короткая глава должна служить иллюстрацией широты применения фокусирования упругих волн.
Автор
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время звуковые и ультразвуковые фокусирующие системы находят широкое применение, причем н области практического использования наметилось несколько направлений.
К первому направлению можно отнести применение фокусирующих устройств для концентрации энергии упругих волн с целью воздействия на вещество, например для проведения технологических процессов (эмульгирование жидкостей, диспергирование твердых тел и т. п.) или интенсификации этих процессов (экстрагирование, коагуляция гидро- и аэрозолей, сушка, получение порошков при электролизе и т. п.). К этому же направлению следует отнести применение концентраторов ультразвуковой энергии для воздействия на биологические объекты, например на клеточные ткани, в том числе применение концентраторов в медицине, например в нейрохирургии (при болезни Меньера, опухолях и в других случаях), в офтальмологии (при лечении некоторых глазных болезней), в ультразвуковой терапии и т. д.
Ко второму направлению можно отнести применение ультразвуковых фокусирующих систем в устройствах для получения изображения объектов, находящихся в жидких или твердых непрозрачных средах. Такие устройства нашли применение в дефектоскопии твердых гел, в медицинской диагностике (в частности, в кардиологии), в приборах для визуализации объектов в водоемах с мутной средой и т. п. Развитие ультразвуковой «оптики» было в значительной степени инициировано разработкой электронно-акустических преобразователей (ЭАП), позволяющих получать формируемое ультразвуковыми волнами изображение непосредственно на экране электроннолучевой трубки. Ультразвуковые объективы применяются также для получения изображений другими методами — фотодиффузионным (непосредственно
8
ВВЕДЕНИЕ
на фотобумаге), методам Польмана (в объеме жидкости со взвешенными частицами) и т. д. Новым стимулом для дальнейшего совершенствования звуковой «оптики», несомненно, послужит акустическая голография, развивающаяся сейчас быстрыми темпами как за рубежом, так и в нашей стране.
К третьему направлению можно отнести применение звуковых фокусирующих систем для формирования диаграмм направленности электроакустических преобразователей с целью локации объектов, например, в гидролокации, рыболокации, в звуколокаторах для слепых, в эхо-офтальмоскопах и им подобных аппаратах для обнаружения посторонних предметов в тканях и органах и т. д. К этому же направлению можно отнести применение фокусирующих систем в устройствах звукофикации в виде приставок к динамическим громкоговорителям. В этих устройствах фокусирующие системы служат для создания акустических полей заданной конфигурации, например для концентрации звуковой энергии в заданном направлении, для рассеивания энергии с целью равномерного озвучивания и т. п.
