Фокусирование звуковых и ультрозвуковых волн - Каневский И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
226 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФРОНТОВ ЦЛЛ /
акустический преобразователь от технологического объема.
Решение /конструктивных задач, связанное с переходом от плоских 1k фокусирующим излучателям, неизбежно приводит к понижению производительности вследствие уменьшения технологического объема, в котором интенсивность ультразвука имеет достаточно ,большую величину. Индекс производительности характеризует степень уменьшения эффективности ультразвукового преобразователя за счет фокусирования ультразвуковых волн. Он эквивалентен КПД системы по производительности. Естественно, что при вычислении индекса производительности необходимо сравнивать фокусирующие преобразователи с !соответственными им плоскими, .когда и те и другие работают їв оптимальном режиме.
По определению индекс производительности И равен отношению производительности фокусирующего излучателя Пф к максимальной производительности плоского излучателя Пп:
#<«> = ПФ/Ппюах. (20)
Из (11) и (19) получим
НЫ = м-ф - *(*>)], = 2Y/(X). (22)
Функция Н(г1к)) достигает максимума, равного единице, при z{K) = 1. В этом случае
Таким образом, максимальный индекс производительности зависит только от коэффициента поглощения интенсивности на длину волны 2? = и угла раскрытия волнового фронта о)т. При этом, чем больше ?, тем выше индекс производительности. Это означает, что по мере повышения коэффициента поглощения плоские излучатели обладают все меньшими преимуществами перед фокусирующими, так как их производительность обратно пропорциональна величине 2^, а ироизіводительность фокусирующих излучателей падает с ростом if гораздо медленнее.
Я(Н) = ^)чк)(є(к))Я(г(х)),
(21)
#?l = 2?4W
(23) (24)
ЧАСТЬ II
ФОКУСИРУЮЩИЕ СИСТЕМЫ
В первой части монографии изложена теория фокусирования звуковых волн, точнее — теория сходящихся волновых фронтов без указания того, каким образом эти фронты получены. Во второй части мы остановимся на фокусирующих системах, с помощью которых создаются сходящиеся фронты. В связи с ограниченностью объема монографии будут рассмотрены только простейшие, одноэлементные фокусирующие устройства — линзы, рефлекторы и концентраторы. На более сложных устройствах, применяемых в настоящее время в акустике— двух- и трехлинзовых объективах, многозеркальных рефлекторах и многоэлементных концентраторах,— мы останавливаться не имеем возможности.
При изложении теории линз основное внимание будет уделено специфическим проблемам акустики, тогда как проблемы, решенные в оптике — построение изображений, коррекция аберраций и кривизны поля и т. п.,— будут опущены, (несмотря «,а то что часто они играют в акустике такую же роль, как и їв оптике.
Изложение теории фокусирующих устройств, особенно новых ее разделов, неразрывно связано с экспериментальными !исследованиями. Используемые б эксперименте установки и устройства, а также методы измерений описаны в литературе [68—83]. Многие из них предложены « разработаны автором [68—75]; среди них — прецизионные (автоматические координатные устройства для исследования ультразвуковых полей [68, 69], рассмотрение /пондерамоторных сш (в ультразвуковом поле [70] и методов их измерений при помощи радиометров /с электронным отсчетам [71—73], простой метод визуализации ультразвукового шля в жидкости с помощью газовых пузырьков [74], методы уве-
228
ЛИНЗЫ
ІГЛ 8
личения однородности полей ультразвуковых излучателей путем уменьшения амплитуды косых пучков [75].
При исследовании фокусирующих устройств применяются методы визуализации полей: теневые, описанные в монографии Васильева [76], фотодиффузионный, описанный в работе Архангельского и Афанасьева [77]. Для регистрации !распределения полей мы применяли пьезоэлектрические сверхминиатюрные приемники давления Роміаненко )[78] и миниатюрные волиоводные приемники Борисова [79], поскольку они являются наиболее совершенными, а также термопарные приемники ультразвука, описанные в работе Зарембо [80]. Для измерения !интенсивности, кроме радиометров с электронной регистрацией, мы использовали прибор Михайлова и Шутилова [81], который представляет изящную модификацию калориметрического метода измерения интенсивности путем регистрации «є температуры, а скорости подъема жидкости по капилляру. Распределения полей в фокальной области сходящихся франтов в импульсном режиме измерялись также путем эхо-локации проволочек малого диаметра. Этот метод детально исследован Зарецким [82]. Для намерения на звуковых частотах применяются гидрофоны в жидкости [78] и микрофоны в воздухе [10].
ГЛАВА 8 ЛИНЗЫ
Акустические линзы осуществляют фокусирование упругих волн путем изменения акустического пути и преломления (рефракции) волн на границе раздела между материалом линзы и окружающей ее средой. Поэтому линзовые фокусирующие системы называются рефракторами. Свойства линз определяются свойствами материала линзы, окружающей линзу среды и формой преломляющих поверхностей линзы. Если с — скорость распространения волн в среде, а Со — в материале линзы, то показатель преломления N = с/со. При N > 1 собирающая линза должна иметь хотя бы одну выпуклую поверхность, а при N < 1 — хотя бы одну вогну-
свойства ультразвуковых волн