Фокусирование звуковых и ультрозвуковых волн - Каневский И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
дать изменение собствен-/ооо*о*оооооооооооооео0°/ ных частот концентратора при сближении частот оболочки и полости. Pe-
-*-j-1 зонансные частоты опре-
/г делялись по максимуму Рис. 10 9 напряжения на добавоч-
ном сопротивлении, через которое протекал ток, питающий концентратор. На рис. 10.9 по оси абсцисс в произвольных единицах отложена скорость распространения волн в полости с12, а по оси ординат — резонансные частоты концентратора V в кГц. Цифры у кривых указывают номера собственных частот концентратора, поставленные в порядке регистрации. По мере роста скорости ct2 резонансы полости приближаются к резонансам оболочки, однако изменение первых влечет за собой изменение вторых, причем в тем большей степени, чем ближе друг к другу резонансные частоты. На рис. 10.9 видна типичная частотная зависимость связанных колебательных систем.
ГЛАВА 11.
НЕКОТОРЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕОРИИ ФОКУСИРОВАНИЯ И ФОКУСИРУЮЩИХ СИСТЕМ
В настоящее время фокусирующие системы находят столь широкое практическое применение, что осветить этот вопрос достаточно подробно невозможно. Поэтому мы ограничимся только небольшим количеством примеров применения как теории фокусирования, так и фокусирующих систем. При этом мы преследуем лишь одну цель — подчеркнуть разнообразие проблем, решение которых может оказаться эффективным багодаря фокусированию упругих воли.
ПЛ. Применение фокусирования упругих волн при исследовании диффузии и модуляции луча лазера
11.1.1. Исследование диффузии. При исследовании структуры ультразвуковых полей часто применяется фотодиффузионный метод. В стоячей волне максимумы почернения фотоматериала совпадают с пучностями звукового давления, если материал расположен параллельно фронту; увеличение почернения связано с микропотоками, направленными к пучностям давления и ускоряющими диффузионные процессы в фотоматериале [122]. Теория фокусирования позволяет раскрыть механизм визуализации дифракционной структуры ультразвуковых полей, когда фотоматериал расположен ортогонально волновому фронту [123].
Распределение поля в фокальной плоскости сходящегося сферического фронта описывается формулой (3.1.5), из которой следует, что нули звукового давления юаблю-
312
ПРИМЕНЕНИЯ ФОКУСИРОВАНИЯ
If Л, Il
даются, когда Ai (w) = 0; тогда расстояние от акустической оси до п-го нуля давления равно уп & znkf/a. На частоте 800 кГц при /=12 см вычисленные радиусы второго и третьего светлых колец составляют 1,47 и 2,14 см, а измеренные — соответственно 1,2 и 1,75 см. На частоте 3 МГц при / = 36 см вычисленные значения равны 1,18 и 1,71 см, а измеренные—1,20 и 1,7 см.
Радиус первого кольца периодически изменяется от максимального значения до нуля, который достигается при расстояниях Ln « &а2/4ям. Величина у\ = 0 в точках, где акустическое давление «на оси z обращается в нуль. Расстояния этих точек при v = 3 МГц равно Ln = 8,5; 13,5 и 27 см, тогда как из последней формулы следует,
0 1 2 ЗГ
Рис. 1 Li.
что Ln = 9,1; 13,6 и 27,2 см. Таким образом, экспериментальные расстояния до нулевых значений акустического давления близки к теоретическим, что вновь подтверждает локализацию минимумов почернения фотоматериала вблизи нулевых значений акустического давления.
Последнее было проверено дополнительными экспериментами, результаты которых представлены на рис. 11.1, где кривая / — запись плотности почернения D9 а кривая 2 — относительного измерения акустического давления р. Светлые кружки — экспериментальные точки. Можно видеть, что максимумы и минимумы плотности почернения совпадают с максимумами и минимумами акустического давления; это согласуется с полу-
§ H2J
У/ІЬГРАЗВУКОВОП КОНТРОЛЬ
313
ченнымл выше результатами. Таким образом, можно считать доказанным идентичность механизмов почернения фотоматериала при продольном и при нормальном падении ультразвуковой волны на фотослой. Подробнее этот вопрос изложен в работе [123].
11.1.2. Сканирование лазерного луча при помощи цилиндрического концентратора. При использовании лазеров для записи и считывания информации, при получении изображений и в других случаях возникает необходимость двумерного сканирования лазерного луча, т. е. последовательного перемещения луча по плоскости. В быстродействующих устройствах используют ультразвуковые ячейки: лазерный луч отклоняется, дифрагируя на решетке, образованной стоячими ультразвуковыми волнами. При этом луч проходит последовательно через две ячейки, расположенные взаимно перпендикулярно. Если в ячейках амплитуды ультразвуковых волн равны, а колебания сдвинуты по фазе на я/2, то луч лазера перемещается по окружности.
Как показал Флинхбау [124], этот же эффект можно получить, пропуская луч лазера в окрестности фокуса цилиндрического концентратора параллельно оси цилиндра. Используя формулу (3.1.26), Флинхбау нашел, что компоненты градиента звукового давления, определяемые волнами, распространяющимися от краев цилиндрического излучателя, взаимно перпендикулярны и при некоторых значениях параметров фокусирующей системы могут быть равны друг другу. Это произойдет, например, с погрешностью, не большей 2,7%, при а™ == 60°, / = 3,81 см, К = 0,26 см (Aj =3,84 см"1). Этот вывод в работе [124] доказан экспериментально: были получены фотографии луча гелий-неонового лазера, модулированного по кругу после пропускания через цилиндрический концентратор в направлении оси цилиндра.
