Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия), страница 4

с х и и и «и"„ ххв «хо «чх хх аоо о О о„ й « "« з,,з ь йо о о 3 ° оа сч н о н и о о О ) 7 а о а 3 -с а або о 'х аой ев «»ак« Схс лй И«ой« 'Ч ззх о ас Э о о о'" ."з о х» ««о о йь х.чщ ДЯя о о оо о о грозовые разряды, и т. д.), так н среди звуков животного мира. Нек-рые животные лользуютси УЗ-выми волнаии длн обнаружении препятствий, ориентировки в иространстве (см.

.Угкивия]. И ним относктсв: летучке в~ыши, ведущие ночной образ жизни и вынужденные ориентироватьсн в темноте; дельфины и нек-рью иэсдзз китов, т.е. морские животныс, обитающие в среде, где звуковые волны нвлиютси единственным видом раснространкющихси волн; нек-рыс виды птиц, обитающих в тймных пещерах, и грызунов, живущих под землей, Скособностьзэ к испусканию и восприктию УЗ-вых волн облада|от нек-рые насекомые (сверчки, цикады, отдельные виды бабочек). 1(ак правило, животные пользуются длн локации частотами от доснтков до сотен кГц.

Нек-рые млокоиптакэщке, напр. собаки, кошки, также обладают способностью восприятия УЗ с частотой до сотни кГц. Излучатели ультраз в у к а, используемые при изучении УЗ-вых волк и при их технич. нрименсникх, можно иодразделить на две большие группы. К первой относятся излучатели-генераторы; колебании в них возбуждаются из-за наличия препктствнй ка пути постоянного котика — струи газа или жидкости. Вторая группа излучателей— элгктргикустичсскис ирсобризогитгли: они преобразуют уже заданные колебании злектрич. наирнженик или тока в механич. колебании к.-л, твердого тела, к-рос и излучает в окружающую среду акустич.

волны. В излучателвх первого тица (иеханических) преобразование кинетич. энергии струи в акустичоскую воаникает в результате исриодич. арерыванин струи (см. Сирс«и), ири натекании ее ка нрепнтствин различного вида (см. Гизеструйныс излучитсли, Сгистки). В последнем случае для усиления отдельных частотных компонент излучении применнют резонансные злемснты конструкции. Жидкостные механич. иалучатели УЗ часто основываютск на возбуждении колебаний твердой излучающей системы при .натекании на нее струи (см. Гидргдини«ичэский иглучитсль). Гидродинамич. излучатели в жидкости дают относительно дешевую УЗ-вую зноргию на частотах до вльтрлзнук ЗΠ— 40 кГц при интенсивности в непосредственной близости от излучателя до нескольких Вт)сь>э.

Механич, излучатели используются в низкочастотном диапазоне УЗ и в днапааоне звуковых частот. Они относительно просты по конструкции н в эксплуатации, и нх изготовление недорого, но они не могут создавать >юнохроматич. излучение и тем более иалучать звуковые сигналы строго заданной формы: спектр их сложен и определяется конструкцией излучателя и режимом работы. Такие иалучатели отличаютсн нестаблльностью частоты и амплитуды, однако прн излучении в газовые среды они обладают достаточной эффективностью н мошностью излУчениЯ; их кпд составлЯет от нескольких вэз До 50вэь, а интенсивность достигает волнзи излучатели нескольких Вт(см'-', общая мощвость налучения меняотся з пределах от нескольких Вт до десятков кВт. Излучатели второго типа основыва>отса на рааличных физич. эффектах электромеханич.

преобразования. 1(ак правило, они линейны, т. е. воспроизводит по форме возбуждающий электрич. сигнал. Больш>внство ивлучателей УЗ предназначено для работы на к.-л, одной частоте, поэтому в устройстве иалучающнх преобразователей обычно используются резонансные колебания механич. системы, что позволяет сунуоственно повысить их эффективность. Преобразователи без излучающей механич. снстсиы, напр. основанные на электрич.

разряде в жидкости, применшотся редко. В ниакочастотном УЗ-вом диапазоне применив>тсн электрьдинамичеекие изеучатеш и нану чающие магнитпетрикэивннне презбраэвватели и пьеэаэзентричеение преобразователи. Электродинамнч. иалучателв испольвуются на самых низких ультраавуковых частотах, а также в диапазоне слышимых частот. Наиболее широкое распространение в низкочастотном диапазоне УЗ получили излучатели магнитострикцнонкого и пьеаоэлектрич. типов. Основу магнитострикционных преобразователей составлнет сердечник из магнитострикционного материала (иикеля, специальных сплавов нли феррнгов) в форме стержня нли кольца. Пьезоэлектрпч.

излучатели для этого диапазона частое имеют обычно составную стержневую конструкции> в виде пластины иа пьвззнерамики или пьезоэлектрич. кристалла, аажатой между двуми металлич. блоками. В магнитострикционных и пьезоэлсктрич. преобрааователях, рассчитанных на звуковые частоты, используются изгибине колебания пластин и стержней или радиальные колебания колец. В средне- частотном дванавоне УЗ применяются почти исключительно пьезоэлектрич. иалучатели в виде пластин иа пьезокерамики или кристаллов пьеззэзентринов (кварца, днгидрофосфата калия, ниобата лития и др.), совершающих продольные или сдзиговые резонансные колебания по толщине. 11пд пьеаоэлектрич.

и магнитострикционных преобразователей при излучении в жидкость и твердое тело в низкочастотном и среднечастотном диапазонах составллет 50 — 90ьэв. Интенсивность иалучення может достигать нескольких Вт)с>Р у серийных пьезоэлектрнч. излучателей и нескольких десятков Вт!свй у магнитосгрикционных излучателей; она ограничивается прочностью н нелинейными снойствами материала излучателей. Длн увеличении интенсивности н амплитуды колебаний используют УЗ-вые нзнэентратзры.

В диапазоне средних УЗ-вых частот концентратор представлнет собой фокусирующую систему, чаще всего в виде пьеаоэлектрич. преобразователя вогнутой формы, иалучающего сходящуюся сферич. нлн цнлиндрич. волну. В фокусе подобных концентраторов достигаетсн интенсивность 10ь — 10' Вт)сме на частотах порядка МГц. В низкочастотном диапазоне используются концентраторы — трансформаторы колебательной скорости в виде резонансных стер>иней переменного сечения, позволнющие получать амплитуды смещении до 50 — 80 мкм.

В качестве приемников ультразвука на низких и средних частотах чаще всего применнют электроакустич. преобразователи, обычно пьезоэлектрич. типа. Такие прись>ники позволяют воспроиаводить форму акустич. сигнала, т. е. временную зависимость звукового давления, колебательной скорости, смещения. В зависиности от условий применения приемники делают либо реаонансными, лкбо широкополосными. Прп этом желательно, чтобы оии искажали звуковое поле в минимальной степени, т. е. чтобы размеры их была меньша длины волны. Для получения усредненных по времени характеристик Звукового поля польауются термт>ееними приемниками звука в виде покрытых ввукопоглощающим веществом термопар или термисторов, измери- з'льтнлзыхк телямв радиационного давления — радиемепзрами.

Интоксивность и звуковое давление можно оценивать и оптич. методамв, напр. по дифракции Света на УЗ. Сведения о распределопии в пространстве авукового давления получают разлвчныпи методамк визуализации звуковых полей и методами акустич. голографии. Для излучения и приона УЗ-ввх волн в высокочастотном и гиперзвуковом диапазонах частот пользузотся преобразователями ц.еэозлектрич. типа.

Основнаи трудность при создании таких преобразователей — кх восьма малан резонанснаи толщина. В качество материалов для иих используют кьсзопрлупроводниковые кристаллы типа сульфида кадмия, окиси цияка (см. Пьееопелупраеодпикееый преабраеееатель). Прообразователи получают путем осаждения на звукопроводе эпитзксиальной еысокооиной пленки пьезополупроводника вли ке в самом зеукопроводе из пьезонолупроводиикового кристалла создают обедненнып поситолями заряда высокооиныи слой, к-рыи играот роль пьезопластинки, поскольку на нем падаот ирактическп все приложенное к звуко- проводу воабуждаюшее электрич напряженно. Согласование таких пьезополупроводнкковых преобразователей со средои излучения и с электрич, схемой позволяет делать их весьма широкополоснылш.

В диапааоне 1 — 10 ГГц используют также мзгпитострнкционныо плеипчкые лреабраеееатели из нззкеля, пермаллоя или других сплавов. Помимо реаонанскых преобразователей, дзя излучения гппсрзвука применяют т. н. возбуждение с поверхности пьезоэлектрзпь и магнитострикциопиых кристаллоп. С этап целью кристалл помещают в СВЧ электромагнитный резонатор. Скачок днзлектрич. (магнитной) проницаемости вывываст появление на границе кристалла поверхностных аарядов (намагниченности). Плотность их меняется с частотой поля, и в силу пьезоэффекта (магнитострпкционного эффекта) возникает переменная деформации, распространяющаясн в виде упругой волны. Для получения острой направленности при излучении и приеме УЗ или вообще дли формирования нек-рой заданной характеристики направленности используют изпучакзщис и приемные антенны (см.

Гидреакуеепичеекие антениы), к-рыо в простейшем случае предстаэлиют собой системы излучателей н приемников, опродсленвым образом размещенных в пространстве с заданным распределенззелз амплитуды и фазы колебаний в режиме излучения н с заданным распредслением амплитудного и фааового преобразования выходных электрич. сигналов в режиме призма. Применение ультразвука. Многообразные применении УЗ, при к-рых испольаузотся различные его особенности, можно условно раабнть на три направления.