Вопросы/задания к контрольной работе: Интроскопия

Вариант № 39

Задача №1

Раздел 1. Тема: Основные качественные показатели и параметры систем интроскопии.

Определить «идеальную» разрешающую способность по дальности dRид ультразвукового эхолокатора при работе в среде со скоростью звука c, м/с. Зондирующий сигнал считать импульсом с прямоугольной огибающей и высокочастотным заполнением на частоте f, МГц. Длительность импульса составляет N периодов высокочастотного заполнения.

Дано:

• Скорость звука в среде: с = 3200 м/с
• Частота высокочастотного заполнения: f = 9,0 МГц
• Длительность импульса N = 9

Решение:

Задача №2

Раздел 2. Тема: Основные акустические характеристики твердых, жидких и газообразных сред.

Каким длинам волн l соответствует интервал частот от 𝑓₁=20 Гц до

𝑓₂=20 кГц в средах с плотностью r и волновым сопротивлением z?

Дано:

- r = 4,8 * 10⁻³ кг/м³

- z = 67,2 * 10⁻⁶ кг/м²с

Решение:

Задача №3

Раздел 2. Тема: Основные соотношения между параметрами волны. Интенсивность плоской акустической волны в воздухе равна 𝐼 =

10⁻¹⁰Вт/м².

Найти амплитуду смещения частиц (молекул) воздуха А относительно положения равновесия при нормальных условиях, амплитуду звукового давления p и амплитуду колебательной скорости v для частот 𝑓1, 𝑓2,𝑓3.

Принять, что скорость звука в воздухе c = 343 м/с, а плотность воздуха

r = 1,2 кг/м³.

Дано:

- 𝑓₁ = 350 Гц

- 𝑓₂ = 1550 Гц

- 𝑓₃ = 30,0 Гц

- c = 343 м/с

- r = 1,2 кг/м³

Решение:

Задача №4.

Раздел 2. Тема: Отражение, прохождение и преломление плоских волн на границе раздела сред.

Рассчитать коэффициенты прохождения и отражения плоской волны на границе двух сред при нормальном падении. Коэффициенты рассчитать по давлению, колебательной скорости и интенсивности. Среды заданы своими волновыми сопротивлениями z1 и z2.

Дано:

- z1 = 18,3 *10⁻⁶ кг/м²с

- z2 = 21,4 * 10⁻⁶ кг/м²с

Решение:

Задача №5.

Раздел 2. Тема: Отражение, прохождение и преломление плоских волн на границе раздела сред.

Рассчитать угол полного внутреннего отражения на границе раздела двух сред. Скорости звука в средах с1 и с2. Указать, в которой из двух указанных сред, произойдет явление полного внутреннего отражения.

Дано:

- с₁ = 3250 м/с

- с₂ = 3300 м/с

Решение:

Задача №6.

Раздел 3. Тема: Просветляющие слои.

Рассчитать волновое сопротивление 𝑧₃ для передачи акустической энергии без потерь из среды с волновым сопротивлением 𝑧₁ в среду с волновым сопротивлением 𝑧₂. Выбрать из справочной таблицы в приложении А материал, наиболее подходящий для согласования.

Рассчитать толщину согласующего слоя d, выполненного из этого материала, при работе на частоте f. Оценить потери L (в процентах и дБ) при передаче энергии, вызванные «неидеальным» согласованием – неравенством рассчитанного волнового сопротивления 𝑧₃ волновому сопротивлению подобранного материала 𝑧^¢.

Дано:

- 𝑧1 = 34,2 * 10⁻⁶ кг/м²с

- 𝑧2 = 37,3 * 10⁻⁶ кг/м²с

- f = 10,5 МГц

Решение:

Задача №7

Раздел 4. Тема: Фокусирующие преобразователи.

Рассчитать задержки на фокусировку ультразвукового луча многоэлементной линейной антенной решеткой (АР). Длина АР – L, число элементов АР – N. Скорость звука в рабочей среде – c. Луч сфокусировать на расстоянии R от плоскости АР.

Дано:

• L = 6 см
• N = 5
• c = 1900 м/с
• R = 13 см

Решение:

Задача №8

Раздел 5. Тема: Принципы построения и параметры ультразвуковых эхолокаторов.

При ультразвуковом зондировании сплошной среды сигнал был принят через время t после излучения. На какой глубине находится отражатель?

Дано:

• t = 39 мкс
• среда – нейлон
• волновое сопротивление нейлона z = 2 ∗ 10⁻⁶кг/м²с
• плотность нейлона 𝞀 = 1,1 ∗ 10⁻³кг/м³

Решение:

Задача №9

Раздел 5. Тема: Выбор частоты, интенсивности, чувствительности и параметров сигнала.

Известно, что ультразвуковой локатор должен обеспечивать рабочую дальность 𝑅𝑚𝑎𝑥. Ультразвуковой локатор излучает в среду акустический сигнал с интенсивностью 𝐼изл. Чувствительность приемного тракта 𝐼𝑚𝑖𝑛. Среднее значение коэффициента затухания в среде 𝑎.

Рассчитать максимально возможную рабочую частоту 𝑓𝑚𝑎𝑥 при условии линейной зависимости затухания от частоты.

Дано:

• 𝐼изл = 200 мВт/см²
• 𝐼𝑚𝑖𝑛 = 5 мкВт/см²
• 𝑎 = 1,8 дБ/смМГц
• 𝑅𝑚𝑎𝑥 = 30 см Решение:

Задача №10

Раздел 6. Тема: Допплеровские измерители скорости кровотока.

Абсолютное значение (модуль) допплеровского сдвига частоты при отражении ультразвуковой волны от движущихся эритроцитов равен 𝑓₁ кГц, частота генератора равна 𝑓₂ МГц, датчик расположен под углом φ к направлению движения эритроцитов.

Определить скорость и направление движения крови в кровеносном сосуде. Скорость звука в крови c =1500 м/с.

Дано:

• 𝑓₁ = 3,3 кГц
• 𝑓₂= 8,0 МГц
• φ = 270 град, 𝐶𝑜𝑠(270^°) = 0

Решение: