Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 109
Текст из файла (страница 109)
При работе в диапааоне иизких частот часто испольауются изгибиые моды колебании; в этом случае две пластины склеиваютсн механически по большим граням, образуя т. н. биморфиын элемент (рис. 2,б), электроды включаются так, чтобы возникающие при изгибе противополоясвые по знаку деформации выше и ниже средней плоскости воабуждали ва электродах заряды одинакового знака.
Круглые пластины (рис. 2,г) работают либо па толщиниых, либо на радиальных модах колебаний. Трапециевидные пластины (рис. 2,г1 применяются в качестве деталей составных колец, работающих на радиальных колебаниях в низкочастотном диапазоне. Прямоугольные и круглые стержни (рве. 2,д и 2,е) обычно работают на продольных колебаниях, реже — ва поперечных (рис. 2, зс) и крутвльных модах колебаний. Цилиндрич. и сферич. П. (рис.
2,з и 2,и) обычно работают на радиальных модах колебаний. В подавляющем болыпинстве случаев П., имеющие сложные конфигурации, напр. как иа рис. 2,г, 2,з и 2,к, изготавливаются из кьегскграмики. Электроды, выполняемые из рааличиых неокисляющихся металлов, в зависимости от РАДИАЦИОННОЕ ДАВЛЕНИЕ— то же, по давление звукового излучения. РАДИОМЕТР— прибор для опредеяения давления звукового ~ззлучеяия и, следовательно, плотности звуковой энергии, интенсивности внука и других параметров волны.
В авуковом ноле возникает постоянное радиационное напряжение, пропорциональное плотности энергии азуяозей золян. Поэтому на препятствие действует давление авукового иалучения, вызывающее (в зависимости от формы, раамеров и ориентации препятствия относительно направлении распространения внука) постоянную радиационную силу Ер, на измерении к-рой и основано действие Р. Радиационная сила даже псдзеса; б елемеят, з путая тепе пряамныа яатяжеяяе приамный 3 — чашка ярзел в УЗ-вой волне большой интенсивности довольно мала, поэтому Р. представляют собой приборы, очень чувствительные к малым свлаьс Существуют раанообраэные конструкции Р. Приемный элементихобычно выполнен в виде лбгкого диска, шарика или конуса, размер к-рых д, как правило, иного больше длины УЗ-эой волны Х.
Радиационная сила смещает приемяый элемент иа положения равновесия. При определенном отклонении действие ее уравновеши- вается силами, зависнщими от конструкции Рл в Р. ив я танко вог о т и п а (рис. а) — это компонента силы тяжести, возникающая при отклонении подвеса на угол од в Р.
типа круткльных весов (рис. б] — это упругий моыеит закручивания нити; в ряде конструкций Р. упругая сила соадабтся пластинчатой или спиральной пружиной, нагибом тонкого стеклянного волокна и т. п, В наиболее точных к о и и с ис а ц и о н ны х Р. внешннн сила возвращает приемный элемент в исходное положение равновесия. Простейший тип такого Р. — чувствитсльнгзе рычажные весы (рис.
в), где действие радиационной силы Г на одну из чашек коипенсируется разнове- сами на другой чашке. В круз тильных весах приемный элемент возвращают в исходное положение механич. раскручиванием вити подвеса. Более и точны электродинамич. или 6 электромагнитные системы ком- пенсации. Напр., к подвижной Схемы яее-рых конструкпяа р.„яеметре..
Сь!Стеке Р прикрепчнется не а — мзятяякоесге тя- болыпая проволочная катуш«а: т — ПРМЕМЯЫВ ЗЯЬ" к», в к-рую входит жестно мент, з — жесткое коромысло с игольчатым закрепленный магнит. Подбикреплением з агатовых рая направление и вельечину постоянного тока в катушке, — типа крутильных весов: т — приемный — жсстксе коромысло, 3 — упругая раста- Ксмпснонруют дсйствие сины ая нить, 4 — грузик, ураеяозешязаюжяа г" СиЛОй вааимсдейетвия По- елемент, з — растяжки, РегуяиРушшне леи катушки и магнита. нити; з — типа рычажных весов. 1— конический элемент, з — рычажные весы, В Р. беа компенсации малые с разяоэееаып. Стрелками пекаеаяс яа- смсгцения прнемног'о элеиоиение распространения ультраззука.
та определяют с помощью ми- кроскопа, а малые повороты— по отклонению светового луча, отражающегося от зеркальца на подвижной системе Р. По смещеныю или повороту можно вычислить радиационную силу, но более надежным методом являетсн тарировка Р., например легкими разновесами, которой пользуютсн также и в большинстве систем с компенсацией. При определении средней плотности звуковой энергия Е и интенсивности УЗ 1 необходимо прянимать во внимание аависимость силы Рр ог РАСПРОСТРАНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА 291 ориентации приемного злемента относительно направления распространения волны, от его формы и коэфф. отраженна звука по амплитуде Л и от соотношения его геометрич.
равмеров б и длины волны УЗ Х. В приемном влементе в виде диска диаметром б )) Х, плоскость к-рого ориентирована перпендикулярно направлению распространения УЗ, направление силы д'р совпадает с направлением распространения волны, а ее величина равна: г р — †(1 + г(г) ЕЯ =.- (1 ->- 77~) 3 1>'в, где г — скорость внука, Я вЂ” площадь диска или площадь поперечного сечения УЗ-ваго пучка (меньшая из площадей).
Метод Р, является одним иа наиболее простых методов абсол>отного намерения интенсивности УЗ в области средних и высоких частот. Чувствительность Р. не зависит от частоты, если величина >>( не аависит от частоты и если для всех частот соблюдается условие б )) )> (в противном случае необходимо вводить поправку на дифракцию УЗ на приемном элементе). Показания Р. могут искажать акустические течения, влияние к-рыл уменьшают применением непроницаемых для потока, но «прозрачных> для УЗ пленок.
Как всякая механич. система, Р. инерционны. Минимальная интенсивность, ивмеряемая с помощьк> чувствительных Р., лежит в области 10 в — 10» Вт>смг. В области больших интенсивностей дннамич. диапазон Р. может быть рвсн>ирен «аагрублением» (увеличением веса приемного элемента, увеличением с помощью дополнительных грузиков моыента инерции приемного элемента в Р.
типа крутильных весов и др.). Лит. М а т а у ш е к И., Ультрагвуковая техника, оер. с кем., М., 1962; К ел е е к к к о в А. Е., Ультраевуковые к>мерекая, м., 1979; Р о м а к е и к е Е. В., Пркемйккк ультразвука к методы кх грааукревкк, в ккл Источники мощного ультразвука, М., !967. Л. К. Зарембо. РАСПРОСТРАНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА — процесс перемещения в пространстве и во времени воамущений, имеющих место в звуковой волне. Р. у. описывается волновым ур-нием, к-рое для продольной волны имеет вид: 1 д»р Ар — —,, (1) д* д* д' где А = —, + —, + —, — операах щ> а* тор Лапласа, р(*, у, г, 1) — звуковое давление, с — скорость авука.
Аналогичное ур-ние может быть написано для колебательного вмещения частиц "(х, у, г, 1) и колебательной скорости частиц е(х, у, г, 1), а также для напршкоиий, смещении и скоростей частиц в поперечной волне. Распространение плоской волны описывается одномерным волновым ур-нием: решение к-рого имеет вид: р(х 1) — )>(х — гг)+19(х-(-гг), (З) где П и (г — произвольные ф-ции, обычно определяемые условиями иа излучателе звука.
Простейший и очень важный вид вОлн — гармонические волны. Дпя НИХ все величины являются синусоидальвыми ф-циями времени и пространства. Гармонич. волна ма>нет быть записана в виде: 11и1 — а>> (4) где А> — амплитуда волны, г — радиус-вектор точки, ю — частота волны, )> — волновои вектор. (5) где и — единичный вектор, перпендикулярный волновому фронту (волновая нормаль].
Свявь между ю и й, к-рая иногда наз. дисиерсионным соотношением, справедлива для жидкостей, гааов и изотропиых твердых тел, не обладающих дисперсией скорости звука. При наличии дисперсии эта свяаь усложняется. В кристаллах соотношение ю и й имеет более слопгный впд (см. Раг>гравюра>»гнив ультра>вука в кристаллах).
Если среда, в к-рой происходит. Р. у., обладает вязкостью и теплопроводностью или же в ней пмек>тся другие процессы внутреннего трения, приводящие к диссипацип энергии, то при распространении волны происходит квглвщгнив звука, к-рое обычно характеризуется экспоиенциальным уменыпением амплитуды волны с расстоянием. При этом для плоской, бегущей вдоль оси х, гармояич. волны звуковоо давление имеет вид: р (х, 1) = Аег ""вг'"' *>, РАСПРОСТРАНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА где и — коэффициент поглощения звука.
Наряду с поглощением имеется целый ряд других процессов, приводящих к уменшпению амплитуды при Р. у., т. е, к затуханию звука. При распространении сферич. УЗ-вой волны от точечного источника звуковое давление убывает обратно пропорционально расстоянию г от источника, т. е, Р— (А7г) в" ' при распространении цилиндрич. волны на расстоянии Л от оси цилиндра р (Л1 )/йзз() в '"' При наличии границ иезиду двумя средами или к.-л. препятствий на пути распространения волны происходит отраясение, преломление и дифракция звука. Если в среде имеются неоднородности, то происходит рассеяние жука, к-рое может существенно иаменить простую картину Р. у.
и в конечном счете также вызывать затухание волны в первоначальном направлении распространения. При Р. у. в трубах, слоях и других волноводах проявляется ряд особенностей, свойственных волноводному распространению, а именно отсутствие характерного для свободного пространства убывания амплитуды волны из-за сферич. расхождения и зависимость характера Р. у. от соотношения между длиной волны звука и размерами волновала.
Распространение импульса акрвтичвсквгв произвольной формы обычно описывают путем рааложения его по гармонич. составляющим. В среде без дисперсии форма импульса сохраняется неиаменной, а при наличии дисперсии форма импульса искажается по мере распространения, т. к. вперед убегают составляющие спектра, фазовая скорость к-рых больше.
При больших интенсивностях УЗ в его распространении появляются особенности, характерные для волн конечной амплитуды (см. Нелинейные эФфекты). В частности, скорость распространения оказывается аависящей от амплитуды волны, что вызывает искажение профиля воляы и образование ударных волн. Это приводит такжо к нвлинвйнвкд поглощению звука. Литл Ландау Л. Д., Лнйшнп Е. М., Механика сплешйых сред, М., 1951; Бреховских Л. М., Воннй в слоистых средах, М., 1957; И с а к в в н ч М. А., Общая акустика, М., 1973. А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
