Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 138
Текст из файла (страница 138)
Применение УЗ при нормальном статич. давлении приводит к дггаэации воды, а при набыточном — к обратному процессу — газонасыщению, что позволяот поддерживать необходимую концентрацию воздушных пузырьков. Использование при Ф, предварительного озвучивания водьг повышает иавлечение минералов в концентрат, сокращает время Ф. н расход реагентов. УЗ-вая обработка пульпы перед Ф.
способствует удалению с поверхности минералов окисных пленок и загрязнений минерального происхождения. Если механич, методы очистки требуют многочасовой оттирки, то с воздействием УЗ частотой 18— 22 куц при интонсивности 3 — 4 Вт/смг загряанения снимаются за 5 — 10 мин (см. Очистка). УЗ действует также на гидратные соли, образованные молекулами воды вокруг минеральных частиц и воздушных пузырьков, уменьшая толщину гидратного слоя и повышая этим вероятность приллпания частицы к пуаырьку. Деструкция гидратных слойв наиболее эффективна нри использовании УЗ-вых установок, работающих под повышенным статич. давлением.
При Ф. в УЗ-вом поле акустич. потоки осуществляют наряду с механич. мешалками интенсивное перемегэивание пульпы и поддержание минеральных частиц ао взвешенном состоянии. В зависимости от кавитационной стойкости частиц минералов под действием УЗ происходит их избирательное измельчеяие и рааделекие эдрен различных минералов, находящихся в сростках исходного материала (см.
Дигягргироэаииг). Существенное аначенио имеет иабирательносгь измельчении. Так, при УЗ-вои обработке бокснтовой руды, состоящей иа минералов каолинита и бемита, тонкодисперсиый каолинит удаляется из флотациоиной машины, а обладающий большей плотностью бемит сохраняется и повышает содержание ценного компонента — окиси алюминия. УЗ способствует рааделению фиотационного коллективного концентрата на мономинеральные продунты, что в обычных условиях представляет значительные трудности.
Вследствие различия физико-химич. свойств поэерхпостного слоя минералов под действием УЗ происходит избирательное разрушение реагентяых покрытий на отдельных минералах, изменяющее гидрофобность их поверхности и соответственно флотоактивность. Так, при воздействии УЗ адсорбциоиные слои флотореагентов на поверхности пирита полностью разрупгаются, а на реагентные покрытия на поверхности халькопнрита УЗ практически не действует. УЗ эффективно применяется для эмуяширээания флотореагентов, по.
скольку для Ф. часто используются флотореагенты, труднорастворимые в воде (углеводородные масла и др.). Получение высокодисперсной эмульсии, однородной по граиулометрич. составу и обладающей высокой стабильностью, повышает технологич. аффективность Ф. Кроме того, значн- ФОКУСИРОВКА ЗВУКА 367 тельно сокращается расход флотореагентов, поскольку при высокой диспгрсности увеличивается общая поверхность единчщы массы реаговта и повышается извлечение полезных иснопаемых. Лит.: Гл е ыб оцк из В.
А., Кол чеми а и о а а А. Я., Устойчивость п методы рааруше~пп авсорбцпоппых слоев прп Флочацпп, М.,1997; Глембопкпа В. А. п а р., Ультраааук з обета~цокал полезных ископаемых, А.-А., 1979; Справочник по обогагцекпю рул, т. 3, Я„ 1974, Б. А. Агранат. ФОКУСИРОВКА ЗВУКА — создание сходящихся волновых фронтов сферич. или цилиндрич. формы. Ф. з. аналогична фокусировке световых волн: в процессе еб происходит концентрация энергии волны, к-рая достигает максимальной величины в фокусе, совпадающем обычно с центром кривизны сходящегося волнового фронта. При Ф.
э. осуществлпется фокусироаанио агукогого даглгниа р, колебательной скорости чагтип о и интгпгигпости звука П Для Ф. а. пользуются фокусирующими системами, к-рые подразделяются на активные и пассивные; активная система представляет сорюй иглучатгла улюпраггука с вогнутой излучающей поверхностшо, к-рый непосредственно создает сходящийся волновой фронт, а пассивная изменяет акустич.
длину пути УЬ (где д — волновое число, С— геоыетрич, длина пути) таким обратом, что преобразует плоский или расходящийся волновой фронт в сходящпися. К пассивным фокусцрующим системам относятся акустич. линзы, рефлекторы; УЗ-вые колнггптрагпоры могут быть как активными, так и пассивными, Ф. з. используется: в устройствах для получения звукового иаображения в системах звуковидения (см.
Згукогигор), в микроскопе акустическом, в системах звуковой голографии и т. пд в устройствах для формирования за- даннОЙ диаграммы папраглгнкосгпи акустич. излучателей и приемников, в системах сканирования УЗ-ваго луча в гидролокаторах, в приборах медицинской диагнаггпггпи и др,; в устройствах для концентрации УЗ-вой внергии с целью использования еб в технологич. процессах, в УЗ-вой хирургии и т. п. При Ф. ч.
существенны следующие параметры. У г о л р а с к р ы т и л сходищегося волнового фропта ют— угол между акустич. осью Аг и прямой Вр, соединяющей центр кривизша фронта с его краем (рис. 7). Величина В Рпс. 1. Парапетры волкового Фронта, расспатравагмые при Фокуспровке ааука: 7 — Фокусное расстопкпг; Ь вЂ” глубина; П вЂ” ппаыгтр; А — вершина; Р— Фокус; ы — угол раскрытпл, В ют аналогична оптич. апертуре, однако может отличаться от нее, если точка наблюдения пе лежит в центре кривизны фронта. Фокусное расс т о я н и е 7' — расстояние от фокуса р до поверхности фокусирующей системы в направлении акустич. оси фронта. При атом различают геометрич.
фокус, т. е. центр признаны сходящегося волнового фронта, и волковой фокус — точка на акустич. оси, в к-рой интенсивность максимальна. Для волновых фронтов, форма к-рых отличается от сферы или прямого кругового цилиндра, геометрич, и волновой фокус не совладают. Конечность длины волны УЗ приводит к дифрапЧии звука, в реаультате чего в фокусе обраауется фокальное пятно, к-рос, напр., для простейлгего случая осесимметричного круглого пучка, сходящегося под малым углом, имеет вид окужности радиусом гг .= 0,6(А71'г(, гДс — длина волны, г( — радиус арачка фокусирующей системы. Величина г„ определяет разрешающую способность фокусирующей системы — с уменыпгнием га рачршпающая способность увеличивается. Размер зрачка Р фокусирующей системы — диаметр выходного отверстия осеспмметричпой фокусирующей системы или расстояние между краями цилиидрич, фокусирующей системы (рис.
7). Величины Ф , 7' и О связаны соотношением: (7 .=- 21' бд ы„, 2(~ Приближенное равенство справедливо для длиннофокусных систем, у к-рых угол ш мал. Глубина волиов о г о ф р о н т а А — расстояние от плоскости зрачка до волнового фронта в направлении акуствч. оси А г. Коэффициент усиления К вЂ” отнопгенпе звукового даглс1.пя 363 ЬОКУСИРОВИА ЗВУКА Рзс.
2. Распрсделсяи» аыплатуцы скорости аа поверхности волнового франта: и — равномерное, б — косииусаяцальяаа. Приближенное равенство справедливо при малых ь (индексом «сэ обозначен сферич. фронт, а индексом «ца— цпляндрич. фронт единичной длины). Выражение для К при косинусо- Кр Ка 5,0 12 1О, 4,0 9,8 З,О У,Б 6,0 4,5 1,О 9,0 1.5 М БО 90 120 166 180 0 50 80 90 )ш 150 180 я ас я 0 ЭО 60 90 120 150 180 б « Риа. 5. Занясимасти зоэффццзентав уаиленин (з условных еляияцах) ат угла раакрытяя залназага франта цля звукового давления (а), ллн колебательной скорости (б), цлн интенсивности («).' кривые 1 и э — цилиндрический валнаеай франт, г и « — сферический, 1 з 3 — равномерное распределенае амплитуды па волновому фраату, 3 я « — аааияусазцальпае. р „колебательной скорости и( или ийтенсивности с) в фокусе к соответствующей величине ра, а„1«иа поверхности волноного фронта ВАВ фокусирующей системы в точке А ее поресечения с акустич.
осью. различают коэфф. Кр, К„и К(, к-рые характеризуют свойства фокусирующей системы как концентратора звукового давления, скорости или интенсивности. Величины Кр и К( максимальны, когда аьшлитуда колебательной скорости распрсде чена по сходящемуся залпово)су фронту равномерно (рис. 2,«), а К„ максимален, если амплитуда максимальна з центре и убывает к краям фронта по косинусоидальному закону (рис. 2,6). Коэфф, усиления тем больше, чем больше площадь сходящегося волкового фронта Я, и меныпе площадь фокального пятна Яф, т. е. К вЂ” Яз)Яф.
Для сферич. фронта с равномерным распределением амплитуДы Р К,'=- Я,((Л=. )й„(Л=26, где (2,„= 2п(1 — сое ьь) — телеснын угол раскрытия волнового фронта, Для цилиндрик. фронта единичной длины Кр = Яе! )сс/Л = Р )(Л'2«'ь 2 Р )с5)з. идальном распределении амплитуды и имеет вид: К, =- (1(),) )с2 зсп (и — з)4) Х ;", (1 — созе ыы,'3). 1(оэфф, усиления интонсивности равен: К( —— К„К„.
На рис. 3 показаны зависимости Кр, К„и К( от ьь. Для характеристики степейи использования фокусирующих свойств системы вводится фактор фокусирования х =- К(Ксааз — отношение имеющегося коэфф. усиления к максимально возможному при постоянном общем потоке анергии через сходнщинся волновой фронт. Величина х зависит только от характера распределенин амплитуды по сходящемуся волновому фронту и угла его раскрытия и может меняться в пределах: О < х ( 1. Для замкнутого залпово го фронта при ь = и фактор фокусирования звукового давления макслмален (хр = 1) при равномерном распределенйи аиплитуды и минимален (хр — — О) при косинусоидальном ее распределении.
Фактор фокусирования скорости х„ цри этих условиях соответственно равен 0 и 1. Збй ФОКУСИРОВКА ЗВУКА 0,8 0,8 Рис. Е. Распределснве звукового дввлсннл в б главных направлениях сферического фронта в фоквльной плоскости (а) н по акустической осн 1б): г — длЯ кв>)ео; л — длл и„= )О. а 0,2 Рис. б. Схема определения аберраций, С вЂ” волновал вберрвцнв; лучевые аберрвцвк: продольная, Л' — поперечная, ьь — фввоввв. Рпс. З. Зависимость размеров фоквльной области в фоквльной плоскости Ее, и по акустической оск йх, от угла <о (с— сферический, ц — цилиндрический фронт).
0 ЗО 60 60 120 !60 180 с'е Важной характеристикой фокусирующей системы является распределение звукового давления в фокальной области, к-рое формируется в результате интерференции волн, дифра- гировавших на выходном отверстии фокусирующего устройства (рис. 4). Ширина главного максимума йуо определяет диаметр фокального пятна сферич. фронта или ширину фокальной полосы цилиндрич. фронта, Распределение звунового давления и ширина главного максимума позволяют судить о пригодности системы для использования в конкретных устройствах. Напр., в звуковизорах целесообразно применять фокусирующие системы с узким главным максимумом, а в техиологич, установках — с широким, поскольку в первом случае повышается разрешающая способность, а во втором — производительность.
В системах звукового сканирования (гидролокаторах, приборах медицинской диагностики и т. и.) для увеличения разрешаюп)ей способности целесообраано иметь узкий главный максимум и минимальные побочные максимумы, чтобы )габен)ать ошибок при локации объекта. лу лг 6 Глубина фокальной области определяется величиной йзо (рис. 4,8). При проектировании фокусирующих систем часто задаются необходимыми размерами фокальиой области в аадаином паправлении,которые зависят от угла рас- ым фок у с и р у ющей системы (рис. 5).
Сходящиеся волновые фронты, образованные реальными фокусирующими системами, как правило, отличаются от идеальных, т. е, не бывают по форме частью сферы или прямого кругового цилиндра, что обусловливает а б е р р а ц и ю. Геометрич, расстояние АВ = Л (рис. б) между реальным Х' и идеальным Х волновыми фронтами в направлении на точку наблюде- нияО наз. волновой аберрац и е й, а сдвиг фаз, обусловленный этим расстоянием и равный ф = — )сб, наа. фазовой аберрацией.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
