Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Первое связано с получением информации посредствон УЗ-вых волн, второе — с активныи воздепствием на вещество и третье — с обработкой и передачей сигналов (направления перечислены в порядке нх историч. становления). При каждом конкретном применении используется УЗ определенного частотного диапазона (см.
табл. 2). Получение информации с помощью ультразвуковых м е т о д о в. УЗ-вые методы широко используются в научных исследованиях для изучения свойств и строения веществ, длн выяснения проходищих в них процессов на макро- и микроуровнях. Эти методы основаны гл. обр. ва зависимости скорости распространения и затухания акустич.
волн от свойств веществ в от процессов, в них проксходнщих. Ови прпменяютсз в молекулярной акустике, теоретич. основу к-рои составляет релаксационная теория. На основе данных о дисперсии звука и об особенностях его поглощения в областих, лежащих вблизи релаксациовных частот, получают сведения о различных молекулярных процессах в газах, жидкостях, полимерах, а также о процессах взаимодействии УЗ с элементарными возбужденинми в твердых телах.
Методы молекулярной акустики поаволяют выяснить особенности молекулярной структуры вещества, определить энергию взаимодействия люлекул, проворить предположения о тех илн иных структурных моделях. В молекулярной акустике прн исследованиях газов испольауют частоты -10' — 10з Гц, а в жидкостях и твердых телах -10е — 10е Гц и выше. Изучение распростраиенкя УЗ в нристаллах дает информацию об особенностях строения кристаллич.
решетки, при этом необходимо экспериментально ультглзвук фиксировать не только скорость и Поглощение звука, но и изменение поляризации волны. Затухание УЗ в кристаллах обусловлено рядом причин". Рассеянием его на микродефектах, дислокацнонным поглощением, взаимодснствием с тепловыми колебаниями решетки; в Яерралагнепзипах и сегнетазлектрипал— движением доменных стенок; в металлах и полупроводниках — взаимодействием с влектронами проводимости; в парамагнитных кристаллах — возникновением акустич.
парамагнатного резонанса 4АПР) н т. д. При УЗ-вых исследованиях в кристаллах прззззеняазтся частоты от 104 — 10з Гц !при изучении дислокационного поглощения) до 10» — 10н Гц !при изучении АПР). УЗ-вые Таба 2 Чаамамнме диапазоны разлиини4я препинаний улимразеуна Чеавеее е гелиея Ллинзнения !О 404 зОЗ Ю Ю! !ОЗ зй !ОВ 40" УЛЬТРЛЗПУК исследования позволяют получить информацию обо всех явлениях, ответственных аа затухание УЗ в кристаллах, и в частности о размерах неоднородностей и кристаллитов, вызывающих рассеяние и поглощение волн, о кинетике и динамике дислокаций и об особенностях днслокацнонной структуры, о динамике доменных границ, о характеризуп>щих электроны проводимости поверхностях Ферми в металлах и т.
д. Исследование модулей упругости твердых тел н их зависимости от мехавнч. напряжений (т. е. измерение т. н. модулей упругости 3-го порядка) дает сведения о процессах теплопрозодности и о теплоемкости твердых тел. УЗ-вые исследования микронеоднородных гетерогенных сред почзолнют получить сведения о характерных размерах неоднородностей. УЗ-вые методы, основанные ва измерениях скорости и затухании звука, широко используются в технике для определения свойств н состава веществ и для контроля техиологнч. процессов (см. Контрольно-иэмерительние применения дльтраэвдка). По скорости звука определяют упругие в прочностные характеристики металлич. материалов, кервмикн, бетона, степень чистоты материалов, наличие примесей. Измерения скорости и поглощения в жидкостях позволяют определить концентрацию растворов, следить за протеканием химич. реакций и друпгх процессов, за ходом полимериэацнв.
В газах измерения скорости звука дают ивфорлоацию о составе газовых смесей. При УЗ-вых измерениях в твердых телах используют частоты 10в — 10в Гц, з жидкостях — до 10' Гц, в газах — ве выше 10э Гц; выбор частотных диапазонов соответствует поглощению УЗ в этих средах. Гочвость определения состава веществ, концентрации примесей УЗ-зыки методами высока и составлнет доли процентп. По иаменевию скорости звука или по Доплера эффекту в движущихся жидкостях и газах определяют скорость их течении (см. Раеходомер). Для исследования свойств веществ используют также методы, основанные на зависимости параметров рс зонансной УЗ-вой колебательной системы от акустич.
сопротивления нагрузки, т. е. от свойств нагружающей еб среды. Это т. н. импедансные методы, к-рые врвмевяются в УЗ-вых еигналиэаторах уровня, виекоэиметрах, твердомерах н т. д. Во всех перечисленных леетодах намерений и контроля сволота веществ применяютсн весьма малые интенсивности УЗ( этн методы требуют малого времени для измерений, легко поддаются автоматизации, позволяемо проиазодить дистанционные измерения з агрессивных и взрывоопасных средах и осуществлять непрерывный контроль веществ в труднодоступных местах. Большая группа УЗ-вых методов, применяемых длн получения информадин, основывается ва отражении и рассеянии УЗ-вых волн на границах между рааличными средами. Эти методы позволяют осуществлять УЗ-эую локацию инородных тел или границ раадела сред.
Методы обнаруженвя объектов посредством УЗ-вых волн прэглоеняются в таких рааличвых обаастях, как гндролокацвя, неразрушающий контроль иаделий и материалов, медицинская диагностика. Их можно разделить на пассивные — определение местоположения объекта и его характеристик путем анализа излучаемого км звука — и пктивные, основавньге на аналиае отраженного от объекта специально посылаемого сигнала (т. п. эхо-методы). В эхо-методах чаще всего используют импульсные УЗ-вые свгналы, и во времени ааиаздыванин отражйнного сигнала определяют расстонние до объекта; при этом чем короче импульс, тем больп1е разрешающая способность метода по расстоянию.
Определение направления на объект обеспечивается направленностью иалучающей н приемной системы, к-рая при прочих равных условинх тем острее, чем меньше длина волны звука. При выборе несущей частоты в импульсной зхо-локации приходятся учитывать такие противоречивые факторы, как увеличение раарешающей способности метода по направлению н расстоянию с ростом частоты и уменьшение прн этих условиях дальности обнаружения вследствие возрастания поглощении и рассеяния. Применение акустнч. локации в гидроакустике имеет исключительное значение, поскольку авуковые волны являются единственным видом волн, распространяющихся ва большие расстояния в естественной водной среде. Гвдролокационные приборы — эхолоти, гидролокатори — применяются для целей навигации, в рыбном промысле, в военно-морском деле, в океанологич.
исследованиях, В гидролокаяии Для рыбопоисковой аппаратуры, вавнгпционных приборов, обнаруживающих мелкие объекты, нсполъзуются УЗ-вые частоты 88 з льтглзпук от 20 до (00 кГц; для дальней гидролокации примепяются более низкие частоты слышимого диапазона, к-рые в мекыпой степени поглощаются и рассеиваются в морской среде. В технике УЗ-вая активная локации используется для измерения и контроля уровпей жидкостей и сыпучих тел в закрытых бмкостях (грозна заря), для определения размеров изделий (толгяияомгдя); в последнем случае наряду с импульсными применяются и резонансные методы. Рабочие частоты составляют при этом десятки, иногда сотни кГц, выбор частоты определяется условиями измерений и требуемой точностью.
Огромное значение имеет применение УЗ-вых волн для обиаружеиив скрытых дефектов в материалах и изделиях — УЗ-вая дефектосзопия, к-рая широко используется в промышленности. Разработаны и выпускаются специальные приборы — дефектоскопы различного пааиачеиия и с различными техпич. характеристиками. Среди методов УЗ-вой дефектоскопки наибольшее распространение имеют импульсный эхо-метод, основанный па анализе отраженным от дефектов сигиалов, и теневой, в к-ром исследуется структура звуковой тени за дефектом.
В эхо-дефоктоскопии испольауется УЗ частотой (О' — (От Гц, а размер обнаруживаемых дефектов составляет доли мм. Для целей дефектоскопии примевяется также метод пассивной локации, получивший название метода акустич. эмиссии. Ои основан яа приеме звуков, излучаемых твердым телом при првложении к нему мехапич. напряжения. Аналиаируя сигналы акустич. эмиссии, можно обнаружить, напр., образование и развитие трещин и других дефектов в деталях и конструкциях. Методы, аналогичиые применяемым в УЗ-вой дефектоскопии, используются и в медицинской диагзостикю УЗ-вые волны отражаются от границ биологпч.
ткапей, даже незначительно рааличающихся по акустич. параметрам, поатому УЗ-вая диагностика обладает высокой чувствительностью, поаволяет получать информацию о мягких тканях, выявлять обрааования, ке обнаруживаемые с помощью рентгеновских лучей. В диагиостике, основанной па эхо-методе, используются частоты -10' Гц; интенсивность УЗ при этом пе превышает 0,5 мВт!смэ, что считается вполне безопасиым для оргзпиама.
Особое место в примекении УЗ для информационных целей заиимают методы звуковидения. С помощью излучатоля УЗ и фокусирующих систем создается УЗ-вое изображение предмета, находящегося в пепрозрачпой для света среде, к-рое затем превращаетса в видимое (см.
Звузовиаор). Для акустооптич. преобразовапия используются рааличяые способьг виауализации звуковых полей. Простейшим иа иих является способ сканирования звукового поля пьезоэлектрич. приемником с последующим злектроиио-оптич. преобразованием. Применяется также взакмодеиствие световых лучей с УЗ и, в частности, дифракция света на УЗ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
