Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Для двух ннтерфернрующнх волн зта картина на плоскостн нмост внд чередующихся полос усиления н ослабления амплктуды велнчкны, характернзующей звувовог ноле (напр,, звукового давления). Для двух плоеных волы полосы прямолинейны с амплитудой, меняхощейся поперек полос соответственно кзменеыню разности фаа. Важный частный случай ннтерференцнн — сложенне плоской волны с ее отраяхеннем от плоской границы; прн этом образуется стоячая волна с плоскостямн узлон н пучностей, расположеннымн параллельно границе.
Для двух точечных нсточникон ннтерференцноыные полосы няеют форму гипербол (рнс.), в фо- иитквюырыиция зыхкя 95$ кусах к-рых расположены источники. Для группы двух нли более нсточыиков интерференцнонная картина вдали от места расположения группы оказывается различной по разным направлеиых гарианачссиих тачечныз источников, Зг толстые и таихие ляпни — саатэетстэеааа ну~насти и узлы Лазленеа. СтичсеыиХ антенн (ем.
На арааа ги и ость). Прн ннтерференцнн волн квацрат амплитуды А колебаний поля в цаннов точке вообще ые равен сумме квадратое амплитуд акладыеа7ощнхся волн, напр. для двух волн с амплитудамы А, н А„ Аз.= А,' -(- А, + ЗАгАз сов гу, где гр — разность фаз между исходнымн волнами в рассматрнваемой точке. Для ннтерфернрующнх волн, бегущих в близких направлениях, квадрат амплитуды поля пропорционален плотности эыергин волн. Следовательно, при интерференции имеет место наруп1енпе энергетнч. сложения волн: в разных точках интерференционной картины результнругощая плотность »нсргни и нытенсннность могут быть как больше, так л меньше суммы плотностей энергии нлн интенсивностей каждой из составляющих волн з отцельностн.
Т. о., прн И. з. пронсходнт перераспределение акустическо71 энергии нолн в пространстве. При интерференции гармоннч. воли с разными частотами ннтерфереыционная картина перемещается в пространстве ввиду изменения разностей фаз с течеынем времени. При усреднения такой картины за большой промежуток времеви ннтерференцнонная картина полностью смазывается, а среднее значение плотыостн энергии оказывается пропорциональным сумме квадратов амплитуд составляющих волн, т. е. ымеет место знергетич. сложение эолы.
Поэтому часто говорят, что волны разных частот не ннтерферыруют. Коли время усреднения мало по сравнению с временем перемещения интерференционной картины на одну полосу, то интерференция наблюдается, хотя н с меышпей резкостью. Колы усродненнан за болыпой промежуток времени ннтерференцнонная картнна прн суперпознции негармоннч. волн оказывается полностью стертой, то волны наз. некогерентньщк (напр., волны, создаваемые различными нсточникамн случайных шумов).
Но пры наложении волн одного пронсхождення (напр., волна н ее отражеыве) ннтерференцня иаблюцаетсн даже для случайных шумов, хотя только в ограниченной области, причем энергетич, сложение здесь также нарушается. Прп сложении когерентных шумов ннтерференционная картина постепенно смазывается по мере удаления от места ее наибольшей резкости (степень когерентности уменьшается н, иногда осцнллкруя, стремится к нулю по мере увеличения разности времен прихода интерфермрующих полн). Важный пример И.
з.— поле монохроматнческого илы близкого к моыохроматнческому звука, образующееся в ограыиченыом объеме (напр., в ванне для УЗ-вой очистки деталей). Излученный в ванну звук со своими отражениями от стенок создает сложную интерференционную картину, что приводит к неравномерному воздействию УЗ в разных частях ванны. В атом случае для получеыня равномерности облученнн слезует применять модуляцию частоты нли широкополосный сигнал, для к-рого степень когерентности прямого внука с его отражениями от стенок будет мала. Представление об И. з.
нспользуют в теорнн диу)раиции звука, выражая дифрагнрованное поле в виде супер- позиции полей от вторичных источников. И. з. применяют для измгрення длины волны внука (а следовательно, и скорости звука) прк помощи звуковых иитерфераметраа. И, э, имеет место также и длл сдвиговых золы в твердом теле, однако в атом случае ннтерферируют только волны с одинаковой нолнрызациен (одинаковым направлением смещения частиц).
Лите.: Г а р ел и к Г. С., Калебанвн н палны, 2 изх., М.— Л., 1959, гл. 5, 5 1; Х а З к и н С. Э., Физические аснаем мехаипик, М., 1971, 5159. М. И. Исакович. ИНТЕРФЕРОМЕТР у л ь т р а- в в у к о в о й — прибор для измерения фазовой скорости с и коэфф. поглощения и УЗ, принцип действие 152 ИНТЕРФЕРОМЕТР к-рого основан на интерференции акустич. воли (см.
Иитер4ереиция звука). Типичный УЗ-вой И. (рис. (] представляет собой акустич. камеру 1 с исследуемой средой, в к-рой пзелазлезтриыесии.з преобразователем 2 возбуждаются УЗ-вые валлы. Высокочастотное напряжение па пьезопреобразоеатель поступает от стабилизированного по частоте и амплитуде генератора 8 с большим внутренним сопротивлением (генератора тока) и измеряется схемой регистрации 4.
На нек-ром расстоянин ( от пьезопреобразователя расположен плоский рафлектор б, от к-рого отражается УЗ-вая волна и к-рый может перемещаться вдоль направления распространения УЗ. Расстояние от рефлектора до ньеэопреобразователя измеряется отсчетным механизмом б. Плоскости рефлектора и вьезопреобразователя устанавливаются строго Рас. 5. Блок-схема иитерйераыетра: 7 — акустическая каверз; з— цьезапреабразазатезь; 3 — генератор высокочастотного вапрзжепия; л — схема регистрации; .5 в реФзезтар; з — атсчбтный ыехзиззи; 7 — юстиразач- нае устройства.
параллельными друг к другу с помощью юстировочного устройства у. Принцип измерения с и т УЗ-вым И. удобно рассматривать в предположении о том, что акустич. поле в камере И. является полем плоских волн,многократно отраженных от рефлектора и поверхности преобразователя. Такое предположение справедливо при условии равномерного распределения амплитуд и фаа колебательной снорости по поверхности преобразователя, пренебрежения влиянием стенок акустич. камеры, а также при условии, что поперечные равмеры преобразователя и рефлектора аначительно больше длины волны УЗ. Сопротивление акустич.
нагрузки преобразователя при соблюдении всех этих условий зависит от расстояния г по периодич. закону с периодом Л'2, где Л вЂ” длина волны УЗ в исследуемой среде. Реакция акустич. нагрувкп определяется по величине элентрич. напряжения П на преобразователе. Способ измерений поясняется эквивалентной схемой УЗ-ваго И., приведенной на рис. 2. При совпадении частоты / генератора Е с резонансной Рис. 2. Экзиззлецткая схема изтгрФевоиатра. Ь вЂ” патачиин зысазаызстатиага иаарзжанзз; 25 — заутрепзее сааратиззеии генератора; Š— иаипгасируюжз» зндуитизиасть; с — емкость ззжатага пъезапреабрззаезтез»; 2 — зизззазеитиыа изхзииыеский змаецзис Знусгв'!есзай изгрузза пьезапреабразаззтелз, 2., — зхаабае сапратззыеиие схемы регистрации: П— эацряжеизе вз пьезапреабразаазтела. частотой колебательного контура АС, добротность к-рого (г, и при малых потерях в самом преобразователе, а также при выполнении условий, отвечающих постоянству тока ) 25( У ) Зз гпах) ) 25) лг )Ззх( 2лггЫ5 У )2атах), напРЯжение бг па входе схемы регистрации будет пропорционально эквивалентному механич.
импедансу акустпч. нагрузки 25 преобразователя: 27' з5а В 5 -~- 2 г саз б Ч- г*) ' где г =- ) Г) ехр ( — 2а(), О = (2л(гЛ)— — л, Р— коэфф. отражения от рефлектора, )5, — эквивалентное механич. сопротивление нагрузхи преобразователя при иалученпи в полубесконечиую исследуемуго среду.
Ве- з гз, л, Рис. 3. Кривая реакции — зазисииасть иапряжеэиз иа пьезацреабразазателе ат расстояния мегзлу реФлектором и пьеза- цреабпазааатеэем. личина )П) при перемещении рефлектора периодически изменяется, как и Зз, от максимального до минимального значения с периодомЛ12 (рис. 3). ННТЕРФЕРОМЕТР Искомая скорость УЗ определяется как г =. )./, где А измеряется по интервалам между экстремумами кривой реакции, т. е. зависимости (/()), а коэффициепт поглощения сс может быть найден либо по спаду экстремумов кривой реакции, либо по вх ширике. Точность измерений с помощью такого И. будет тем выше, чем лучлпе выполняются укааанные выше соотношения между имцедансами в эквивалентной схеме И.
Основным источником систаматич. погрешностей является отличие реальных условий измерения от условий, отвечающих распространению плоской волны вдоль оси камеры: при несоблюдении соотношений между длиной волны и размерами камеры, преобразователя и рефлектора в И. зозиикают дифракциопные эффекты (см. Дир)дикция ,мука), искажающие реаультаты измерении. Систематические погрешности возница~от и вследствие непараллельности рефлектора и преобразователя, а также из-за неравномерного распределения амплитуд и фаз колебательной скорости по поверхности преобразователя. При этом в акустич.камере появляются, помимо основной, дополнительные нормальные валям и на кривой реакции возникают дополнительные экстремумы (сателлиты), искажается форма огибающей кривой реакции и изменяются интервалы между основными экстремумами.
Реально достижимые минимальные погрешности измерения скорости УЗ зависят от коэфф. поглощении в исследуеиой среде и для малого поглощения (и/)л С 200 (О "см 'сз) составляют 10 л — 10 '. Погрепгность измерения и на частотах мегагерцевого диапазона составляет (2 — 20) ° )О ' и также аависит от абсолютного значения коэфф. поглощения. Для исключения дцфракциоиных погрешностей, имеющих место в реальных условиях измерений, необходимо вводить поправки, корректного расчета к-рых для рассмотренных выше условий измерения ие существует.
Количественный учет дифракционных поправок может быть выполнен только для режима бегущей волны, т. е. в от- сутствии многократных отражений в акустич. камере. Такой режим осуществляется в И., акустич. камера к-рого содержит вместо рефлектора перемещаемый приемный преобразователь. Режим бегущей волны реализуется здесь путем электрич. согласовании приемника с исследуемой средой, т. е. шувтллрованием его активным сопротивлением, равным эквивалентному сопротивлению нагрузки преобрааователя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
