Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 83
Текст из файла (страница 83)
обычно янляется угол, отсчитываемый от направлении Типичный внд характерншвкв нвправлавно- а+ / ч /я/и / / 1 / / / ОД О / / 0,5 0,2 б 0 30 БО сса ге максимума пе уровню 0,707, и, — угпован ширина глпвниги ваксннунв пв парвын нунвн характеристики направленности); б — в декартовой системе каордннат. максимального излучении, и характеристика Н. представляется в виде ф-ции В(и). Различают следующие основные области и параметры, характеризуюп/ие Нл главный и добавочные максимумы (лепестхи), ширина главного максимума по первым нулям (по направлениям нулевого излучения), наз.
также шириной характерно т и к и Н., и по уровню 0,707 (т, е. по направлениям, соответствующим уровню 0,5 по мощности), а также величина добавочных максимумов (по отношению к главному). Кбэфф. концентра- л „ан/т цни К вЂ” мера концентрации излучаемой энергии вдоль яек-рого направления (обычно направления главного максимума характеристики Н.). Определяется он как отноше- ние интенсивности звука, создаваемой на расстоянии г ) б рассматриваемым излучателем в направлении главного максимума, х интенсивности гнпотетич. ненаправленного иалучатеня с такой же излучаемой мощностью на том же расстоя- нии г.
Это определение выражается следующими расчетными ф-лами/ Оп . гн // (и,)г/а ) и /ы)лп и где Я вЂ” полный телесный угол, рс— волновое сопротивление среды, И'— мощность излучателя, р (и,) — аьшлятуда знухового давленая. В первом приближении чем больше волновые размеры излучателя (отношение геометрич. раамеров к /[зине волны), тем меньше ширина его характеристики Н.
и тем больше коэфф. нояцентрации. При размерах излучающей поверхности, больших Х, коэфф. концентрации плоских поршневых излучателей в абсолютно жестком экрана равен 4яя/лв, где я — площадь иалучающей поверхности. В таблице приведены ф-ции, описывающие характеристики Н. нех-рых простейших излучателей, угловую полуширину характеристик Н. на уровне 0,707 и по первым нулям (ииаау и иа), а тахже уровень первых добавочных максимумов, отнесенных н уровню главного од. Во всех случаях обобщенный параметр а =- (яб/й) тпи. Угол и отсчитывается от перпендикуляра к плоскости излучателя, а символами ла(0) и л/(5) обозначены ф-ции Бесселя 1-го рода, нулевого и 1-го порядков.
Н. излучателей аависит от амплитудно-фазового распределения нвлебательной скорости частиц по ИХ Поверхности. Амплитудные распределе- наива аавуаалааваань лваапаанал валучаанлав муна НВЛИНКйНОК. ВБА ИМОДКйстнн В ния, характеризуемые сиадом азшлитуды к кранм излучающей поверхности, расширнют основной максимум характеристики Н, н уменьшают добавочные, а распределения с возрастанием амплитуды и краям, наоборот, уменьшают ширину главного максимума и увеличивают уровень добавочных. Фазовое распределение по воверхности плоских и линейных излучателей, характеризуемое линейной зависимостью фазы от координаты, приводит к повороту главного максимума характеристики Н., что используется для управлении направлением максимального излучения.
Существуют методы решения обратных задач теории антенн, позволязощие в нек-рых случаях по заданной характеристике Н. или к.-л. другим параметраи антонн определять требуемое амплитудно-фазовое распределение. Характеристикой Н. приеиника наз. отношение напряжений, развиваемых на его выходных клеммах (или на сумматоре, если приемник представляет собой соноку>тость нескольких элементов) под действием звукового давления, создаваемого вспомогательным излучателем, расположенным в дальней зоне в произвольном направлении и и в нек-ром фиксированном наврав- ЛЕНИИ Ызиа ОДНО>1 И тОМ Ягв РаССтОЯ- нии г от центра приемника. Направление мз обычно выбирают так, чтобы оно совйадало с максимальной чувствительностью приемника.
Характеристики Н. одного и того же обратимого преобразователя в режимах приема и излучения одинаковы, если только амплитудное распределение и внутреннее механич. сопротивление его (с учетом нагрузки с элсктрич. стороны) не меняются. Н. приемника звука может являться эффективным средством выделении полезного сигнала на случайном шумовом фоне. Коэфф. концентрации приемника, определяемый так же, как и для излучателя, характеризует помехоустойчивость приемника в поле дальних изотропных помех. Все вышеиаложекное относится к работе излучателя (приемника) в однородной безграничной газовой или жидкой среде. Нри наличии границ в различных неоднородностей поле, создаваемое излучателем, искажаетсн из-за рассеяния и дифракции внука.
В твердой среде, кроме продольных, возникают и поперечные волны. В этом случае различают характеристики Н. по продольным и поперечным волнам. Лнзь> С к у ч и к В., Основы анустики, пер. с нем., т. 1 — 2, М., 1058; Ультразвуковые преобразователи, под ред. В, Кннучи, кер. с англ., М., 1972, гл. 10; Р ж е в ни н С. Н., Курс лекний по теории звука, М., 1060; Ф р а д и н А. 3., Антенвы сверхвысоких чаотот, М., 1957; Р е > й К ., „Носпггеосепххесйпкх «па В>ев1гоай«зйй»„ы 1955, В464,502,8.25 — 62; Белкин Б. Г., построение излучающей системы по заданной диаграмме направленности, М.— Л., 1969; Минкозич Б.
М., яковлев В. Н., Теория синтеза антенн, М., 1969; С и а р ы щ е з М. Д., Направленность гидроакустических антенн, Л., 1972; Ж ун о з В. Б., Расчст гидроакустических антенн по д>>аграмме направленности, Л., 1977. М. Л. Смерш«ею НЕЛИНЕЙНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ул ь т р а з в у к о в ы х в о л н в твердых телах — одно из проявлений незынейныг зффентое, обусловленное тем, что акустич. волна большой (конечной) амплитуды при распространении по твердому телу изменяет его физич. свойства. Это влияет как на распространение самой волны (самовоэдействие: генерация акустич, гармоник, самофокусировка), так и на распространение других волн в твердом теле (появление волн комбинационных частот, модуляция волн и т.
д.). Лкустич. волны бесконечно малых амплитуд (линейная акустика) распространяются в твердых тепах, не взаимодействуя друге другом, т. е. выполняетсн принцип суперпозиции; длн волн конечной аиплитуды (нелинейная акустика) принцип суперпозиции не выполняется и распространение волн описывается нелинейным волновым ур-пнем. Зависииость потенциазьной энергии И от расстояния г между атомами (рис.
!) позволяет пояснить физич. механвам нелинейных акустич. эффектов в твердых телах. При малых амплитудах смещения растяжение и сягатие одинаковы, т. к. дно потенциальной ямы можно аппроксимировать параболой, и состояние кристалла с достаточной точностью описываетсн линейным ааконом рука> о=С С, (1) где и — тензор нап(>я>некий, 6 — тензор деформаций, С ' — линейный модуль упругости, т.
е. модуль упругости 2-го порядка (называемый так в связи с тем, что получен из выражения для потенциальной энергии, со- 224 НЕЛИНЕЙНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ держащего только квадратичные члепы по деформации). Длн больших амплитуд смещений сжатие п растяжение становятсн неравноправными — зависимость потенциальной энергии от смещения атома уже пе описывается параболои. Сила отталкивании при сближении атомов нарастает быстрее, чем сила притяжения при увеличении расстояния между ними (т. е. сжать уже сжатый ркс. 1.
Зависимость пстенннальней энергии П ст расстенння менгду г атемамн ' г е кристалле. Нун«тирем показано изменение положения раенееесня атомов е решатке при уеезиченнн нх амплитуды колебаний, помеченных стрелками; а — постоянная ре- шетки кристалла. образец труднее, чем растянуть уже растянутый). В атом случае справедлив нелинейный закон Гука: и =- С'", + Скчг, (2) где Се' — нелинейный модуль упругости, т. е. модуль упругости 3-го порядка. Из ур-пия (2) и урьиия движения следует нелинейное волновое ур-яие для вектора колебательного смещения частиц и: д'и и д'и !и ди дьи р — = С вЂ” + 2С вЂ” — (3) дм дх дх дх" (р — плотность твердого тела).
Нелинейность закона Гука приводит к зависимости фазовой скорости с волны от деформации в: с = се [1 + (Сп')Сп).5)ыг, (4) где се = )у С"гр. Вследствие этого различные фазы волны имеют разную скорость, и форма волны по мере распростраиепия изменяется. В пределе сииусоидальиая волна может выродиться в пилообразную. ИскажеВие формы волны приводит к изменению ее спектра. Спектр волны обогащается гармониками, т. е. иелипеиность приводит к генерации гармоник в твбрдом теле.
Если же в твердое тело или кристалт излучаютсн две или большее число акустич. волн одновременно, то они будут взаимодей- ствовать друг с другом, порождая повесе волны комбинационных частот. Условия сипхропизма. При определенных условиях воаиущеиин, возпикающие в области взаимодействия волн, могут усиливатьсп и приводить к излучению волн комбипациоияых частот.
Это происходит в случае, когда возГ>уждепия в отдельных точках области взаимодействии возникают в соответствующих фазах, т. е. имеется времепибе и пространственное согласование. Условия согласования во времени и в пространстве при взаимодействии двух волн с частотами юг и ыг и волновыми векторами йг и й„ в результате к-рого излучается волна комбинационной частоты юз с волновым вектором йз,иаз. у с л о в и я м и сиихропивма.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
