Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 85
Текст из файла (страница 85)
в. ультраавуковых волн, определяется алгебраической суммой каждого из нелинейных параметров для рассмотренных механизмов нелинейности: Ггеои + Греш + Гзьез + +Г,+ ..., (13) где Ггези — нелинейный параметр, обусловленный геометрнч. нелинеиностыо (12), Грет — решеточной не- линейностью, Гльез нелинейными пьеаозлектрическими коэффициентами, Гсзр — электрострикцнонныыи коэффициентами.
Напр., при распространении продольной УЗ-вой волны в пьеаоэлектрич. кристалле вдоль оси (100) выражения для соответствующих нелинейных параметров приведены в табл. 2. Табл. 2.— Нелииейиые параметры для продольной волны е льезселектрическам кристалле НЕЛИНЕЙНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТИИЕ Здесь К вЂ” каэббфиииект электрсмехакическай селеи для данной врлны, еи' и ее — нелинейный и линейный ньезоэлектрич. коэффициенты, 1и н е" — электрострикционный коэфф.
и днэлектрич. проницаемость. Экспериментальные исследования нелинейных взаимодействий. Экспериментально возникновение 2-й гармоники можно наблюдать, напр., на установке, схеиа к-рой показана на рис. 7,а. Мощный генератор 1 создабг радиоимпульсы, к-рые преобразователем 3 (обычно пластинкой кварца или няобата лития) преобразуются в акустические, распространяющиеся в обравце 5.
Приемник 4, резонансная частота к-рого равна частоте 2-й гармоники,преобразует акустнч.импульсы в радионмпульсы, к-рые проходят через фильтр 5, задерживающий основную частоту и пропускающий 2-ю гармонику, усиливаются усилителем 6 и подаютсн на осциллограф 7. Поскольку акустич. импульс многократно отражается от границ образца, на экране осциллографа наблюдается серия импульсов 2-й гармоники, к-рые при малом затухании на длине образ- О Рис. 7. Измерение екуствческих гармоник в твердых телах.
а — блок-схемв устэновтг 7 — генератор рвдиоимпульсов; г— преобрвеоввтель кв частоту и; Э вЂ” жследуемый образец; е — преобразователь ив частоту 2ы; 2 — фильтр-пробка нв частоту и; е — усилитель частоты 2м; 7 — ооциллограф; б — осциллограмма отражений импульсов 2-й гврмониви в образце. ца сначала увеличиваются, достигая максимума, когда энергия, передаваемая из 1-й гармоники но 2-ю, равна внергви, теряемой 2-й гармоникой в результате затухании, н, наконец, начинают убывать из-за затухания (рис. 7,6). В области частот несколь- ких Мрц при амплитуде радиоимпульса — 1 кВ максимальная амплитуда 2-й гармоники в большинстве исследованных твердых тел не превышает нескольких эге от амплитуды 1-й гармоники. Исключение состарлкют пьеаополупроводниковые крксталлы (напр,, Ог)8), в к-рых из-за акустоэлек- ы, ыг г ~»' Я Рис.
з. схема экспериментальной установка длк исследоввнак иеколлинеарвого взаимодействии ультразвуковых воли в иэотропком твердом теле: 7 в э — генераторы рэикоимпульеов нэ чеетиеу и, и м,; э — исследуемый образец; е— призмнйй нэ частоту ми б — осциллограф; е, 7 и в — преобразователи нв частОту еэи геэ и ие тронной нелинейности величина 2-й гармоники возрастает на несколько иорядков.
В сегнетоэлектрнч. кристаллах при темп-ре Т вЂ” 6 (где 6 — Кюри точка) также наблюдается значительный рост 2-й гармоники. Н. в, УЗ-вых волн при их пересечении можяо наблюдать, излучая в образец 5 (рис. 8) две волны, частоты к-рых го, и газ и угол пересечения () должны удовлетворять условиям синхронизма (5); при работе в импульсном режиме взаимодействующие импульсы, кроме того, должны одновременно проходить область взаимодействия. Рассеянная волна комбинационной частоты принимается приемником 4 под углом у к первой из взаииодействующнх волн; так же как и при приеме 2-й гармоники, необходима фильтрация н усиление принятой комбинационной волны, т.
к. ее амплитуда составляет доли еА от амплитуд взаимодействующих волн. В случае поверхностных анустич. волн (ПАВ) все рассмотренные выше закономерности Н. в. УЗ-вых волн и генерации гармоник сохраняются. Однако имеются нек-рые особенности, обусловленные неоднородной структурой поверхностных волн.
Т.к.энергия ПАВ сосредоточена в тонком слое порядка длины волны (см. Поеерхкасткме еолкы) и преобразователи ПАВ обычно намного эффективнее преоб- НЕЛИНЕЙНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ разователей объемных волн, для них удается получать (при обычных условиях) значительно болыпне интенсивности звука и, следовательно, значительно болыпие амплитуды смещения в волне. Это приводит к тому, что в случае ПЛВ нелинейные эффекты проявляются сильнее, и генерацию гармоник и взаимодействие волн наблюдать значительно легче.
Особенностью взаимодейстзпя объемных волн с ПАВ является то, что условия синхронпзма (5) выполняются не для полных волновых вектороз )с, а для их проекций на границу раздела. Нелинеииое взаимодействие анустнческих я электроиагнитиых воли. В пьезоэлейтрич. кристаллах наряду с взаимодействием акустич. волн можно рассматривать Н. в. акустич.
и электромаг- (н, Рис. Э. Встречкое ээээмолейстэке акустзческкх вола э пьеэоэлеьтркческсм кристал,л н ле — эф$ект свертки: э — Ла- сперскпзпая лиэгракма; б— схема эксперимента; 1 — пре- сбраэезателк; Э вЂ” параметрйческий алек- трод. нитных волн. Прп этом условия синхрониама будут также выполняться, необходимо только учитывать частоту к волновой вектор алектромагнитных волн. Т. к. их скорость значительно больше скорости звука, то часто вместо волнового электромагнитного процесса монэно рассматривать одпородное электрпч, поле в кристалле, взаимодействующее с бегущей акустич. волной. Напр.„ встречное взаимодействие бегущих акустич. волн одинаковой поляриаации в пье- эозлектрич. кристалле (рис. 9) приводит к появлению однородного поперечного алектрич.
поля Е удвоенной частоты. Амплитуда поля Е определяется нелинейностью пьезоэффекта и произведением амплитуд взаимо- э е"'и~иэ действующих волн К вЂ” Кэ — '', где е ээ' — нелннейнык пьезоэлектрич. ко- зффициент. Соответствуваций сигнал на частоте 2н снимается с электродов„ нанесенных на боковые грани кристалла, — т. н. параметрич. электродов.
Этот эффект используется для осуществления операции свертки сигналов в устройствах обработки сигнальной информации (см. Акрстбэлэктрокика). Если в данной структуре излучать акустич. волну лишь одним пз преобрааователей, а в момент прохождения звука под параметрич. электродом к последнему приложить электрич. поле на уд|зоенной частоте, то наблюдается обратный эффект — генерация холостой, или о б р а тн о й в о ли ы.
При нск-ром иоле, выше порогового, генерации волны -воаможна и без излучения прямой волны. Такой эффект наблюдается в кристалле 1.1ЫЬОэ прк пспольэозанкк в качестве поля накачки импульса от магнетрона на частоте 3 ГГц при мощности больше 5 кВт. Рассмотренные выше элементарные процессы взаимодействия акустпч. волн и переменного электрич. поля лежат в основе такого эффекта, Как электроакустическоэ эхо.
Наряду с рассмотренными выше динамич. эффектами взаимодействия акустич, волн, в нелинейной кристаллоакустике изучаются и исвользуюгся статич. эффекты, к-рые состоят в иаменении параметров акустич. волны под воздействием постоянных или медленно меняющихся механич. Вли алектрич. полей. Так,при механпч. деформпровании кристаллов (одноосное или гидростатич, сжатие) будут изменяться фазовая и групповая скорости акустич. волн и пх поляриаация. В пьезоэлектрич.
кристаллах фазовая скорость акустич. волн будет изменяться также при приложении постоянных электрич. полей. Статич. эффекты служат длй управления распространением акустич. волн в твердых телах (напр., для иамепения фазы волны), для измерения внутренних напряжений к, главным образом, для измерения нелинейных коэффициентов твердых тел. Исследование Н. в. УЗ-зых волн имеет болыпое значение для понимания природы фонов-фононных взаимодействий в твердых телах, для изучения взаимодействия акустич.
когерентных фононов определенных полнризаций. Фонон-фононные ваапмодействия определяют процессы уста- НЕЛИНЕННОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА иовлепия теплового равновесия, теплопроводиостьи тепловое расширение твердых тел. Взаимодействием электронов проводимости с фоиоками определяются явления электропроводности и сверхпроводимости.
Фоиоя-фоиоииые взаимодействия играют болшпую роль в процессах нелинейного поглощения УЗ, в поглощении гиперзвуковых волн в кристаллах, особенно при низких темп-рах (см. Поглощение звука). Н. в, УЗ-вых волк в твердых телах начинают использовать в устройствах обработки сигнальной икформации. Лиж, Зарембо Л.К., Красильни к с з В. А., Введение е нелинейную акустику, М., 1966; к х ж е, «Усдехк фкз. наук»,197е,т.102, з. 4, с. Шэ — Зз; Е рмклкн К.
К., Л ямов В. Е., Пятак с з П. А., «Фквкка тнврдого теса», 1973, т. 15, е. 11, с. 3226 — 39; П к т а н о е П. А., л к и с в В. р., ««ойзккз твердого тели», 1975, т. 17, в. 3, с. 752 †; Л ем а к о е В. В„С и с л е н с к к й Г. А., «Акуст, ж.», 1974, т. 29, е. 3, с. 426 — 34. В. и. Ллмс«. НЕЛИНЕИНОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА — зависящее от амплитуды поглощение звука, обусловленное яелинейными процессами передачи энергии сильно поглощающим компонентам спектра волям. В простей)пем случае яедиспергирующей среды Н. п.
а. вызывается накапливающимися нели!»гйн ими вффгктами увеличения крутизкы профиля волны, приводящими к появлению раврывов — слабых ударных волн. Возникновение разрывов сопровождается сильной диссипацией энергии, что и является в данном случае причиной Н.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
