Диссертация (1104104), страница 12
Текст из файла (страница 12)
2.6. Ñõåìà (à) è ôîòîãðàôèÿ (á) ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêè. Àêóñòè÷åñêàÿ ÷àñòü: 1 N -âîëíà, ãåíåðèðóåìàÿ èñêðîâûì èñòî÷íèêîì 2; 3 æ¼ñòêàÿ ïîâåðõíîñòü; 4 èññëåäóåìàÿñòðóêòóðà ôðîíòîâ ïðè îòðàæåíèè. Îïòè÷åñêàÿ ÷àñòü: 5 íåïðåðûâíûé èñòî÷íèê áåëîãîñâåòà; 6 ñôåðè÷åñêîå çåðêàëî; 7 äåëèòåëü ïó÷êà; 8 îïòè÷åñêèé íîæ; 9 âûñîêîñêîðîñòíàÿêàìåðà.44Ma = 0.044(а)φ = 14°φ = 21°φ = 30°φ = 0°φ = 7°φ = 12°φ = 30°Ma = 0.006(б)φ = 0°Ðèñ.
2.7. Ðåçóëüòàòû îïòè÷åñêîé âèçóàëèçàöèè îòðàæåíèÿ ïåðåäíåãî ôðîíòà N -âîëíû îòæ¼ñòêîé ïîâåðõíîñòè íà ðàññòîÿíèÿõ s = 4.6 ñì (à) è s = 20.7 ñì îò èñêðîâîãî èñòî÷íèêà. îïòè÷åñêèõ èçìåðåíèÿõ ñíà÷àëà ïðîèçâîäèëàñü çàïèñü ñåðèè øëèðåí-èçîáðàæåíèéâ îòñóòñòâèå àêóñòè÷åñêîé âîëíû. Ïîñëåäóþùåå óñðåäíåíèå ýòèõ èçîáðàæåíèé ïîçâîëÿëîïîëó÷èòü èçîáðàæåíèå ôîíà. Çàòåì çàïèñûâàëèñü èçîáðàæåíèÿ ïðîñòðàíñòâåííîé ñòðóêòóðû ôðîíòîâ ïðè îòðàæåíèè è ïðîèçâîäèëîñü âû÷èòàíèå óñðåäí¼ííîãî èçîáðàæåíèÿ ôîíà èç êàæäîãî èçîáðàæåíèÿ, çàïèñàííîãî â ñëó÷àå îòðàæåíèÿ.
Òàêàÿ ïðîöåäóðà çàìåòíîóìåíüøàëà øóìû íà èçîáðàæåíèÿõ è ïîâûøàëà èõ êîíòðàñòíîñòü. Äàëåå ïðîèçâîäèëîñüäîïîëíèòåëüíîå óñðåäíåíèå 20 èçîáðàæåíèé, ïîëó÷åííûõ îò ðàçëè÷íûõ ðàçðÿäîâ èñêðîâîãî èñòî÷íèêà ïðè îäíîé è òîé æå êîíôèãóðàöèè ïàðàìåòðîâ hsp , s è ϕ (ñì. ðèñ. 2.6 (à)),ïðè ýòîì äëÿ óñðåäíåíèÿ âûáèðàëèñü èçîáðàæåíèÿ, ó êîòîðûõ òî÷êè îòðàæåíèÿ âîëíûîòëè÷àëèñü â ãîðèçîíòàëüíîì íàïðàâëåíèè èçîáðàæåíèÿ ìåíåå, ÷åì íà 5 ìì, à çàòåì èçîáðàæåíèÿ ñäâèãàëèñü ê îäíîé òî÷êå. Èòîãîâûå èçîáðàæåíèÿ ðàçìåðîì (19, 5 ± 0, 2) ìì ×(12, 2 ± 0, 2) ìì ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ.
2.7.Ïîñêîëüêó â òåîðèè ðåæèì îòðàæåíèÿ çàâèñèò îò çíà÷åíèÿ êðèòè÷åñêîãî ïàðàìåòðàa, îïðåäåëÿþùåãîñÿ êîìáèíàöèåé ïàðàìåòðîâ Ma è ϕ (2.17), â ýêñïåðèìåíòå âëèÿíèå êàæäîãî èç ýòèõ ïàðàìåòðîâ íà íàáëþäàåìûå ðåæèìû îòðàæåíèÿ èññëåäîâàëîñü íåçàâèñèìî.Ñíà÷àëà ôèêñèðîâàëîñü ðàññòîÿíèè s ìåæäó èñêðîâûì èñòî÷íèêîì è òî÷êîé, â êîòîðîéïðîèñõîäèò îòðàæåíèå (òî åñòü ôèêñèðîâàëîñü çíà÷åíèå Ma), à óãîë ïàäåíèÿ ϕ èçìåíÿëñÿ.Èçìåðåíèÿ áûëè ïðîâåäåíû äëÿ äâóõ ðàññòîÿíèé s. Ñåðèÿ èçîáðàæåíèé íà ðèñ. 2.7 (à) ïîëó÷åíà íà ðàññòîÿíèè s = (46±4) ìì îò èñêðîâîãî èñòî÷íèêà, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò àìïëèòóäåäàâëåíèÿ ïàäàþùåé âîëíû p0 = (6, 2 ± 0, 5) êÏà è çíà÷åíèþ àêóñòè÷åñêîãî ÷èñëà ÌàõàMa = (0, 044 ± 0, 004).
Äëÿ îöåíêè çíà÷åíèÿ àêóñòè÷åñêîãî ÷èñëà Ìàõà Ma áûëî èñïîëüçîâàíî åãî îïðåäåëåíèå â ñëó÷àå ïëîñêîé âîëíû: Ma = p0 /(γpàòì), ãäå γ = 1.4 ïîêàçàòåëüàäèàáàòû äëÿ âîçäóõà, à pàòì = 100 êÏà àòìîñôåðíîå äàâëåíèå. Äëÿ ñåðèè èçîáðàæåíèé,ïðåäñòàâëåííûõ íà ðèñ. 2.7 (á), ïàðàìåòðû â ýêñïåðèìåíòå áûëè ðàâíû: s = (207 ± 7) ìì,p0 = (0, 84 ± 0, 04) êÏà è Ma = (0, 0060 ± 0, 0003).
Ýêñïåðèìåíòàëüíûå óñëîâèÿ äëÿ îáåèõ45Òàáëèöà 2.1. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå çíà÷åíèÿ êðèòè÷åñêîãî ïàðàìåòðà a äëÿ ðàçëè÷íûõ ðåæèìîâ îòðàæåíèÿ. Äàííûå áûëè ïîëó÷åíû äëÿ äâóõ ðàññòîÿíèé îò èñêðîâîãî èñòî÷íèêà.Ma × 10−24.4 ± 0.4ñëàáîåîòðàæåíèå ôîí ÍåéìàíàâîçìîæíîïðîèñõîäèòïðèMa × 10−36.0 ± 0.3âîçìîæíîèñõîäèòçíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâa ≥ (0.38 ± 0.05)ïðîïðèa ≥ (0.58 ± 0.2)îòðàæåíèåôîí Íåéìàíàðåãóëÿðíîåîòðàæåíèå(0.38±0.05) < a <(1.05 ± 0.15)a ≥ (1.05 ± 0.15)(0.58 ± 0.2) < a <(1.1 ± 0.3)a ≥ (1.1 ± 0.3)ñåðèé èçìåðåíèé áûëè ñëåäóþùèìè: îòíîñèòåëüíàÿ âëàæíîñòü 49%, òåìïåðàòóðà îêðóæàþùåãî âîçäóõà 292 Ê, ñîîòâåòñòâóþùåå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà íåëèíåéíîñòè ñðåäûβ = 1.2.Äëÿ èçìåðåíèÿ ñòðóêòóðû ôðîíòîâ ïðè ñêîëüçÿùåì ïàäåíèè ( ϕ = 0◦ ) ýëåêòðîäûèçëó÷àòåëÿ ïîìåùàëèñü íåïîñðåäñòâåííî íà æ¼ñòêóþ ïîâåðõíîñòü.
 ýòîì ñëó÷àå îòðàæ¼ííûé ôðîíò íå íàáëþäàëñÿ (ñëó÷àè ϕ = 0◦ íà ðèñ. 2.7). Ïîõîæàÿ ïðîñòðàíñòâåííàÿñòðóêòóðà áûëà ïîëó÷åíà òàêæå äëÿ ϕ ≥ 7◦ ïðè Ma = 0, 044 è äëÿ ϕ ≥ 5◦ ïðè Ma = 0, 006.Îçíà÷àåò ëè îòñóòñòâèå âèäèìîãî îòðàæåííîãî ôðîíòà ïîäòâåðæäåíèåì òîãî, ÷òî íàáëþäàåìûé âèä îòðàæåíèÿ ÿâëÿåòñÿ ñëàáûì îòðàæåíèåì ôîí Íåéìàíà, èëè æå ýòî ðåçóëüòàòíåäîñòàòî÷íîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè îïòè÷åñêîãî ìåòîäà - îñòà¼òñÿ íåÿñíûì.
Ïðè äàëüíåéøåìóâåëè÷åíèè óãëà ïàäåíèÿ ϕ îò÷¼òëèâî íàáëþäàåòñÿ ðåæèì íåðåãóëÿðíîãî îòðàæåíèÿ, êîãäà âáëèçè ïîâåðõíîñòè ôîðìèðóåòñÿ ¾íîæêà¿ Ìàõà ( ϕ = 14◦ äëÿ Ma = 0, 044 è ϕ = 7◦äëÿ Ma = 0.006). Íà ïîëó÷åííûõ èçîáðàæåíèÿõ íåò ñêà÷êà óãëà íàêëîíà ïðè ïåðåõîäåîò ¾íîæêè¿ Ìàõà ê ôðîíòó ïàäàþùåé âîëíû, ÷òî ÿâëÿåòñÿ îòëè÷èòåëüíîé îñîáåííîñòüþîòðàæåíèÿ ôîí Íåéìàíà. Çàòåì ïðè óãëàõ ϕ ≥ 20◦ (Ma = 0, 044) è ϕ ≥ 8◦ (Ma = 0.006)îòðàæåíèÿ ñòàíîâèòñÿ ðåãóëÿðíûì, è ôðîíòû ïàäàþùåé è îòðàæåííîé âîëí ïåðåñåêàþòñÿðîâíî íà ïîâåðõíîñòè.
Ýêñïåðèìåíòàëüíûå çíà÷åíèÿ êðèòè÷åñêîãî ïàðàìåòðà a, ñîîòâåòñòâóþùèå íàáëþäàåìûì ðåæèìàì îòðàæåíèÿ, ïðèâåäåíû â òàáëèöå 2.1. Ñëåäóåò îòìåòèòü,÷òî â ïðåäåëàõ îøèáêè ýêñïåðèìåíòà ïåðåõîä îò íåðåãóëÿðíîãî ðåæèìà îòðàæåíèÿ ê ðåãóëÿðíîìó ïðîèñõîäèò ïðè îäèíàêîâûõ çíà÷åíèÿõ a.Ïî ìåðå îòðàæåíèÿ N -âîëíû îò ïîâåðõíîñòè ïðîèñõîäèò îäíîâðåìåííîå èçìåíåíèåêàê àìïëèòóäû âîëíû p0 (òî åñòü çíà÷åíèÿ Ma ), òàê è óãëà ïàäåíèÿ ϕ, ÷òî ïðèâîäèò ê èçìåíåíèþ ëîêàëüíîãî çíà÷åíèÿ êðèòè÷åñêîãî ïàðàìåòðà a.  ðåçóëüòàòå ñòðóêòóðà ôðîíòîâïðè îòðàæåíèè èìååò äèíàìè÷åñêèé õàðàêòåð è ìåíÿåòñÿ ïî ìåðå ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëíûâäîëü ïîâåðõíîñòè. Ýòî áûëî ïîäòâåðæäåíî â ýêñïåðèìåíòå: íà ðèñ.
2.8 îò÷¼òëèâî íàáëþäàåòñÿ ðîñò ¾íîæêè¿ Ìàõà ïî ìåðå óäàëåíèÿ îò èñêðîâîãî èñòî÷íèêà. Îòìåòèì, ÷òî ïîìåðå ðàñïðîñòðàíåíèÿ âäîëü ïîâåðõíîñòè èçìåíåíèå Ma ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ çíà÷åíèÿ a, à èçìåíåíèå ϕ, íàïðîòèâ, ê åãî óìåíüøåíèþ. Ðîñò ¾íîæêè¿ Ìàõà, íàáëþäàåìûé46Ma = 0.044φ = 14°φ = 12°φ = 11°Ðèñ. 2.8. Òðè ïîñëåäîâàòåëüíûõ øëèðåí-èçîáðàæåíèÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ ¾íîæêè¿ Ìàõà âäîëüïîâåðõíîñòè ïðè íà÷àëüíîì óãëå ïàäåíèÿ ϕ = 14◦ è Ma = 0, 044.íà ðèñ. 2.8, îçíà÷àåò, ÷òî çíà÷åíèå a óìåíüøàåòñÿ è âëèÿíèå èçìåíåíèÿ óãëà ïàäåíèÿ ϕ âäàííîì ñëó÷àå âûðàæåíî ñèëüíåå.Òàêèì îáðàçîì, îïòè÷åñêèå èçìåðåíèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì øëèðåí-ñèñòåìû ïîçâîëèëè âèçóàëèçèðîâàòü ðåãóëÿðíîå è íåðåãóëÿðíîå îòðàæåíèÿ ïåðåäíåãî ôðîíòà ñôåðè÷åñêèðàñõîäÿùåéñÿ N -âîëíû îò æ¼ñòêîé ïîâåðõíîñòè â âîçäóõå.
Êàê áûëî ïîêàçàíî ðàíåå (ñì.ãëàâó 1), çàäíèé ôðîíò N -âîëíû, ñîçäàâàåìîé èñêðîâûì èñòî÷íèêîì, ÿâëÿåòñÿ áîëåå ïîëîãèì, ïîýòîìó åãî ñëîæíåå âèçóàëèçèðîâàòü ñ ïîìîùüþ îïòè÷åñêèõ ìåòîäîâ. Ïîëó÷åííîåâ ýêñïåðèìåíòå çíà÷åíèå êðèòè÷åñêîãî ïàðàìåòðà a = 1.1 ± 0.3, ñîîòâåòñòâóþùåå ïåðåõîäó îò ðåãóëÿðíîãî ðåæèìà îòðàæåíèÿ ê íåðåãóëÿðíîìó, â ðàìêàõ ïîãðåøíîñòè ñîâïàäàåòñ òåîðåòè÷åñêèì çíà÷åíèåì a = 0.8, ðàññ÷èòàííûì ñ ïîìîùüþ ìåòîäîâ ÷èñëåííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ â ðàáîòå [95].
Ñòîèò îòìåòèòü, ÷òî â [95] èññëåäîâàëîñü îòðàæåíèå ïëîñêîéèäåàëüíîé N -âîëíû.  ïðîâåä¼ííîì ýêñïåðèìåíòå ôðîíò âîëíû áûë ïðèáëèæ¼ííî ñôåðè÷åñêèì, à ïðîôèëü âîëíû ÿâëÿëñÿ àñèììåòðè÷íûì è èìåë ðàçíûå øèðèíû ïåðåäíåãî èçàäíåãî ôðîíòîâ, ñëåäîâàòåëüíî âîçìîæíî íåêîòîðîå ðàñõîæäåíèÿ çíà÷åíèé êðèòè÷åñêèõïàðàìåòðîâ a, ïîëó÷åííûõ ýêñïåðèìåíòàëüíî è ïðåäñêàçàííûõ òåîðåòè÷åñêè.2.4. Êîëè÷åñòâåííîå èçìåðåíèå ïðîñòðàíñòâåííûõ ñòðóêòóðòèïà ¾íîæêè¿ Ìàõà ñ ïîìîùüþ èíòåðôåðîìåòðàÌàõà-ÖåíäåðàÄëÿ êîëè÷åñòâåííîãî èçìåðåíèÿ ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííîé ñòðóêòóðû àêóñòè÷åñêîãî ïîëÿ, ôîðìèðóþùåãîñÿ ïðè îòðàæåíèè íåëèíåéíîé N -âîëíû îò æ¼ñòêîé ïîâåðõíîñòèâ âîçäóõå, áûëà èñïîëüçîâàíà ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà íà îñíîâå èíòåðôåðîìåòðàÌàõà-Öåíäåðà. Îïèñàíèå ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêè áûëî ïðèâåäåíî ðàíåå â 1.5, ãäåèíòåðôåðîìåòð Ìàõà-Öåíäåðà èñïîëüçîâàëñÿ äëÿ èçìåðåíèÿ ïðîôèëåé N -âîëíû â ñâîáîäíîì ïîëå.
Äëÿ èññëåäîâàíèÿ îòðàæåíèÿ N -âîëíû â óñòàíîâêó ïîä èñêðîâîé èñòî÷íèê íàðàññòîÿíèè hsp = 21 ìì ïîìåùàëàñü æ¼ñòêàÿ ïîâåðõíîñòü (ðèñ. 2.9), ñäåëàííàÿ èç ïëàñòèêà. Ïîñêîëüêó îòðàæåíèå îò æ¼ñòêîé ïîâåðõíîñòè íå èçìåíÿåò ñôåðè÷åñêîé ãåîìåòðèèâîëíîâîãî ôðîíòà â ïëîñêîñòè ëàçåðíûõ ëó÷åé, òî äëÿ âîññòàíîâëåíèå ïðîôèëåé äàâëåíèÿïî îïòè÷åñêîé ðàçíîñòè ôàç ìåæäó ïðîáíûì è îïîðíûì ïó÷êàìè èíòåðôåðîìåòðà ìîæíîèñïîëüçîâàòü îáðàòíîå ïðåîáðàçîâàíèå Àáåëÿ (1.16).47(а)зеркало(б)фотодиодделитель пучказеркалоискровойисточникпробныйлазерныйпучокжесткаяпов-тьлазер632 нмструктуры фронтов при отраженииискровойисточникделительпучкаhsphжесткая поверхностьlÐèñ. 2.9.
(à) Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ ïðîôèëÿ äàâëåíèÿ àêóñòè÷åñêîé âîëíû ñ ïîìîùüþ èíòåðôåðîìåòðà Ìàõà-Öåíäåðà. (á) Ñõåìà ñòðóêòóðû ôðîíòîâ,èññëåäóåìîé â ýêñïåðèìåíòå.Ïðèìåð âîññòàíîâëåííîé ñ ïîìîùüþ èíòåðôåðîìåòðà Ìàõà-Öåíäåðà ñòðóêòóðû ïîëÿïðè îòðàæåíèè ïðåäñòàâëåí íà ðèñ. 2.10 (à) äëÿ ñëó÷àÿ l = 25 ñì, ãäå l ðàññòîÿíèå âäîëüïîâåðõíîñòè ìåæäó èñêðîâûì èñòî÷íèêîì è òî÷êîé îòðàæåíèÿ âîëíû (ðèñ. 2.9 (á)). Äàííàÿ êàðòèíà ïðåäñòàâëÿåò ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ïðîôèëåé âîëíû íà ðàññòîÿíèÿõ h îòæ¼ñòêîé ïîâåðõíîñòè â èíòåðâàëå îò 2 äî 30 ìì ñ øàãîì 2 ìì.
Äëÿ êàæäîé ïîçèöèèh èçìåðÿëèñü ïðîôèëè îò 140 ðàçðÿäîâ èñêðîâîãî èñòî÷íèêà, èç êîòîðûõ âïîñëåäñòâèèâûáèðàëñÿ îäèí "ñðåäíèé" ïðîôèëü, òî åñòü ïðîôèëü ñî çíà÷åíèÿìè ïèêîâîãî ïîëîæèòåëüíîãî è îòðèöàòåëüíîãî äàâëåíèé, à òàêæå âðåìåíè ïðèõîäà âîëíû íàèáîëåå áëèçêèìè ê ñðåäíèì çíà÷åíèÿì, âû÷èñëåííûì ïî âñåì èñêðîâûì ðàçðÿäàì. Óðîâíè äàâëåíèÿ ââîëíå ïîêàçàíû öâåòîì; ïî îñè àáñöèññ îòëîæåíî âðåìÿ, ïîýòîìó ñëåâà íàõîäèòñÿ ïåðåäíèé ôðîíò N -âîëíû, ïðèõîäÿùèé ðàíüøå ïî âðåìåíè, à ñïðàâà - çàäíèé ôðîíò. Õîðîøîâèäíî, ÷òî ïåðåäíèé ôðîíò N -âîëíû îòðàæàåòñÿ îò ïîâåðõíîñòè íåðåãóëÿðíûì îáðàçîì íà ðàññòîÿíèÿõ h ≤ 6 ìì ôîðìèðóåòñÿ òîëüêî îäèí ôðîíò ¾íîæêà¿ Ìàõà, êîòîðûé, íà÷èíàÿ ñ ðàññòîÿíèÿ h = 8 ìì, ðàñõîäèòñÿ íà äâà ôðîíòà - ïàäàþùåé è îòðàæåííîé âîëí.Ñòðóêòóðà ïåðåäíåãî ôðîíòà â îêðåñòíîñòè òðîéíîé òî÷êè ïîêàçàíà íà ðèñ.
2.10 (á), ãäåîò÷¼òëèâî íàáëþäàåòñÿ ïðîöåññ ðàçäåëåíèÿ ¾íîæêè¿ Ìàõà íà äâà ôðîíòà. Íåðåãóëÿðíûé õàðàêòåð îòðàæåíèÿ íàáëþäàëñÿ òîëüêî äëÿ ïåðåäíåãî ôðîíòà N -âîëíû; îòðàæåíèåçàäíåãî ôðîíòà ïðîèñõîäèëî ðåãóëÿðíûì îáðàçîì. Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî çàäíèé ôðîíòãåíåðèðóåìîé èñêðîâûì èñòî÷íèêîì âîëíû ÿâëÿåòñÿ áîëåå "ðàçìûòûì" è èìååò ìåíüøèéïåðåïàä äàâëåíèé ïî ñðàâíåíèþ ñ ïåðåäíèì ôðîíòîì.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
