Диссертация (1104104), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Îäíàêî çà ñ÷¼ò ïðîÿâëåíèÿ íåëèíåéíûõ ýôôåêòîâ ïèêîâûå çíà÷åíèÿ äàâëåíèÿ âôîêóñå äàò÷èêà áóäóò íàñûùàòüñÿ. Íà ðèñ. 4.20 ïîêàçàíû êðèâûå íàñûùåíèÿ ïèêîâûõ ïîëîæèòåëüíîãî p+ è îòðèöàòåëüíîãî p− äàâëåíèé äëÿ êîíôèãóðàöèé èç 16, 32, 40, 64 è 128àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ ðåø¼òêè, çíà÷åíèÿ äàâëåíèé áðàëèñü â òî÷êå z = 50 ìì. Ñïëîøíûìèëèíèÿìè ïîêàçàíû êðèâûå, ïîëó÷åííûå â ÷èñëåííîì ðàñ÷¼òå íåëèíåéíîãî ïîëÿ ðåø¼òêè,ìàðêåðàìè ïîêàçàíû äàííûå èçìåðåíèé, âûïîëíåííûõ íà âòîðîì ýòàïå ýêñïåðèìåíòà ñïîìîùüþ îïòîâîëîêîííîãî ãèäðîôîíà.
Çàìåòíî, ÷òî ïðè óðîâíÿõ ïîäàâàåìûõ íà ðåø¼òêó108Давление, МПаíàïðÿæåíèé âûøå 50  óâåëè÷åíèå çíà÷åíèé p+ ïðîèñõîäèò î÷åíü ìåäëåííî. Åñëè ñ÷èòàòü,÷òî íàñûùåíèå p+ íàñòóïàåò, êîãäà ïðîèçâîäíûå êðèâûõ íàñûùåíèÿ ñòàíîâÿòñÿ ìåíüøå5% îò ñâîèõ ìàêñèìàëüíûõ çíà÷åíèé, òî óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ 50  êàê ðàç áóäåò ñîîòâåòñòâîâàòü ýòîìó ïîðîãó. Òàêèì îáðàçîì, òîëêàíèå ïî÷å÷íûõ êàìíåé àêóñòè÷åñêîé ðàäèàöèîííîé ñèëîé óëüòðàçâóêîâîãî ïó÷êà äèàãíîñòè÷åñêîãî äàò÷èêà îêàçûâàåòñÿ ïðîèñõîäÿùèìâ ðåæèìå íàñûùåíèÿ, à ïðåäåëüíî äîñòèæèìûå çíà÷åíèÿ ïèêîâîãî ïîëîæèòåëüíîãî äàâëåíèÿ â òî÷êå ýëåêòðîííîãî ôîêóñà ðåø¼òêè îãðàíè÷åíû - äëÿ 64 çàïèòûâàåìûõ ýëåìåíòîâïðåäåëüíàÿ âåëè÷èíà p+ ñîñòàâëÿåò îêîëî 20 ÌÏà, à äëÿ 32 ýëåìåíòîâ - îêîëî 10 ÌÏà.Ïèêîâûå îòðèöàòåëüíûå äàâëåíèÿ p− íå èìåþò ÿðêî âûðàæåííîãî âûõîäà íà ïîñòîÿííûéóðîâåíü è âî âñåì äèàïàçîíå íàïðÿæåíèé ìîíîòîííî óáûâàþò.
Ìèíèìàëüíûå çíà÷åíèÿ p−â ïîëÿõ äèàãíîñòè÷åñêîé ðåø¼òêè äîñòèãàþòñÿ â ñëó÷àå êîíôèãóðàöèè èç 128 ýëåìåíòîâè ñîñòàâëÿþò -10 ÌÏà.Èçìåíåíèå ïðîôèëåé âîëíû â òî÷êå155В40 элементовz = 50 ìì ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ ïîäàâàåìîãî10 В15 В10íàïðÿæåíèÿ ìîæíî ïðîñëåäèòü íà ðèñ. 4.2120 В30 Вäëÿ ñëó÷àÿ çàïèòûâàíèÿ 40 ýëåìåíòîâ ðåø¼ò540 В60 Вêè. Õîðîøî âèäíî, êàê èçíà÷àëüíî ãàðìîíè90 В0÷åñêàÿ âîëíà (ïðîôèëü ïðè 5 Â) íåñèììåòðè÷íûì îáðàçîì èñêàæàåòñÿ ïî ìåðå óâåëè−5÷åíèÿ å¼ àìïëèòóäû è â èòîãå ïðåâðàùàåòñÿ49.449.649.850Время, мксâ ïèëîîáðàçíóþ âîëíó ñ óäàðíûì ôðîíòîì(ïðîôèëü ïðè 90 Â), ïðè÷¼ì èçìåíåíèÿ â ïðîÐèñ. 4.21. Ïðîôèëè äàâëåíèÿ âîëíû â ôîêóñå èçëó÷àòåëÿ (z = 50 ìì), ïîëó÷åííûåôèëÿõ âîëíû â ðåæèìå íàñûùåíèÿ îêàçûâàâ íåëèíåéíîì ìîäåëèðîâàíèè äëÿ 40 àêòèâþòñÿ ìèíèìàëüíûìè (ïðîôèëè ïðè 60 è 90 Âíûõ ýëåìåíòîâ ðåø¼òêè.íà ðèñóíêå).Èçìåðåíèÿ âðåìåííûõ ïðîôèëåé âîëí â áîëüøîì îáú¼ìå ïðîñòðàíñòâà è ñ ìåëêèìïðîñòðàíñòâåííûì øàãîì ÿâëÿåòñÿ òðóäî¼ìêèì ïðîöåññîì.
×èñëåííîå ìîäåëèðîâàíèå ïîçâîëèëî ïîäðîáíî èññëåäîâàòü ïðîñòðàíñòâåííóþ ñòðóêòóðó íåëèíåéíîãî óëüòðàçâóêîâîãîïîëÿ äèàãíîñòè÷åñêîãî äàò÷èêà ñ ïðîñòðàíñòâåííûì øàãîì â 5 ðàç ìåíüøèì ðàçìåðà ãèäðîôîíà, ïðè÷¼ì ðàñ÷¼òû ïðîèçâîäèëèñü äëÿ âñåãî äèàïàçîíà ïîäàâàåìûõ íà äàò÷èê íàïðÿæåíèé. Ðàññìîòðèì ñíà÷àëà ðåçóëüòàòû íåëèíåéíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ðàñïðåäåëåíèéïèêîâûõ äàâëåíèé âäîëü îñè èçëó÷àòåëÿ ïðè ðàçëè÷íîì ÷èñëå çàïèòûâàåìûõ ýëåìåíòîâðåø¼òêè (ðèñ. 4.22). Ïðè èñïîëüçîâàíèè 16 àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ ðåø¼òêè ïó÷îê ÿâëÿåòñÿóçêèì â íàïðàâëåíèè îñè x, åãî ôîêóñèðîâêà ïðîèñõîäèò ìåíåå ýôôåêòèâíî, ÷åì ïðè èñïîëüçîâàíèè áîëüøåãî ÷èñëà ýëåìåíòîâ, à óðîâíè ïèêîâûõ äàâëåíèé â òî÷êå z = 50 ììýëåêòðîííîé ôîêóñèðîâêè ïó÷êà è â ïðåäôîêàëüíîì ìàêñèìóìå îòëè÷àþòñÿ íå áîëåå, ÷åìâ 2 ðàçà.
Ïðè èñïîëüçîâàíèè ðåæèìà çàïèòûâàíèÿ 40 ýëåìåíòîâ ðåø¼òêè íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü íàëè÷èå ñóùåñòâåííîãî ñäâèãà ïðåäåëüíûõ çíà÷åíèé ïèêîâûõ äàâëåíèé èç òî÷êèz = 50 ìì ïðåäïîëàãàåìîé ãëóáèíû ôîêóñèðîâêè ïó÷êà. Ñìåùåíèå ìàêñèìóìà ïèêîâîãî1091015Давление, МПа861435105015 В20 В25 В30 В050 В−2p-16 элементов60 Вp-−570 В40 элементов−1080 В90 В6020Давление, МПа4540 В0501540103020p+5100p+0−5−1040p+52−610 В13p+4−4напряжение5В15p64 элемента0p-−102040Z,мм6080100−20128 элементов02040Z,60мм80100Ðèñ. 4.22. Ðàñïðåäåëåíèÿ ïèêîâûõ äàâëåíèé âäîëü îñè èçëó÷àòåëÿ, ïîëó÷åííûå â ÷èñëåííîììîäåëèðîâàíèè ïðè ðàçëè÷íîì ÷èñëå çàïèòûâàåìûõ ýëåìåíòîâ ðåø¼òêè.ïîëîæèòåëüíîãî äàâëåíèÿ ñíà÷àëà ïðîèñõîäèò â ñòîðîíó îò èçëó÷àòåëÿ, à ïîòîì íàîáîðîòê èçëó÷àòåëþ, ñäâèã ôîêóñà ïðè óðîâíå íàïðÿæåíèÿ 90  ñîñòàâëÿåò îêîëî 1 ñì. Àíàëîãè÷íûé ýôôåêò îáñóæäàëñÿ â ãëàâå 3 ( 3.4) ïðè ðàññìîòðåíèè ôîêóñèðîâêè èìïóëüñíûõïîëåé.
Òàêæå â ãëàâå 3 ( 3.4) îáñóæäàëàñü âîçìîæíîñòü íàáëþäåíèÿ ðåçêèõ è óçêèõ ïèêîâíà ðàñïðåäåëåíèè p+ â äîôîêàëüíîé îáëàñòè ïåðèîäè÷åñêîãî ïîëÿ.  ïîëå äèàãíîñòè÷åñêîéðåø¼òêè äàííàÿ îñîáåííîñòü íàáëþäàëàñü â ñëó÷àå 40 àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ ïðè óðîâíÿõíàïðÿæåíèé, ñîîòâåòñòâóþùèõ ðåæèìó íàñûùåíèÿ p+ (ïîêàçàíî êðóïíûì ïëàíîì íà óãëîâîé âêëàäêå ðèñ. 4.22).
Ìèíèìóì ïèêîâîãî îòðèöàòåëüíîãî äàâëåíèÿ p− ñìåùàåòñÿ ïîìåðå óâåëè÷åíèÿ àìïëèòóäû âîëíû â ñòîðîíó èçëó÷àòåëÿ.  ñëó÷àå èñïîëüçîâàíèÿ âñåõ128 ýëåìåíòîâ ðåø¼òêè ôîêóñèðîâêà ïðîèñõîäèò ïðàêòè÷åñêè òî÷íî â òî÷êó ýëåêòðîííîéôîêóñèðîâêè z = 50 ìì.Ðàññìîòðèì, êàê ìåíÿþòñÿ ïðîñòðàíñòâåííûå ñòðóêòóðû ïîëåé ïèêîâûõ äàâëåíèé âïëîñêîñòè èçëó÷àòåëÿ ïðè ðàçëè÷íîì ïîäàâàåìîì íà ðåø¼òêó íàïðÿæåíèè.
Íà ðèñ. 4.23ïîêàçàíû äâóìåðíûå ðàñïðåäåëåíèÿ p+ è p− â ïëîñêîñòè ýëåêòðîííîé ôîêóñèðîâêè ïó÷êàâ ñëó÷àå èñïîëüçîâàíèÿ 40 àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ ðåø¼òêè.  ïåðâîì ñòîëáöå ïðåäñòàâëåíû ðàñïðåäåëåíèÿ, ñîîòâåòñòâóþùèå êâàçèëèíåéíîìó ðåæèìó ôîêóñèðîâêè (15 Â), êîãäàïðîôèëü âîëíû åù¼ íå ñèëüíî èñêàæåí (ñì. ðèñ. 4.21) è ðàçðûâ íå îáðàçîâàëñÿ. Ðàñïðåäå110Распределение пикового положительного давления (40 элементов)p+ (МПа)0.51p+ (МПа)1.524p+ (МПа)646810 12 14x (мм)100−1002040z (мм)600802040z (мм)60800204060z (мм)80Распределение пикового отрицательного давления (40 элементов)|p- |(МПа)|p- |(МПа) 0.4 0.6 0.8 1 1.2 |p- |(МПа)23411.525x (мм)100−100204060080204060800204060z (мм)z (мм)z (мм)Квазилинейный режим(15 В)Нелинейный режим(30 В)Режим насыщения(80 В)80Ðèñ. 4.23.
Ñðàâíåíèå äâóìåðíûõ ðàñïðåäåëåíèé ïèêîâîãî ïîëîæèòåëüíîãî è îòðèöàòåëüíîãî äàâëåíèé â ïëîñêîñòè èçëó÷àòåëÿ ïðè ðàçëè÷íîì ïîäàâàåìîì íà ðåø¼òêó íàïðÿæåíèè âñëó÷àå çàïèòûâàíèÿ 40 ýëåìåíòîâ ðåø¼òêè.Распределения пикового положительного давления в режиме насыщения (60 В)p+ (МПа)1234p+ (МПа)5468101214p+ (МПа) 10203040x (мм)−100y (мм)10−100100204060080z (мм)2040z (мм)6080z (мм)Распределения пикового отрицательного давления в режиме насыщения (60 В)x (мм)|p- |(МПа)12|p- |(МПа)3234|p- |(МПа)5468−100y (мм)10−100100204060z (мм)16 элементов800204060800204060z (мм)z (мм)40 элементов128 элементов80Ðèñ. 4.24.
Ñðàâíåíèå äâóìåðíûõ ðàñïðåäåëåíèé ïèêîâîãî ïîëîæèòåëüíîãî è îòðèöàòåëüíîãî äàâëåíèé â ðåæèìå íàñûùåíèÿ ïðè ïîäàâàåìîì íà ðåø¼òêó íàïðÿæåíèè ðàâíîì 60 Â.Ðàñïðåäåëåíèÿ ïîñòðîåíû äëÿ êîíôèãóðàöèé èç 16, 40 è 128 àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ ðåø¼òêè.ëåíèÿ ïèêîâûõ äàâëåíèé p+ è p− â ýòîì ðåæèìå ïîõîæè ïî ñòðóêòóðå, îäíàêî ôîêàëüíàÿîáëàñòü p+ èìååò áîëüøóþ ïðîòÿæåííîñòü âäîëü îñè èçëó÷àòåëÿ z è íàõîäèòñÿ äàëüøå111îò ïîâåðõíîñòè ðåø¼òêè, ÷åì ôîêàëüíàÿ îáëàñòü p− . Âî âòîðîì ñòîëáöå ïîêàçàíû ðàñïðåäåëåíèÿ â íåëèíåéíîì ðåæèìå (30 Â), êîãäà â ïðîôèëå âîëíû óæå îáðàçîâàëñÿ ðàçðûâ(ñì. ðèñ. 4.21), à ðàñïðåäåëåíèÿ â ïîñëåäíåì ñòîëáöå ñîîòâåòñòâóþò ðåæèìó íàñûùåíèÿïàðàìåòðîâ ïîëÿ (80 Â). Ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ, ïîäàâàåìîãî íà ðåø¼òêó, ôîêàëüíàÿ îáëàñòü p+ óìåíüøàåòñÿ â ðàçìåðàõ, îñòàâàÿñü ïðè ýòîì ñèëüíî âûòÿíóòîé âäîëüîñè èçëó÷àòåëÿ z .
Èíòåðåñíî, ÷òî ïðèíöèïèàëüíûõ èçìåíåíèé â ðàñïðåäåëåíèè p− ïî ìåðåóâåëè÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ íå ïðîèñõîäèò - âîçðàñòàþò òîëüêî óðîâíè äàâëåíèÿ è ïðîèñõîäèòíåáîëüøîå (â ïðåäåëàõ 2-3 ìì) ñìåùåíèå ôîêàëüíîé îáëàñòè p− â ñòîðîíó ê èçëó÷àòåëþ.Ñðàâíåíèå äâóìåðíûõ ðàñïðåäåëåíèé ïèêîâûõ ïîëîæèòåëüíîãî p+ è îòðèöàòåëüíîãî p− äàâëåíèé â ðåæèìå íàñûùåíèÿ ïàðàìåòðîâ ïîëÿ ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 4.24 äëÿêîíôèãóðàöèé èç 16, 40 è 128 àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ ðåø¼òêè. Õîðîøî âèäíî, êàê ïî ìåðåóâåëè÷åíèÿ ÷èñëà àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ ðåçêî óìåíüøàåòñÿ ðàçìåð ôîêàëüíîé îáëàñòè p+â ïëîñêîñòè xz ýëåêòðîííîé ôîêóñèðîâêè ïó÷êà.
 ñëó÷àå èçëó÷åíèÿ ïîëÿ âñåé ïîâåðõíîñòüþ äèàãíîñòè÷åñêîé ðåø¼òêè ðàçìåð ôîêàëüíîé îáëàñòè p+ âäîëü îñè x ñîñòàâëÿåò âñåãî50 ìêì, ÷òî â 2 ðàçà ìåíüøå ðàçìåðà ïîâåðõíîñòè ãèäðîôîíà (100 ìêì). Ñòîëü ìàëûé ðàçìåð ôîêàëüíîé îáëàñòè è ðåçêèé ïåðåïàä äàâëåíèÿ ïðè âûõîäå çà å¼ ïðåäåëû ñòàëè ïðè÷èíîé çíà÷èòåëüíîãî ðàñõîæäåíèÿ (35%) ìåæäó ïðîôèëÿìè, èçìåðåííûìè ñ ïîìîùüþ ãèäðîôîíà è ðàññ÷èòàííûõ ÷èñëåííî (ñì. ðèñ.
4.20, ñëó÷àé 128 ýëåìåíòîâ è ðèñ. 4.19). Ñèëüíûåèçìåíåíèÿ ïðè óâåëè÷åíèè ÷èñëà àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ ïðîèñõîäÿò òàêæå è â ïëîñêîñòè yzôîêóñèðîâêè ïó÷êà ñ ïîìîùüþ àêóñòè÷åñêîé ëèíçû - ðàçìåðû ôîêàëüíîé îáëàñòè ðåçêîóìåíüøàþòñÿ âäîëü îñè èçëó÷àòåëÿ, îäíàêî îñòàþòñÿ ïî÷òè íåèçìåííûìè â íàïðàâëåíèèîñè y .  êà÷åñòâå îáùåãî âûâîäà ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî ïðè çàïèòûâàíèè áîëüøåãî ÷èñëàýëåìåíòîâ ðåø¼òêè â ðåæèìå íàñûùåíèÿ ôîêàëüíûå îáëàñòè ïèêîâûõ ïîëîæèòåëüíîãî èîòðèöàòåëüíîãî äàâëåíèé ñìåùàþòñÿ â ñòîðîíó îò èçëó÷àòåëÿ, ëîêàëèçóþòñÿ â ìåíüøåéîáëàñòè ïðîñòðàíñòâà è ñîäåðæàò áîëåå âûñîêèå óðîâíè ïèêîâûõ äàâëåíèé.4.4. Âûâîäû ê ÷åòâ¼ðòîé ãëàâåÈññëåäîâàíû íåëèíåéíûå ýôôåêòû â ïîëå ìåäèöèíñêîãî óñòðîéñòâà óäàðíî-âîëíîâîé òåðàïèè Duolith SD1 äëÿ ðàçëè÷íûõ ðåæèìîâ ðàáîòû èçëó÷àòåëÿ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
