Диссертация (1104104), страница 4
Текст из файла (страница 4)
 2.3 ïðåäñòàâëåíà ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà, ñîçäàííàÿ â Âûñøåé öåíòðàëüíîé øêîëå ã. Ëèîíà (Ôðàíöèÿ), ïîçâîëÿþùàÿ îïòè÷åñêè âèçóàëèçèðîâàòü ïðîñòðàíñòâåííûå ñòðóêòóðû òèïà ¾íîæêè¿ Ìàõà,ôîðìèðóþùèåñÿ âáëèçè ïîâåðõíîñòè ïðè îòðàæåíèè N -âîëíû. Ïðåäñòàâëåíû ïîëó÷åííûåøëèðåí-èçîáðàæåíèÿ äèíàìè÷åñêîãî íåðåãóëÿðíîãî îòðàæåíèÿ N -âîëíû îò ïîâåðõíîñòè. 2.4 ïðèâåäåíà ñõåìà ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêè ñ èñïîëüçîâàíèåì èíòåðôåðîìåòðà Ìàõà-Öåíäåðà äëÿ êîëè÷åñòâåííîãî èçìåðåíèé ïðîôèëåé N -âîëíû ïðè íåëèíåéíîìîòðàæåíèè è ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé.
 2.5 îáñóæäàåòñÿ íåëèíåéíîå âçàèìîäåéñòâèå îòðàæ¼ííîãî ïåðåäíåãî è ïàäàþùåãî çàäíåãî ôðîíòîâ N -âîëíû, ïðèâîäÿùåå êâîçíèêíîâåíèþ îáëàñòåé âûñîêîãî äàâëåíèÿ è îáðàçîâàíèþ ñòðóêòóð òèïà ¾íîæêè¿ Ìàõàíàä æ¼ñòêîé ïîâåðõíîñòüþ.  2.6 ïðåäñòàâëåíû âûâîäû ãëàâû 2. òðåòüåé ãëàâå ðàññìàòðèâàþòñÿ ìåõàíèçìû íàñûùåíèÿ ïàðàìåòðîâ ðàçðûâíûõâîëí ïðè ôîêóñèðîâêå èìïóëüñíûõ è ïåðèîäè÷åñêèõ ñèãíàëîâ èñòî÷íèêîâ ìîùíîãî óëüòðàçâóêà.  3.1 ïðèâåäåíû èçâåñòíûå àíàëèòè÷åñêèå ïîäõîäû, êîòîðûå èñïîëüçîâàëèñü12ðàçëè÷íûìè àâòîðàìè äëÿ ðàñ÷¼òà ïðåäåëüíûõ äàâëåíèé, äîñòèãàåìûõ â ïåðèîäè÷åñêèõè èìïóëüñíûõ ïîëÿõ, à òàêæå îáñóæäàåòñÿ âîçìîæíîñòü ôîðìèðîâàíèÿ ñòðóêòóð òèïà¾íîæêè¿ Ìàõà, îáðàçóþùèõñÿ âáëèçè îñè ïó÷êà ïðè åãî ôîêóñèðîâêå.  3.2 îïèñûâàåòñÿòåîðåòè÷åñêàÿ ìîäåëü íà îñíîâå óðàâíåíèÿ ÕÇÊ äëÿ ÷èñëåííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ïåðèîäè÷åñêèõ è èìïóëüñíûõ ôîêóñèðîâàííûõ íåëèíåéíûõ ïó÷êîâ, ñîçäàâàåìûõ ïîðøíåâûì ëèáî ãàóññîâñêèì èçëó÷àòåëÿìè.
 3.3 îáñóæäàåòñÿ âëèÿíèå âðåìåííîé ñòðóêòóðû ñèãíàëàíà âåëè÷èíû ïðåäåëüíî äîñòèæèìûõ ïàðàìåòðîâ ôîêóñèðîâàííûõ ïîëåé. Ïîêàçûâàåòñÿ,÷òî â ïåðèîäè÷åñêèõ ïîëÿõ äîñòèãàþòñÿ áîëåå âûñîêèå óðîâíè ïèêîâûõ äàâëåíèé. 3.4ïîñâÿù¼í âëèÿíèþ àïîäèçàöèè ïîëÿ íà èçëó÷àòåëå íà ïðîñòðàíñòâåííóþ ñòðóêòóðó è ïðåäåëüíûå çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ ôîêóñèðîâàííûõ ïîëåé.  3.5 â ðàìêàõ óðàâíåíèÿ ÕÇÊðàññìàòðèâàåòñÿ âçàèìîäåéñòâèå óäàðíûõ ôðîíòîâ ïðè ôîêóñèðîâêå, ïðèâîäÿùåå ê îáðàçîâàíèþ ïðîñòðàíñòâåííûõ ñòðóêòóð, àíàëîãè÷íûõ âîçíèêàþùèì ïðè îòðàæåíèè ñëàáûõóäàðíûõ âîëí îò æ¼ñòêîé ïîâåðõíîñòè.
 3.6 ïðåäñòàâëåíû âûâîäû ãëàâû 3.×åòâåðòàÿ ãëàâà ïîñâÿùåíà õàðàêòåðèçàöèè íåëèíåéíûõ ôîêóñèðîâàííûõ óëüòðàçâóêîâûõ ïîëåé èçëó÷àòåëåé íîâûõ ìåäèöèíñêèõ óñòðîéñòâ óäàðíî-âîëíîâîé òåðàïèè èäèàãíîñòè÷åñêîãî óëüòðàçâóêà.  4.1 äà¼òñÿ îáçîð ïî ïåðñïåêòèâàì ïðèìåíåíèÿ ìåòîäîâóäàðíî-âîëíîâîé òåðàïèè äëÿ ëå÷åíèÿ çàáîëåâàíèé êîñòíî-ìûøå÷íîé ñèñòåìû è ìåòîäàòîëêàíèÿ ïî÷å÷íûõ êàìíåé ñ ïîìîùüþ àêóñòè÷åñêîé ðàäèàöèîííîé ñèëîé óëüòðàçâóêîâîãî ïó÷êà äëÿ ëå÷åíèÿ ìî÷åêàìåííîé áîëåçíè.
Îáîñíîâûâàåòñÿ âàæíîñòü ìîäåëèðîâàíèÿíåëèíåéíûõ ïîëåé ìåäèöèíñêèõ óñòðîéñòâ, èñïîëüçóþùèõñÿ â ýòèõ ìåäèöèíñêèõ ïðèëîæåíèÿõ.  4.2 íà îñíîâå êîìïëåêñíîãî ïîäõîäà, çàêëþ÷àþùåãîñÿ â èñïîëüçîâàíèè ìåòîäîâ ÷èñëåííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ñ ãðàíè÷íûìè óñëîâèÿìè, ïîëó÷åííûìè èç ýêñïåðèìåíòà, èññëåäóþòñÿ íåëèíåéíûå ýôôåêòû â ôîêóñèðîâàííîì ïîëå ìåäèöèíñêîãî óñòðîéñòâàóäàðíî-âîëíîâîé òåðàïèè Duolith SD1.  4.3 êîìïëåêñíûé ïîäõîä èñïîëüçóåòñÿ äëÿ îïèñàíèÿ îñîáåííîñòåé ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííîé ñòðóêòóðû íåëèíåéíîãî óëüòðàçâóêîâîãîïîëÿ ñòàíäàðòíîé äèàãíîñòè÷åñêîé ðåø¼òêè Philips Ñ5-2, ïðèìåíÿåìîé â êëèíè÷åñêèõ ýêñïåðèìåíòàõ ïî òîëêàíèþ ïî÷å÷íûõ êàìíåé.
 4.4 ïðåäñòàâëåíû âûâîäû ãëàâû 4. çàêëþ÷åíèè êðàòêî ôîðìóëèðóþòñÿ îñíîâíûå ðåçóëüòàòû è âûâîäû ðàáîòû.13Ãëàâà 1Èçìåðåíèå ïðîôèëÿ ñôåðè÷åñêîé N -âîëíû â âîçäóõå ñïîìîùüþ îïòè÷åñêèõ ìåòîäîâ: øëèðåí-ìåòîäà èèíòåðôåðîìåòðèè ïî ñõåìå Ìàõà-Öåíäåðà1.1. ÂâåäåíèåÌîùíûå êîðîòêèå àêóñòè÷åñêèå èìïóëüñû ñ óðîâíÿìè äàâëåíèÿ â íåñêîëüêî êÏàè äëèòåëüíîñòüþ â íåñêîëüêî äåñÿòêîâ ìèêðîñåêóíä øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ â ëàáîðàòîðíûõ ýêñïåðèìåíòàõ ïî èçó÷åíèþ ðàñïðîñòðàíåíèÿ â àòìîñôåðå âîëíû çâóêîâîãî óäàðà[4248].
Òàêæå òàêèå èìïóëüñû ïðèìåíÿþòñÿ â êà÷åñòâå øèðîêîïîëîñíîãî ñèãíàëà â çàäà÷àõ, ñâÿçàííûõ ñ àêóñòè÷åñêîé ýêîëîãèåé è áîðüáîé ñ ãîðîäñêèìè øóìàìè [4951], è âçàäà÷àõ àðõèòåêòóðíîé àêóñòèêè [49]. ×òîáû ñãåíåðèðîâàòü âûñîêîàìïëèòóäíûé êîðîòêèéèìïóëüñ â âîçäóõå, íóæíî ñîçäàòü êîðîòêîå ïî äëèòåëüíîñòè, íî áîëüøîå ïî àìïëèòóäåàêóñòè÷åñêîå âîçìóùåíèå äàâëåíèÿ. Äëÿ ýòîé öåëè ìîæíî èñïîëüçîâàòü ýëåêòðè÷åñêèéèñêðîâîé èñòî÷íèê [11, 52], ôîêóñèðîâàííûé ëàçåðíûé ïó÷îê [53] èëè, íàïðèìåð, âçðûâ÷àòûå âåùåñòâà [10]. Íà÷àëüíàÿ ôîðìà ñîçäàâàåìûõ òàêèì îáðàçîì âîçìóùåíèé íå âñåãäàèçâåñòíà, îäíàêî ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî çà ñ÷¼ò ïðåâàëèðîâàíèÿ íåëèíåéíûõ ýôôåêòîâ èñõîäíûéèìïóëüñ óæå íà ïåðâûõ ñàíòèìåòðàõ ñâîåãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ ïðåâðàùàåòñÿ â N -âîëíó.Ñëåäóÿ ñëîæèâøåéñÿ òåðìèíîëîãèè, áóäåì íàçûâàòü èìïóëüñû, âîçáóæäàåìûå èñêðîâûìè èñòî÷íèêàìè, N -âîëíàìè.Ïðîáëåìà ðàñïðîñòðàíåíèÿ N -âîëí â àòìîñôåðå èìååò áîëüøóþ ïðàêòè÷åñêóþ öåííîñòü â ñâÿçè ñ ðàçâèòèåì ñâåðõçâóêîâîé ãðàæäàíñêîé àâèàöèè.
Îäíàêî ýêñïåðèìåíòàëüíîå èññëåäîâàíèå ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëíû çâóêîâîãî óäàðà â íàòóðíûõ ýêñïåðèìåíòàõ ÿâëÿåòñÿ ñëîæíûì è äîðîãîñòîÿùèì ïðîåêòîì [54, 55], êðîìå òîãî, èìåþùèì ðÿä ïðèíöèïèàëüíûõ íåäîñòàòêîâ, òàêèõ êàê íåâîçìîæíîñòü êîíòðîëÿ ïàðàìåòðîâ àòìîñôåðíûõóñëîâèé è òóðáóëåíòíîñòè íà ïóòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëíû [56, 57].
 êà÷åñòâå àëüòåðíàòèâû ïîëåâûì èçìåðåíèÿì, ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ N -âîëíîáû÷íî ïðîâîäÿòñÿ â ëàáîðàòîðíûõ óñëîâèÿõ, â êîòîðûõ ïàðàìåòðû èñòî÷íèêà è ñðåäûðàñïðîñòðàíåíèÿ õîðîøî êîíòðîëèðóþòñÿ. Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî ìîäåëüíûå ýêñïåðèìåíòûíå âîñïðîèçâîäÿò ãåîìåòðèþ èñòî÷íèêà: âìåñòî N -âîëíû ñ êîíè÷åñêèì ôðîíòîì îáû÷íîãåíåðèðóþòñÿ ñôåðè÷åñêèå N -âîëíû, è íå ïîëíîñòüþ ñîîòâåòñòâóþò óñëîâèÿì ðåàëüíîéàòìîñôåðû, îíè èìåþò áîëüøîå çíà÷åíèå äëÿ ïîíèìàíèÿ ôóíäàìåíòàëüíûõ ñâîéñòâ íåëèíåéíîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ N -âîëíû êàê òàêîâîé.Ïðåæäå ÷åì èññëåäîâàòü ðàñïðîñòðàíåíèå N -âîëíû â ñëîæíûõ ñëó÷àÿõ, ñíà÷àëàíåîáõîäèìî óìåòü ñ õîðîøåé òî÷íîñòüþ èçìåðÿòü ïàðàìåòðû N -âîëíû â îäíîðîäíîé ñðåäå.Îêàçûâàåòñÿ, ÷òî ïðîôèëü âîçáóæäàåìîãî èñêðîâûì èñòî÷íèêîì èìïóëüñà õîòü è íàçû14âàåòñÿ N -âîëíîé, íà ñàìîì äåëå ÿâëÿåòñÿ íåñèììåòðè÷íûì è èìååò ðàçíûå øèðèíû èïèêîâûå äàâëåíèÿ ïåðåäíåãî è çàäíåãî ôðîíòîâ.
Èçìåðåíèÿ ðåàëüíîãî ïðîôèëÿ èçëó÷àåìîé "N -âîëíû" èìåþò áîëüøîå çíà÷åíèå äëÿ ïîñòàíîâêè ãðàíè÷íûõ óñëîâèé â ÷èñëåííîììîäåëèðîâàíèè ðàñïðîñòðàíåíèÿ N -âîëí â òóðáóëåíòíîé àòìîñôåðå è â ïðèñóòñòâèè îòðàæàþùèõ ãðàíèö. Íà äàííûé ìîìåíò â ÷èñëåííûõ ýêñïåðèìåíòàõ äëÿ ïîñòàíîâêè ãðàíè÷íîãî óñëîâèÿ èñïîëüçóåòñÿ ïðèáëèæåíèå èäåàëüíîé N -âîëíû [11, 58]. Òàêîå óïðîùåííîåïðèáëèæåíèå ìîæåò ïðèâåñòè ê ñóùåñòâåííûì îòêëîíåíèÿì îò ðåàëüíîé ñòðóêòóðû ïîëÿ, îñîáåííî ïðè ïðîõîæäåíèè âîëíîé êàóñòèê, êîãäà ðåçóëüòèðóþùèé ïðîôèëü âîëíûîïðåäåëÿåòñÿ ïðîèçâîäíîé íà÷àëüíîãî ïðîôèëÿ [42, 58].
Òàêæå ïðîáëåìà òî÷íûõ èçìåðåíèé ïàðàìåòðîâ N -âîëíû ÿâëÿåòñÿ âàæíîé äëÿ èññëåäîâàíèÿ ýêîëîãè÷åñêîãî âîçäåéñòâèÿâîëíû çâóêîâîãî óäàðà, òàê êàê å¼ øóìîâîå âîñïðèÿòèå âî ìíîãîì îïðåäåëÿåòñÿ øèðèíîéóäàðíûõ ôðîíòîâ, èõ àìïëèòóäîé è äëèòåëüíîñòüþ ñèãíàëà [59, 60].Ðàñïðîñòðàíåíèå N -âîëíû îò èñêðîâîãî èñòî÷íèêà â âîçäóõå íàèáîëåå ïîëíî ýêñïåðèìåíòàëüíî èññëåäîâàëîñü äâóìÿ íàó÷íûìè ãðóïïàìè: Ðàéòîì ñ ñîàâòîðàìè [ 52, 61, 62]è Þëäàøåâûì ñ ñîàâòîðàìè [11, 63].
Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî èìè áûë ïðåäëîæåí ðÿä ìåòîäîâ äëÿ êàëèáðîâêè èñêðîâûõ èñòî÷íèêîâ, òî÷íîñòü èçìåðåíèé ïðîôèëÿ N -âîëíû äîñèõ ïîð âåñüìà îãðàíè÷åíà. Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûì ìåòîäîì èçìåðåíèé ïðîôèëåéN -âîëí ÿâëÿåòñÿ ìèêðîôîííûé ìåòîä. Îäíàêî ÷àñòîòíûé äèàïàçîí ñîâðåìåííûõ âûñîêî÷àñòîòíûõ êîíäåíñàòîðíûõ ìèêðîôîíîâ íå ïðåâûøàåò 150 êÃö ïî óðîâíþ -3 äÁ, â òîâðåìÿ êàê ñïåêòð N -âîëíû äîõîäèò äî 1 ÌÃö. Êðîìå òîãî, êàëèáðîâêà ìèêðîôîíîâ íàâûñîêèõ ÷àñòîòàõ ÷àñòî ÿâëÿåòñÿ íåòî÷íîé, à èçìåðåííûé ìèêðîôîíîì ñèãíàë ñèëüíîçàâèñèò îò ñïîñîáà ìîíòàæà ìèêðîôîíà.
Ýòî ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííûì èñêàæåíèÿì âïðîôèëå èçìåðåííîé âîëíû, îñîáåííî â îáëàñòè óäàðíîãî ôðîíòà [11, 63].  áîëüøèíñòâåñëó÷àåâ îöåíèòü òåîðåòè÷åñêè âíîñèìûå èñêàæåíèÿ íå ïðåäñòàâëÿåòñÿ âîçìîæíûì. Áîëååòîãî, èçìåðåíèÿ ìèêðîôîíîì âáëèçè èñêðîâîãî èñòî÷íèêà îêàçûâàþòñÿ íåâîçìîæíûìè,ïîñêîëüêó âûñîêèå óðîâíè äàâëåíèÿ (5-7 êÏà), âî-ïåðâûõ, ìîãóò ïîâðåäèòü ìåìáðàíó ìèêðîôîíà, âî-âòîðûõ, îòêëèê ìèêðîôîíà ïðè òàêèõ óðîâíÿõ äàâëåíèÿ íåëèíååí. Îòìåòèìòàêæå, ÷òî äëÿ àêóñòè÷åñêèõ èçìåðåíèé âûñîêîàìïëèòóäíûõ âîëí (> 100 êÏà) ïðåäíàçíà÷åíû ïüåçîýëåêòðè÷åñêèå äèíàìè÷åñêèå ñåíñîðû, íî èõ îñíîâíûì íåäîñòàòêîì ÿâëÿåòñÿíèçêàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü (14,5 ìÂ/êÏà) è ðàçðåøåíèå (3,4 Ïà äëÿ ìîäåëè 113B28 PCBPiezotronics).Àëüòåðíàòèâíûì ñïîñîáîì èçìåðåíèÿ óäàðíûõ èìïóëüñîâ â îäíîðîäíîé ñðåäå ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå îïòè÷åñêèõ ìåòîäîâ âìåñòî ïðÿìûõ èçìåðåíèé ìèêðîôîíàìè.
Âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ îïòè÷åñêèõ ñèñòåì äëÿ àêóñòè÷åñêèõ èçìåðåíèé îñíîâàíà íà òîì,÷òî ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè àêóñòè÷åñêîé âîëíû â ñðåäå ñîçäàþòñÿ îáëàñòè ðàçðåæåíèÿ èñæàòèÿ, ïðèâîäÿùèå ê ëîêàëüíûì èçìåíåíèÿì ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ ñðåäû, òî åñòüê âîçíèêíîâåíèþ îïòè÷åñêèõ íåîäíîðîäíîñòåé.  ðåçóëüòàòå ïðè ïðîõîæäåíèè ñâåòîâîãî ëó÷à ÷åðåç àêóñòè÷åñêóþ âîëíó áóäåò ïðîèñõîäèòü åãî îòêëîíåíèå îò ïåðâîíà÷àëüíîéòðàåêòîðèè è èçìåíÿòüñÿ ôàçà.15Îïòè÷åñêèå ìåòîäèêè èññëåäîâàíèÿ àêóñòè÷åñêèõ âîëí, ñîäåðæàùèõ óäàðíûå ôðîíòû, øèðîêî ïðåäñòàâëåíû â ëèòåðàòóðå [6472]. Èõ ìîæíî ðàçäåëèòü íà òðè ãðóïïû:òåíåâûå ìåòîäû, øëèðåí-ìåòîäû è ìåòîäû èíòåðôåðîìåòðèè. Áîëüøèíñòâî ïîëó÷åííûõîïòè÷åñêèìè ìåòîäàìè ðåçóëüòàòîâ îòíîñèòñÿ ê èçìåðåíèÿì ñèëüíûõ óäàðíûõ ôðîíòîâ,îáðàçóþùèõñÿ â ñâåðõçâóêîâûõ ïîòîêàõ, ïðè ýòîì øèðèíà óäàðíîãî ôðîíòà îöåíèâàåòñÿêîñâåííûì îáðàçîì ïî ñêîðîñòè åãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ.
Äëÿ ñëàáûõ óäàðíûõ âîëí îïòè÷åñêèå ìåòîäû îáû÷íî ïðèìåíÿþòñÿ òîëüêî äëÿ âèçóàëèçàöèè ïðîñòðàíñòâåííîé ñòðóêòóðûôðîíòîâ, íî íå äëÿ êîëè÷åñòâåííûõ èçìåðåíèé. íåäàâíåé ðàáîòå Ï.Â. Þëäàøåâà [11] îïòè÷åñêèé òåíåâîé ìåòîä èñïîëüçîâàëñÿäëÿ âèçóàëèçàöèè ïåðåäíåãî ôðîíòà ãåíåðèðóåìîé èñêðîâûì èñòî÷íèêîì N -âîëíû.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
