ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.06.2024
Просмотров: 69
Скачиваний: 0
периодом изменения. Некоторые |
вопросы, поддающиеся теорети |
|||||||
ческой оценке, мы здесь и рассмотрим. |
|
|
|
|
||||
К основным факторам, вызывающим неоднородности |
интенсив |
|||||||
ности и фазы |
поля в ближней зоне А П С , относятся: |
|
|
|
||||
отличие профиля поверхности линзы от расчетного; |
|
|
||||||
смещение излучателя |
из фокуса |
по оси системы; |
|
|
|
|||
смещение |
излучателя |
из фокуса в |
направлении, перпендику |
|||||
лярном оси системы; |
|
|
|
|
|
|
|
|
наличие просветляющего |
слоя |
и |
неравномерность |
его |
тол |
|||
щины; |
|
|
|
|
|
|
|
|
неоднородность акустических свойств материала линзы; |
|
|||||||
отличие д и а г р а м м ы направленности |
излучателя |
от |
идеальной; |
|||||
д и ф ф р а к ц и я на к р а я х |
линзы; |
|
|
|
|
|
||
отражение |
от стенок |
бассейна; |
|
|
|
|
|
|
вторичные |
поля. |
|
|
|
|
|
|
|
Некоторые |
из этих источников |
неоднородностен |
у ж е |
были |
рас |
|||
смотрены. При исследовании остальных будем исходить |
из |
допу |
||||||
щения, что все характеристики |
системы, кроме исследуемого |
фак |
||||||
тора, соответствуют расчетным данным . Пр и анализе фазовых не-
однородностей |
воспользуемся |
методикой, |
приведенной в |
[ 1 ] . |
|||
1. Отличие профиля поверхности линзы от расчетной |
вызывает |
||||||
неравенство длин акустических путей лучей |
(см. рис. 5.3, а ) . Фазо |
||||||
вые искажения, |
обусловленные этим видом |
неточности, |
равны |
||||
|
Л'-р' = |
4^- Лл'(1 — и). |
|
(5.17) |
|||
Отклонение Ах |
|
в |
|
|
|
|
|
от расчетного |
профиля |
в |
разных |
точках может |
|||
иметь разный знак. Поэтому величину Дер' надо удвоить. |
|
||||||
|
А ? ' = 41 |
Л * ( 1 — я ) - |
|
( 5 л 8 > |
|||
2. Если первичный излучатель |
смещен |
из фокуса |
вдоль оси лин |
||||
зы (см. рис. 5.3,6), то вызванное этим смещением наибольшее фа
зовое искажение возникает |
на краю |
линзы. |
Эти |
искажения, |
к а к |
||||||||||
видно из рис. 5.3, б, будут |
равны |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Дер = |
|
|
д / _ і і ( г ' _ г ) . |
|
|
|
|
(5.19) |
|||||
|
|
|
|
А В |
|
|
Л В |
|
|
|
|
|
|
|
|
При |
небольших значениях |
Af |
можно |
считать г'—r — A\ |
cos |
ср'= |
|||||||||
^ Д / |
cos ср. Тогда |
Д?о = |
-^- |
Д / ( 1 |
- c o s с ? ) . |
|
|
|
|
(5.20) |
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
3. |
В случае небольших |
|
смещений |
излучателя |
в |
направлении, |
|||||||||
перпендикулярном |
оси линзы |
(см. рис. 5.3 |
в ) , фазовые |
искажения |
|||||||||||
в раскрыве будуг |
линейно |
зависеть |
от |
координаты |
у. |
Вследствие |
|||||||||
этого фронт волны повернется на угол |
а', |
равный |
углу |
а |
поворо |
||||||||||
та излучателя-. Н а |
такой |
ж е |
угол |
повернется д и а г р а м м а |
направ |
||||||||||
ленности. М а к с и м а л ь н а я |
(разовая |
неоднородность, |
|
ка к |
|
видно и з |
|||||||||
рис. 5.3, в, достигается на .краю |
линзы и составляет |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
д ? 3 |
= £ 4 - т - |
|
|
|
|
|
< 5 - 2 1 > |
|||||
^•Расчетный профиль Фактический профиль
а)
В
Рис. |
5.3. |
К |
определению |
фазовых |
иеоднородноістей |
|||
а — при |
отличии |
реального |
профиля |
лпнзы |
от расчетного; |
б — при |
||
смещении излучателя |
из |
фокуса вдоль осп |
лпнзы: |
о — при |
смеще |
|||
нии |
излучателя |
п направлении, |
перпендикулярном |
оси линзы |
||||
4. Д л я металлической линзы наличие «просветляющего» слоя
обусловливает дополнительную |
фазовую неоднородность. И з расче |
|||
тов, |
проделанных |
в |
§ 1.3, следует, что лишь в узком интервале уг |
|
лов |
падения (0ч- |
5°) |
волны на |
«просветленную» границу фаза коэф |
фициента прозрачности остается неизменной. При определении угла
раскрытия рефракторной А П С максимальная неоднородность |
фа |
|||
зы, |
обусловленная наличием |
«просветляющего» слоя, |
достигается |
|
на |
краях рефрактора и д л я |
алюминиевой линзы |
может |
быть |
определена по графику |
рис. 1.7 с учетом того, что связь между уг |
|||||
лом |
падения и углом |
раскрытия в ы р а ж а е т с я формулой |
2.1 За |
|||
(см. т а к ж е рис. 2.4, а ) . |
Отметим, что обусловленная |
этим |
факто |
|||
ром |
неравномерность |
фазы невелика и при с р м < 2 5 ° |
не |
превышает |
||
6°. |
Неравномерность |
толщины просветляющего слоя |
ЛЛ'І |
влечет |
||
за собой фазовую неоднородность, которая дл я двухстороннего по крытия линзы может быть рассчитана по формуле
где ti\ |
— показатель |
преломления |
для |
материала |
«просветляю |
|
щего» |
слоя. |
|
|
|
|
|
5. Существенные фазовые искажения |
вызывает неоднородность |
|||||
акустических |
свойств |
материала линзы, |
которая может быть учте |
|||
на введением |
девиации показателя |
преломления. Численная вели |
||||
чина |
неоднородности определяется по приближенной |
формуле |
||||
|
|
|
А? 5 = |
Anl, |
|
(5.23) |
где An — разность расчетного и действительного показателя пре ломления;
/— текущая толщина линзы.
6.Остальные факторы, упомянутые в начале раздела, в той или иной степени рассмотрены в предыдущих главах. Так, в главе I I подробно рассмотрена роль вторичных полей, обусловленных мно гократным отражением в материале линзы, в главе I V — характе ристики практически реализуемых излучателей. Влияние дпффрак - ции на краях линзы можно не учитывать при соответствующем выборе диаметра рефрактора .
Из рассмотрения физической природы источников неоднородностей поля с достаточным основанием можно заключить, что все фа зовые неоднородности независимы, и для серии измерений (с юсти ровкой перед к а ж д ы м опытом) закон распределения неоднородностей поля можно считать нормальным . Следовательно, для каждой составляющей неоднородности поля справедливо соотношение [36]
|
|
|
A'fnmax |
= Зз„, |
|
|
(5.24) |
где |
оп и |
Фитах — соответственно |
среднеквадратичная |
п макси |
|||
мальная |
величины неоднородности, вызываемой п-ной |
причиной. |
|||||
|
С у м м а р н а я среднеквадратичная неоднородность, |
обусловлен |
|||||
ная |
всеми причинами, |
может быть найдена |
из |
выражения |
|||
|
|
з 2 = |
± ]/"а= + |
о | + . . + =яя |
= |
± |
|
Следует заметить, что формула (5.25) справедлива в случае, когда все неоднородности независимы между собой и равны по по рядку величины.
Исходя из специфики задачи исследования в к а ж д о м конкрет
ном случае, можно определить оа и, используя формулу |
(5.25), з а |
|||
дать |
допустимую величину неоднородности, |
обусловленную к а ж |
||
дым |
из перечисленных |
источников. Затем, |
пользуясь |
формулами |
настоящего п а р а г р а ф а , |
можно рассчитать допуск на изготовление |
|||
и юстировку элементов |
системы. |
|
|
|
ГЛАВА VI. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КУП В ЖИДКОСТИ
§ 6.1. И З М Е Р Е Н И Е А К У С Т И Ч Е С К О Г О Д А В Л Е Н И Я
К в а з и п л о с к ое ультразвуковое |
поле, формируемое |
с помощью |
А П С , характеризуется размерами |
и пространственным |
распреде |
лением интенсивности и фазы . Поскольку приемники звука, приме
няемые в настоящее время, реагируют на изменение |
избыточного |
||||
(акустического) давления, то в практике акустических |
измерений |
||||
исследуют распределение давления и фазы . Связь |
ж е давления |
и |
|||
интенсивности общеизвестна и в ы р а ж а е т с я для |
плоской |
волны |
|||
формулой (1.11). П р и н и м а я некоторые уровни интенсивности |
(дав |
||||
ления) |
и фазы за нулевой, можно определить величины |
неоднород- |
|||
ностей |
этих параметров для тех или иных точек |
К У П . |
Измерив |
в |
|
р е ж и м е бегущей волны распределение давления и фазы в плоско сти, параллельной раскрыву А П С , мы тем самым получаем данные
ораспределении параметров поля в интересующем нас объеме. Известны следующие методы измерения акустического давления
[5, 16]: механический, оптический, калориметрический, термоэлек трический, магнитострйкционный, пьезоэлектрический.
Анализ показывает, что на частотах 14-5 мгц наиболее приемле мым является пьезоэлектрический метод. Остальные методы либо о б л а д а ю т малой чувствительностью, либо очень сложны и громозд ки (например, оптический метод) . При исследовании КУП, сфор
мированных |
А П С , представляют интерес как относительные, так и |
||
абсолютные |
измерения |
акустического давления в раскрыве |
А П С . |
Относительные измерения позволяют оценить неравномерность |
рас |
||
пределения |
давления |
(а соответственно и интенсивности) по |
рас |
крыву. Абсолютные измерения акустического давления позволяют к а к определить значения давлений (интенсивностей) по периферии поля, что имеет значение для ряда применений К У П , так и оценить эффективность всей системы. Иными словами, абсолютные измере ния позволяют производить оценку к. п. д. излучателя и величину по терь при распространении звука в среде и материале линзы (в слу чае рефракторных систем) . К звукоприемникам, применяемым для относительных и абсолютных измерений акустического давления, 80
Такой приемник |
может быть |
применен и при относительных и |
|||
при абсолютных |
(с |
предварительной |
калибровкой) |
измерениях. |
|
Конструкция его |
изображена на |
рис. |
6.1. Чувствительный элемент |
||
приемника 1 выполнен в виде сферического слоя из керамики тнтаната бария толщиной около 0,05 мм, нанесенного на платиновый
шарик 2, оплавленный на конце |
платиновой проволоки 3 диамет |
||||
ром 0,05 мм. |
Предварительно размельченная в порошок |
керамика |
|||
размешивается в капле воды до |
получения |
кашицы, которая |
на |
||
носится тонким слоем на шарик |
и запекается на пламени |
спиртов |
|||
ки. Наносят последовательно несколько слоев. Температура |
спе |
||||
кания подбирается экспериментально, по |
виду получаемого |
слоя |
|||
(без трешип |
и пор ) . Проволока |
пропускается внутри капилляра 4, |
|||
являющегося продолжением стеклянной трубки 5. Ш а р и к вплавля ется примерно на 20% диаметра в торец капилляра . Н а внешнюю поверхность трубки, капилляра и керамики наносится методом вжигання слой серебра, являющийся вторым электродом чувстви
тельного элемента. Трубка вставляется |
в патрон 6 |
и в месте выхо |
||
да из патрона герметически |
запаивается . Платиновая проволока |
|||
выводится |
через центральное |
отверстие |
патрона и |
припаивается к |
пустотелой |
заклепке (пистону) 7. |
|
|
|
На рис. 6.1.6 приведена фотография |
приемника. Так как описан |
|||
ный приемник имеет сравнительно высокое выходное |
сопротивление,, |
|||
то для согласования его с кабелем применяется эмиттерный повто ритель с автономным питанием. Эмиттерный повторитель собран по
обычной |
схеме на |
транзисторе |
1Т308В. Коэффициент передачи его |
||||
близок |
к 1 вплоть |
до |
10 мгц, |
выходное сопротивление |
та 30 ом, |
||
входное |
сопротивление |
«2І0 ком |
(определяется |
делителем |
входа)- |
||
В качестве источника |
автономного питания применяется |
элемент |
|||||
316. Включение и |
выключение |
питания производится ввертыванием |
|||||
и вывертыванием |
приемника. |
Д л я |
увеличения |
чувствительности |
|||
приемника напряжение источника питания подводится к внутрен
нему |
электроду |
приемника |
(согласно |
поляризации |
|
приемни |
|||||||||
к а ) . |
Н а |
рис. 6.2 |
приведена |
конструкция |
|
эмиттерного |
повтори |
||||||||
теля . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Чувствительность сверхминиатюрного приемника изменяется or |
||||||||||||||
экземпляра |
к экземпляру |
в |
пределах |
0,001—0,01 мкв/бар. |
Частот |
||||||||||
ная |
характеристика |
горизонтальна вплоть |
до частот около 10 |
мггц. |
|||||||||||
Н а |
частотах |
порядка |
единиц |
мегагерц |
могут |
быть т а к ж е |
использо |
||||||||
ваны |
в ряде |
случаев |
и пьезоэлементы |
в виде плоских пластин, сфер |
|||||||||||
и шаровых сегментов. В сущности они ничем |
не отличаются от рас |
||||||||||||||
смотренных в главе IV излучателей. Способ крепления пластины |
к |
||||||||||||||
оправке |
в диапазоне |
1—5 |
мггц практически |
не влияет |
на |
характе |
|||||||||
ристики таких приемников, т. к. они узкополосны и рабочая |
часто |
||||||||||||||
та |
их |
л е ж и т |
далеко |
от собственного резонанса системы |
крепления. |
||||||||||
Плоские |
пластинки |
имеют |
узкую д и а г р а м м у |
направленности, |
а |
||||||||||
д и а г р а м м ы направленности их в режиме приема не отличаются от диаграмм направленности в режиме излученияПри абсолютных из мерениях такими приемниками следует работать вдали от резонапс-
82