Файл: Мясников, Л. Л. Новые методы измерений в подводной акустике и радиотехнике.pdf

В четвертом поколении показаны пробелы и различные ветвления

[см. (6.13)].

В случае преломления звука в морской среде происходят харак­ терные изгибы лучей, кривизна которых зависит от солености океана, от температурных градиентов и имеет сезонный характер. Пр и нали­ чии звукового канала звуковые лучи могут собираться в определен­ ном направлении. Океан следует рассматривать как слоистую среду [16]. При наличии волноводного слоя ветвящееся древо, изо­ бражающее распространение звука, сходится в своей кроне, где ветви сращиваются и вытягиваются веером.

Каждое звено сделанного построения (каждый участок ветвей) следует представить как определенный сегмент. Сегменты чере­ дуются в пространстве, но уже не цепочкой, как было рассмотрено выше, а образуя ответвления. В написанном выше выражении под каждым буквенным символом: одинарным, двойным, тройным (при­ том с разными индексами) надо понимать сегменты, которые, конечно, могут повторяться, потому что алфавит сегментов ограничен. Обо­ значим алфавит сегментов как S lt S 2, S s, . . ., Sk, где k — число различных сегментов в алфавите. Тогда ветвящееся древо может быть заменено словом, составленным из символов сегментов. Напри­ мер, древо, обозначенное через (6.13), будет представлено как

развивающегося в пространстве и времени. Здесь дано существенно отличное от классического описание акустических процессов. В клас­ сической теории распространение трактуется как волновой процесс; даже в тех случаях, когда распространяется не волна, а какоенибудь возмущение произвольной формы и среда представляет собой сложную структуру, процесс считается волновым. В конструк­ тивной теории не обязательно представлять звук через волны, иногда для этого целесообразнее использовать лучи; еще одним средством выражения, охватывающим разнообразные случаи, является представление звука в виде ветвящегося древа. Ветвление и регулярность образования дополнительных ветвей должны быть запрограммированы; в построение древа закладывается программа, включающая в себя предписания, подобные (6.14).

Таким образом, звуковое поле может быть представлено как неко­ торое единство волнового аспекта и программы. Назовем его мона­

дологии Лейбница можно сослаться на такие его высказывания: «Монада — слово греческое и означает единицу или то, что едино». «. . .Простота монады не препятствует множественности модифи­

изменения должно существовать многоразличие того, что изме­ няется. . . которое должно объединять многое в едином и простом»

162

рых точках отражения от поверхности даны фронты волн падающей и отраженной. Содержание монады дается той программой, по кото­ рой действует ЭЦВМ; разумеется, эта программа согласуется с фи­ зическими законами акустики. Полученный фильм представляет собой цепочку сегментов, подобно тому как съемка изменяющегося акустического спектра дает смену и чередование сегментов. Изме­ рение монад— это принципиально новая задача акустических изме­ рений, которая имеет значение как для инфразвукового, так, в осо­ бенности, и для ультразвукового диапазона, которому посвящена следующая глава.

ГЛАВА 7

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

§7.1. МЕТОДИКА УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

ВДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ 15-100 кГц

Ультразвуковую шкалу в соответствии с применением можно раз­ бить на низкий ультразвук (от 15—20 до 100— 150 кГц); средний ультразвук (от 150 кГц до 1 МГц); высокий ультразвук (от 1 до 100 МГц) и звуковые УКВ (от 100 МГц до 1 ГГц). Выше 1 ГГц лежит область гиперзвука. Для подводной акустики используют главным образом низкие частоты ультразвука; для дефектоскопии, исследо­ вания материалов и медицинской диагностики — высокие частоты ультразвука. В море высокие частоты ультразвука испытывают уже значительное затухание.

Для ультразвуковых измерений в области низких частот приме­ няются те же методы, что и для акустических измерений в области слышимых частот; частотные характеристики излучателей и звуко­ приемников, а также анализаторов должны быть соответственно расширены или сдвинуты к высоким частотам. На рис. 7.1 приводятся величины затухания ультразвука в морской и пресной воде в зави­ симости от частоты [133]. В воздушной или вообще в газовой среде уже с 20—30 кГц наблюдается значительное затухание ультразвука.

Обратимся к вопросу о новой методике ультразвуковых измере­ ний в диапазоне низкого ультразвука, принадлежащей акустической (ультразвуковой) голографии.

Акустическая голография тесно связана с визуализацией звука. Первые разработки акустической голографии были сделаны С. Я - Со­ коловым, открывшим ультразвуковое просвечивание и визуализацию звуковых изображений. Объект (тело, неоднородность) облучается ультразвуковыми волнами; рассеянные волны применяются для по­ строения изображения.

В первых работах С. Я- Соколова [101 ] изображение получалось через рябь, создаваемую ультразвуком, рассеянным телом и прямо проходящим на поверхности жидкости, в которой находятся источ­

1С4

ник ультразвука и облучаемое тело. Эта рябь обусловлена действием радиационного давления ультразвука и дает некоторую стоячую картину. В отраженных лучах возникает оптическое изображение неоднородности. Рельеф ультразвуковой ряби играет в данном случае роль голограммы.

Можно исходить при описании принципов голографии из опти­ ческой схемы, следуя Габору, впервые предложившему оптическую голографию 1127]. Согласно оптической схеме свет, рассеянный пред­ метом, дает интерференционную картину, обусловленную дифрак­ цией, картину, которая может быть сфотографирована как голо­ грамма. При последующем пропускании через нее опорной монохро­ матической волны (лазерного луча) восстанавливается оригинальное изображение. Однако визуализация звукового изображения, т. е. превращение звукового образа в зрительный, может быть заме­ нена другими преобразованиями:

электрическим, магнитным, хими­ ческим и т. д. Акустическое (не­ видимое) изображение может быть представлено разнообразными ко­ дами, в том числе цифровыми.

Основное свойство голографии, благодаря которому она получила свое название, состоит в целост­ ности, объемности изображения.

§1 - 1 ).

В§ 6.4 подчеркивалась двойственность описания: с одной стороны,

волновое поле (звука, электромагнитных колебаний), выражаемое классическими волновыми уравнениями с начальными и граничными условиями; с другой стороны — монада, выражаемая системой опе­ раторов и соответствующими схемами алгоритмов. Произвести изме­ рения в духе классических представлений —■это значит определить в нужной системе единиц физические величины (звуковое давление, колебательную скорость, интенсивность звука и пр.). Для монады (звуковой, электромагнитной) измерить — это значит установить образ. Здесь измерение не ограничено определением какой-либо одной величины. Мерой монады служит некоторая совокупность, структура. Система единиц заменяется системой эталонных образов.

Могут возникнуть сомнения в том, подходят ли тут термины «из­ мерение», «измерять», но из всего приведенного в главе 1 законность этих терминов очевидна.

Измерение состояния системы или образа есть нахождение си­ стемы собственных значений и собственных функций или вероят­ ностных распределений параметров. Если найденная структура (образ) дополняется еще числовыми значениями величин, из которых

165

лый прямоугольный катафот или светоотражательную фольгу раз­

мером 18X4 см.

В задачу направляющих столбиков не входит задержание ав­ томобилей. Во многих случаях наезд на столбик вызывает повреж­ дение автомобиля. Поэтому в последнее время их начали делать V- образного сечения из упругих пластических материалов. При наезде

автомобиля столбик изгибается.

В большинстве областей СССР направляющие столбики затруд­ няют очистку дорог от снега. Возможно применение разъемных столбиков, верхняя часть которых на зиму снимается на уровне земли. По предложению А. П. Васильева на дорогах Башкирии столбики устанавливали на откосах в 30 см от бровки дороги с ук­ лоном от бровки дороги в сторону.

Расстояние между направляющими столбиками принимают в зависимости от условий их зрительного восприятия и радиусов кри­ вых. На кривых в плане принимают следующие расстояния:

Приведенные расстояния относятся к внешней стороне кривой. С внутренней стороны столбики ставят через один напротив стол­ биков с внешней стороны. На прямом участке, примыкающем к кри­ вой, ставят три столбика с расстояниями, плавно возрастающими

В южных районах СССР с малой продолжительностью снегово­ го покрова могут найти применение вмонтированные в покрытие катафоты. Вставленные в металлические рамки катафоты, отражая в темное время суток свет фар, образуют хорошо заметную светя­ щуюся пунктирную линию разграничения движения. На дорогах без разделительной полосы катафоты монтируются по оси проез­ жей части, на автомагистралях у внутренней границы .краевых полос. Как показывает опыт Англии и ФРГ, они видимы ночью при свете фар на расстоянии 100 м, а срок их службы не менее трех лет.

В Англии еще недавно широкое использование находили ката­ фоты, укрепленные в металлической рамке на резиновой диафраг­

166

ме. При наезде колеса автомобиля катафот погружается в один уровень с рамкой, очищаясь при этом от грязи за счет трения сте­ кол о резину. Эти катафоты называют самоочищающимися. С раз­ витием техники устройства светоотражающих покрытий со стеклян­ ными шариками монтируемые в покрытие катафоты начинают вы­ ходить из употребления. Светящиеся линии разметки более удоб­ ны и легче восстанавливаются при износе.

Все описанные способы ориентирования водителей предусмат­ ривали обозначение краев полосы движения.

В литературе неоднократно высказывались предложения (про­ веренные на опытных участках) устраивать на разных полосах дви­ жения разноцветные покрытия, назначая цвет в зависимости от функционального назначения полосы движения.

Начало этим исследованиям было положено перед второй миро­ вой войной в Германии, где на строившихся автомагистралях с проезжей частью из бетона покрытия на съездах пересечений в разных уровнях делали из брусчатки или из мозаики. Это позволи­ ло четко выделить направление основных полос движения и спо­ собствовало более быстрому снижению скорости съехавшего с ав­ томагистрали автомобиля.

Опыты в США показали, что различие в окраске покрытий раз­ личных элементов пересечений в разных уровнях лучше организо­ вывало и регулировало движение, чем дорожные знаки. Практиче­ ской реализации этой идеи препятствует большая стоимость цвет­ ных покрытий и потеря ими первоначальной окраски в результате загрязнения в процессе эксплуатации.

Внастоящее время можно считать освоенным метод осветления асфальтобетонных покрытий введением, например, белого естествен­ ного или искусственного щебня, получившего известность датского еинопала, или предложенного в.Тбилиси В. М. Гоглидзе обожжен­ ного халцедона — термолита.

ВШвейцарии одна из фирм специализировалась на постройте

разноцветных покрытий. На дороге с проезжей частью на три поло­ сы движения крайние полосы проезжей части делали из обычного асфальтобетона на темном щебне, среднюю — из осветленного ас­ фальтобетона на синопале или белом щебне с обычным битумом как вяжущим. Краевые полосы делали белыми путем поверхност­ ной обработки синопалом. Стояночные полосы были красными из асфальтобетона на красном щебне и дробленом песке из того же щебня. Красная стояночная полоса покрытия на эстакаде в Бремене была сделана из красного асфальта на специальном сорте битума с добавлением 4,5% красителя и на красном порфировом щебне. В

СССР достаточно положительный опыт белых стояночных полос, устроенных путем поверхностной обработки из термолита, был по­ лучен на - подъездном пути к Шереметьевскому аэропорту под

Москвой.

Учитывая высокую эффективность разноцветных покрытий, за­ служивает большого внимания дальнейшая их экспериментальная проверка на дорогах с высокой интенсивностью движения.

167