Нелинейные и дифракционные эффекты в ультразвуковых измерительных системах

• Автор: Галанин, Владимир Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 148 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
Глава 1. Общие аспекты проблемы нелинейности и дифракции в ультразвуковых измерениях

1.1. Нелинейные явления, возникающие при распространении ультразвуковых волн

1.2. Основные закономерности нелинейного распространения акустических волн в жидкостях и газах

1.3. Нелинейные стоячие волны в резонаторах

1.4. Распространение волн, возбуждаемых источниками конечных размеров

Глава 2. Исследование влияния нелинейных эффектов на результаты ультразвуковых измерений в одномерном жидкостном резонаторе

2.1. Нелинейные колебания в слое, возбуждаемые периодическим движением его границы

2.2. Амплитудно-частотная характеристика ультразвукового жидкостного резонатора с плоскими пьезопреобразователями
2.3. Экспериментальное исследование нелинейных эффектов в ультразвуковых измерениях
Глава 3. Исследование влияния дифракционных явлений на ультразвуковые измерения
3.1. Дифракционное поле круглой пьезопластины
3.2. Исследование влияния диаметров электродов на дифракционное поле круглой пьезопластины

Глава 4. Нсодномерные ультразвуковые волны конечной амплитуды
4.1. Ограниченные пучки большой интенсивности
4.2. Неодномерные стоячие волны конечной амплитуды в ультразвуковом резонаторе с плоскими пьезопреобразователями
4.3. Исследование влияния диаметра электродов пьезопластин на амплитудно-частотную характеристику нелинейного резонатора
4.4. Неодномерные стоячие волны конечной амплитуды в ультразвуковом резонаторе с вогнутыми пьезопреобразователями
Заключение
Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность темы.
Измерения скорости и коэффициента поглощения ультразвука содержат важную информацию об упругих свойствах твердых, жидких и газообразных сред, кинетике молекулярных процессов, фазовых переходах, протекании различных технологических процессов. Среди большого многообразия методов измерения акустических параметров веществ в настоящее время наибольшее распространение получили импульсный и резонансный методы.
В методе ультразвукового резонатора диапазон исследуемых частот лежит в пределах 0,1...30 МГц, при этом существенно меняется интенсивность возбуждаемого ультразвукового сигнала. Вместе с тем, распространение звуковых волн большой интенсивности - т. н. волн конечной амплитуды - сопровождается возникновением нелинейных эффектов, приводящих к прогрессивному искажению профилей и спектров волн по мере их распространения в жидкой среде. Нелинейные явления проявляются тем сильнее, чем больше величина упругих возмущений в веществе; они отсутствуют в линейном приближении, где выполняется принцип суперпозиции. Исследование акустических параметров в условиях проявления нелинейных свойств среды является в настоящее время актуальной задачей прецизионной ультразвуковой спектроскопии.
Экспериментальные исследования дифракции в поле ультразвукового излучателя показали, что в некоторых случаях их результаты и достаточно точные теоретические расчеты для поля поршневого излучателя совпадают только по порядку величины. Это указывает на то, что распределение амплитуд колебаний в реальном пьезоэлектрическом преобразователе отличается от распределения для поршневого излучателя. В связи с этим возникает необходимость исследования дифракции в поле, создаваемом ко-

Допустим нелинейными эффектами можно пренебречь (е = 0), и бегущая волна слабо затухает на расстояниях порядка своей длины. При этом для волны распространяющейся в положительном направлении оси г, из (1.3.10) получается упрощенное параболическое уравнение [11,35]:
ди Ъ д2г>
дг 2с3р дх
Для встречной волны, бегущей влево, уравнение будет таким:
до _ Ъ д2г>
& 2с3р ск
(1.3.13)
(1.3.14)
В указанном приближении для граничных условий (1.3.11), (1.3.12)общее решение удобно записать в виде суммы решений уравнений (1.3.13) и (1.3.14):
V = г + г (1.3.15)
где а = 6ю2/(2с3р), Р - неизвестная функция; здесь р{() - это линейная комбинация зт(ал) и соз(сог), коэффициенты которой могут медленно изменяться со временем.
Соответствующее выражение для акустического давления имеет вид
— = - — j + ^ . (1.3.16)
Формула (1.3.15) записана так, чтобы условие (1.3.12) на неподвижной границе удовлетворялось автоматически. Граничное условие (1.3.11) на