Теоретическое и экспериментальное обоснование лазерных методов диагностики акустического поля в жидкостях и газах

• Автор: Расковская, Ирина Львовна
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 123 с. : ил.

ГЛАВА 1. ЗАДАЧИ НЕВОЗМУЩАЮЩЕЙ ДИАГНОСТИКИ АКУСТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ И МЕТОДЫ ИХ РЕШЕНИЯ

1.1.Существующие методы исследования акустических полей

1.2.3адачи лазерной диагностики акустических полей, рассмотренные в

диссертационной работе

1.3.Математические методы анализа светорассеяния на частицах, используемые для локальной диагностики
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ПУЧКА В СРЕДЕ С АКУСТИЧЕСКОЙ ВОЛНОЙ

2.1. Введение

2.2. Постановка и метод решения задачи

2.3.Основные соотношения для случая плоской акустической волны

2.4. Результаты расчетов и их обсуждение

2.5. Методика оценки интегрального акустического давления

2.6. Результаты эксперимента
2.7. Выводы по разделу
ГЛАВА 3. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ЛАЗЕРНЫХ ПУЧКОВ В СРЕДЕ С АКУСТИЧЕСКИМ ПОЛЕМ И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЛДА
3.1. Введение
3.2. Постановка задачи и теоретическое исследование интерференции лазерных пучков при наличии акустооптического эффекта
3.3. Экспериментальная установка и результаты измерений
3.4. Определение методической погрешности измерения
локального акустического давления
3.5. Пути снижения методической погрешности измерений амплитуды акустического давления
3.6. Выводы по разделу
ГЛАВА 4. ДИФРАКЦИОННО-ТЕНЕВОЙ МЕТОД ОДНОВРЕМЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРА И СКОРОСТИ МИКРОЧАСТИЦ И ПУЗЫРЬКОВ В ЖИДКОСТИ
4.1. Введение
4.2. Одновременное измерение размера и скорости цилиндрической частицы
4.3. Одновременное измерение размера и скорости газового пузырька в жидкости
4.4. Выводы по разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы

Проблема диагностики акустических полей в жидкостях и газах включает в себя определение пространственных и временных характеристик распределения интенсивности звука, что находит применение в физике атмосферы и океана, медицине, промышленных технологиях и лабораторных измерениях. Измерения интенсивности звука за последние двадцать лет прошли путь от темы научного исследования до полезного измерительного инструмента и проводятся повседневно для нахождения источников шумов, определения мощности источника и звукопоглощающей способности структур. Успешные разработки в области гидроакустики, а также развитие компьютерных технологий сформировали основу для интенсивного развития гидроакустических измерений в целях изучения подводного распространения звука, реверберации и направленности шума окружающей среды, развития методов подводной акустической томографии, включая международную программу АТОС (Acoustic Thermometry and the Ocean Climate) [1].
Однако перечисленные выше исследования проводятся, как правило, с использованием гидрофонов, вносящих возмущение в диагностируемое поле и не обеспечивающих достаточную точность измерения параметров высокочастотных ультразвуковых полей. В связи с этим представляется целесообразным проведение анализа возможности диагностики акустических полей на основе бесконтактных лазерных методов. Бесконтактные лазерные методы в настоящее время получили широкое распространение при измерениях кинематических параметров движущихся сред [2] и некоторые из них могут быть использованы для невозмущающей диагностики акустического поля в жидкости или газе [3]. Разработка методов лазерной диагностики акустических полей позволит в конечном итоге создать эталоны таких параметров, как звуковое давление, колебательная скорость и др., привязанные к лазерному эталону длины и частоты.

целью подбора значения акустического давления 5р и, соответственно, показателя преломления Ъп, обеспечивающего совпадение экспериментальных и теоретических данных. Удовлетворяющее этому требованиию интегральное давление 8р является по существу эффективным давлением в плоской акустической волне, приводящим к таким же рефракционным эффектам на заданной дистанции, как и поле акустического излучателя, использованного в эксперименте. Введение понятия эффективного давления удобно для оценки искажений комплексной амплитуды пучка при проведении локальных измерений. Акустическое давление, определенное на основе линейного приближения (2.37), отличается от результатов, полученных на основе (2.20) не более, чем на 5%.
На рис. 2.8 при двух различных углах наклона пучка показаны экспериментальные зависимости интегрального акустического давления 5р от напряжения на излучателе 1]а. Как следует из графика, угол наклона пучка при заданной высоте прохождения его над излучателем, практически не влияет на значения бр, что подтверждает правильность теоретического результата (2.20). Линейный характер зависимостей соответствует теоретическим положениям, изложенным в []. На рис. 2.9 при постоянном значении напряжения на излучателе показана экспериментальная зависимость интегрального акустического давления Ър и теоретическая зависимость локального акустического давления 5р от высоты над излучателем. При удалении от излучателя, когда ширина акустического пучка становится сравнима с продольным размером кюветы Б и распределение давления достаточно равномерно, теоретическая и экспериментальная кривые практически совпадают.
При и»»Ад или при и>яЛа принципиальная схема и методика измерений практически остаются неизменными, меняются только параметры установки. На рис. 2.10 для параметров 0=36 мм и м/=0.42 мм представлены графики экспериментальных зависимостей амплитуды сигнала на