Исследование нелинейного акустического излучателя с трехчастотной волной накачки

• Автор: Медведев, Виталий Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 189 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. РОЛЬ АМПЛИТУДНЫХ И ФАЗОВЫХ СООТНОШЕНИЙ

В НЕЛИНЕЙНЫХ ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССАХ

1.1. Обзор работ, посвященных исследованию процессов нелинейного распространения акустических волн

с учетом амплитудно-фазовых соотношений в их спектре

1.2. Основные задачи теоретических и экспериментальных исследований

2. ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЛИНЕЙНОГО АКУСТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ

С ТРЕХЧАСТОТНОЙ ВОЛНОЙ НАКАЧКИ

2.1. Модель нелинейного акустического излучателя

с произвольными амплитудными и фазовыми соотношениями * в спектре трехчастотной волны накачки
2.2. Исследование амплитудно-фазовой характеристики
волны разностной частоты
2.3. Исследование амплитудно-фазовой характеристики
волны суммарной частоты
^ Выводы
3. РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
3.1. Автоматизация акустических измерений
3.2. Автоматизированная установка для измерений частотных характеристик электрического импеданса
пьезоэлектрических преобразователей
4 3.3. Экспериментальное исследование влияния нагрузки
на частотные характеристики излучающего преобразователя
Выводы

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКОГО ТРАКТА НА СПЕКТР ТРЕХЧАСТОТНОЙ ВОЛНЫ НАКАЧКИ И РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗЛУЧАЮЩЕГО И ПРИЕМНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
4.1. Исследование влияния электроакустического тракта
на спектр трехчастотной волны накачки
4.2. Разработка принципов измерения амплитудно-частотной характеристики излучающего преобразователя
4.3. Разработка принципов измерения амплитудно-частотной характеристики приемного преобразователя
4.4. Исследование влияния нелинейных и дифракционных процессов ф на результаты измерений частотных характеристик
излучающих и приемных преобразователей
Выводы
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЛИНЕЙНОГО АКУСТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ В
* РЕЖИМЕ ФАЗОВОГО ЗАПРЕТА И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОБНАРУЖЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ СРЕДЫ И ПОДВОДНЫХ
ОБЪЕКТОВ
5.1. Исследование пространственного распределения амплитуды волны
разностной частоты в режиме фазового запрета
ф 5.2 Исследование пространственного распределения амплитуды волны
суммарной частоты в режиме фазового запрета
5.3 Исследование взаимосвязи исходного спектра и нелинейных процессов в волнах конечной амплитуды
5.4. Методы использования нелинейного акустического излучателя, работающего в режиме фазового запрета, для обнаружения акустических неоднородностей среды и подводных объектов
♦ Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Вопросы, связанные с нелинейным взаимодействием акустических волн представляют для исследователей определенный интерес, вызванный большой практической значимостью многих задач гидроакустики, неразрушающего контроля, измерительной и медицинской техники, в которых подобные процессы играют важную роль. Широкому использованию эффектов нелинейного взаимодействия способствует сочетание таких свойств, которые невозможно получить при использовании традиционных методов акустических исследований.
К настоящему времени в области исследований нелинейных волновых процессов сформировались самостоятельные научные направления, такие как теория одномерных нелинейных волн, нелинейное взаимодействие случайных волн, нелинейная геометрическая акустика однородных и неоднородных сред, нелинейная теория звуковых пучков и т.д. Среди прикладных направлений можно назвать такие, как теоретические и экспериментальные исследования параметрических излучающих и приемных антенн, разработка методов нелинейной акустической диагностики сред и др.
Несмотря на широкий круг решенных в нелинейной акустике задач, ряд вопросов, имеющих принципиальное значение для физики нелинейных волн, исследован недостаточно. К их числу можно отнести вопросы влияния амплитудных и фазовых соотношений в исходном спектре волн конечной амплитуды на характер нелинейных взаимодействий в квадратично-нелинейных средах без дисперсии. Эти вопросы непосредственно связаны с такими явлениями, как запрет генерации вторичных волн, нарушение условий фазового синхронизма взаимодействий, уменьшение нелинейного затухания волн конечной амплитуды. Работы по исследованию данного круга проблем весьма малочисленны и касаются только частных случаев.
Вопросы, связанные с фазовой зависимостью эффективности нелинейных волновых процессов, уже рассматривались при взаимодействии акустических волн со случайными и детерминированными параметрами временного спектра.

Pq = Рпн + Рпв = 7к§ + 2k'Hk'Bcos(2P')-, (2.9)
2 p-cq
kH =kH ,фПН’ к'в=кв-фпв>
Р' = P + Aç>q/2-, А<Рп = 9>çih -<Рпв•
Для заданной координаты выражение (2.9) описывают амплитуднофазовую характеристику (АФХ) 1 -й ВРЧ, связывающую ее амплитуду с амплитудно-фазовыми соотношениями в спектре трехчастотной накачки (2.1).
Рассмотрим зависимость эффективности генерации 1-й ВРЧ от параметров к и, к в и Р. Для упрощения анализа учтем, что в большинстве НАИ используются волны с узким спектром, то есть coq » Асо, где Аса = 2Q. В этом случае можно считать, что компоненты трехчастотной волны накачки испытывают одинаковое влияние процессов дифракции и диссипации, а компоненты, образующие 1-ю ВРЧ, распространяются в среде, сохраняя амплитудные и фазовые соотношения:
ФПН ~ ФПВ = ФП ! РПН ~ РПВ = <РП ■
С учетом этого, выражение (2.9) примет вид:

Рп = £'П'Р!} е~а°2 • фП • Ш + 4 + 2кнкв cos( 2р) ; (2.10)
2 P-Cq
Полученное выражение с точностью до постоянных множителей совпадает со вторым слагаемым выражения (2.5), что в очередной раз подтверждает согласие предлагаемых подходов с ранее известными [37,49, 82-84].
Анализ АФХ по выражению (2.10) показал, что эффективность генерации 1-й ВРЧ может меняться в широких пределах в зависимости от параметров kjj, кв и р.
При р =пл {п =0, 1,2,...) генерация 1-й ВРЧ идет с наибольшей эффективностью, поскольку обе ее компоненты (Pftfj и PqB) синфазны. Результирующая амплитуда 1 -й ВРЧ равна сумме амплитуд образующих ее компонент.