Диагностика потоков жидкостей методом обращения волнового фронта ультразвуковых волн

• Автор: Смагин, Николай Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 136 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Ультразвуковая велосиметрия потока жидкости и обращение волнового фронта в акустике. Обзор литературы

1.1. Ультразвуковая велосиметрия потока жидкости

1.1.1. Измерение скорости потока жидкости при помощи

эффекта Доплера

1.1.2. Метод измерения скорости течения жидкости по разности времени прохода движущейся среды

1.1.3. Корреляционный метод измерения скорости

течения жидкости

1.2. Границы применимости ультразвуковых методов измерения скорости потока жидкости
1.3. Обращение волнового фронта в акустике
1.3.1. Параметрическое обращение волнового фронта
в твердых телах
1.3.2. Обращение времени
1.3.3. Основные приложения эффекта ОВФ в неподвижных средах.45 Выводы к главе
Глава 2. Распространение фазово-сопряженных волн в движущейся среде
2.1. Нелинейное распространение акустических волн в движущейся среде. Основные уравнения
2.2. Генерация второй гармоники обращенной волны
2.3. Нелинейные эффекты при распространении обращенных волн в
движущейся среде
2.3.1. Синхронизация фаз гармоник в присутствии потоков
2.3.2. Фазовый сдвиг стоксовой компоненты комбинационного рассеяния фазово-сопряженных волн в движущейся среде
Выводы к главе
Глава 3. Измерение скорости потока жидкости при помощи фазово-сопряженных УЗ волн
3.1. Экспериментальная установка
3.2. Методика расчета скорости течения жидкости по расходу
3.3. Изменение скоростей потоков различных типов методом обращения волнового фронта ультразвуковых волн
3.3.1. Трубка, содержащая встречные потоки
3.3.2. Ламинарный поток жидкости
3.3.3. Регистрация двумерного пространственного распределения скоростей потока в трубке, содержащей сужение
3.3.4. Трубка, содержащая резкое сужение
3.3.5. Трубка, содержащая плавное сужение
3.3.6. Вихревой поток под вращающимся диском
3.3.7. Затопленная струя
Выводы к главе
Глава 4. Нелинейные эффекты при распространении и взаимодействии фазово-сопряженных волн в
движущейся среде
4.1. Генерация второй гармоники обращенной волны
в движущейся среде

4.2. Экспериментальная регистрация фазового сдвига стоксовой компоненты комбинационного рассеяния ультразвука в движущейся среде
Выводы к главе
Глава 5. Примеры реализаций систем измерения расхода и скорости потока жидкости на основе параметрического ОВФ ультразвука
5.1. Ультразвуковые расходомеры, основанные на использовании эффекта параметрического ОВФ
5.1.1. Сдвиг фазы, приобретаемый плоской обращенной волной в движущейся среде
5.1.2. Схема расходомера с прямым прохождением ультразвукового луча
5.1.3. Схема расходомера с множественными отражениями
5.1.3. Расходомер, основанный на нелинейном взаимодействии фазово-сопряженных волн
5.2. Моделирование измерения скорости кровотока в венах (in vitro)
5.3. Параллельное измерение скорости потока и концентрации примесей в жидкости
Выводы к главе
Общие выводы по работе
Список использованной литературы

разных волн [48]. По этой причине экспериментально реализовать эффективные механизмы ОВФ ультразвука в жидкой среде не удалось [49-51].
Следующий шаг в развитии техники ОВФ ультразвуковых пучков состоял в отказе от использования акустической накачки в жидкостях и переходе к накачке неакустической природы для параметрического обращения звука в электро- и магнито-акустически активных твердых телах [52]. Такой подход к ОВФ ультразвука получил название параметрического фазового сопряжения. Параметрическое взаимодействие за порогом абсолютной неустойчивости ультразвуковых волн в твердом теле [53-55] позволяет получить существенное усиление обратной волны [56, 57]. Различие на пять порядков скоростей акустических и электромагнитных волн позволяет легко создать электромагнитную накачку, практически однородно распределенную в активной области среды и захватывающую большое число длин волн звука.
Учитывая, что ультразвуковые волны обладают гораздо более низкими частотами по сравнению с оптическими волнами, существует возможность зарегистрировать амплитудно-фазовое распределение акустического поля в некоторой области пространства при помощи решетки пьезопреобразователей. Полученные временные сигналы из каждого канала решетки можно обратить во времени цифровым способом и переизлучить в пространство. Этот метод получения эффекта ОВФ акустических пучков получил название обращения времени [37].
В настоящее время для получения эффекта ОВФ используются два вышеупомянутых метода: метод параметрического фазового сопряжения в электро- и магнитоакустически активных материалах и метод обращения времени при помощи решеток приемно-излучающих пьезопреобразователей.