ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭФФЕКТОВ В ГАЗАХ И ЖИДКОСТЯХ Искажение и взаимодействие волн в газах и жидкостях из "Введение в нелинейную акустику Звуковые и ультразвуковые волны большой интенсивности " В этой главе будут рассмотрены экспериментальные методы, а также результаты исследования различных нелинейных эффектов. Понятие волн конечной амплитуды с точки зрения экспериментатора несколько условно, так как возможность наблюдения различных нелинейных эффектов определяется не только интенсивностью звуковых волн, но также чувствительностью и точностью измерительной аппаратуры. Например, рассматриваемые ниже методы исследования искажения ультразвуковых волн в жидкостях с успехом применялись для волн, интенсивность которых с точки арения обычных представлений в достаточной мере мала. В этой главе, предполагая, что читатель знаком с методами акустических измерений в линейной акустике, приведенными в целом ряде руководств, мы остановимся только на методах, являющихся в некоторой мере споцифическимп при исследовании нелинейных эффектов. [c.139] ИЛ И комбинационной частоты ВДеДение на входе резонансного усилителя (резонанс на частоте исследуемой гармоники или комбинационной волны) электрических фильтров — пробок на частоты первой и других нежелательных гармоник или комбинационных частот, т. е. фильтров, пропускающих только исследуемую частоту. [c.141] При измерении неллнейных искажений такая фильтр-пластина ФП (см. рис. 14) помещалась между источником звука И и резонансным приемником П соответствующей гармоники, причем угол между направлением распространения звука и нормалью к пластине ФП выбирался таким, чтобы отношение измеряемой гармоники к нежелательной гармонике (как правило — к первой гармонике) было наибольшим. [c.142] Таким образом, в суммарной волне выделяются только четные гармоники. То, что помимо второй гармоники еще суммируются четные гармоники более высоких порядков, при измерении малых нелинейных искажений не имеет большого значения, так как амплитуды этих гармоник малы. [c.143] На рис. 16 показана одна из возможных схем этого метода. В ультразвуковом пучке, создаваемом излучателем И, помещаются два приемника П и Пг (эти приемники не обязательно имеют резонанс на частоте второй гармоники, однако они должны иметь одинаковые частотные характеристики или хотя бы одинаковую чувствительность на частотах первой и второй гармоник). После приемников электрические сигналы суммируются в С и подаются на резонансный усилитель на вторую гармонику РУ. Здесь суммирование производится в электрической части схемы. [c.143] При больших искажениях формы профиля волны становится возможным непосредственное наблюдение пилообразной волны. Для этого нужно использовать широкополосные акустические приемники. Спектр волны можно получить либо анализируя с помощью электронного анализатора электрический сигнал от приемника [7, 8], либо фотографируя форму сигнала на экране осциллографа с последующим анализом осциллограммы на механическом анализаторе [9]. На рис. 18 показаны осциллограммы [9] формы волны в воде на разных расстояниях от источника звука при Re 50 на частоте 1 Мгц. В качестве приемника использовалась кварцевая пластинка с резонансной частотой 11,5 Мгц. В воздухе для наблюдения фронта ударной волны может быть применен м.етод темного поля [10]. [c.145] Обычно на частотах мегагерцевого диапазона F 10 —10 и р2 /Ро 10-2—ю-, т. е за исключением измерения чрезвычайно малых искажений (рг/ро10 , с импульсной гармоникой можно не считаться, так как ее величина еще уменьшается за счет сравнительно узкой полосы пропускания электромеханических преобразователей. [c.151] Блок-схема установки для импульсного метода определения нелинейного искажения [19] приведена на рис. 23. [c.151] Помимо импульсной электрической модуляции возможна любая другая амплитудная модуляция. Особенно удобна амплитудная синусоидальная модуляция. В этом случае за счет нелинейных свойств среды можно выделить частоту модуляции (акустическое детектирование) по величине этого сигнала можно судить о нелинейных свойствах среды. Близкий к этому метод был попользован в 20]. На кварцевый излучатель от двух генераторов подавались две несколько разные частоты (различие частот было невелико, для того чтобы обе частоты находились в полосе пропускания кварцевого преобразователя). В результате нелинейного взаимодействия волн в спектре сигнала появлялись суммарная и разностная частоты. Последняя была на 1—2 порядка ниже ), чем исходные частоты, и выделялась приемным устройством. [c.153] Поскольку среда, в которой распространяются звуковые волны, нелинейна, возможны методы яе электрической, а акустической модуляции, акустического гетеро-динирования , при котором смешение волн происходит в среде с нелинейным,и свойствами. В [21], например, наблюдалось появление в среде разностной и суммарной частот прп распространении двух ультразвуковых волн в одном направлении ( акустическое гетеродинированпе ). [c.153] Поскольку в некоторых задачах нелинейного распространения упругих волн необходимы абсолютные измерения и сравнение с теорией, геометрия звукового поля имеет существенное значение. Большинство измерений обычно проводится в ближнем поле излучателя, где волну еще можно считать плоской. Поскольку ближнее поле чрезвычайно неоднородно, такие измерения возможны только тогда, когда размеры приемника существенно больше неоднородностей поля и, следовательно, приемник усредняет эти неоднородности. С приемниками, размеры которых меньше или порядка длины волны, измерения обычно проводятся в дальнем поле [24], где уже начинает сказываться расходимость, что обычно учитывается при сравнении теории с экспериментом. [c.154] При исследовании нелинейных искажений в газах [7, 25, 26] на звуковых частотах для получения плоской волны использовались волноводы с жесткими стенками. Эти работы проводились в трубах, конец которых, противоположный источнику звука, был тщательно заглушен. [c.154] Переходим теперь к результатам исследования нелинейных искажений в жидкостях и газах. [c.154] Данные рис. 26 относятся к плоской волне на рис. 27 показаны изменения второй и третьей гармоник в сферически расходящейся волне, полученные для Део 55 (кривая 1) и i 6o 100 (кривая 2) при кго 38 [34]. Сплошные кривые — теоретические (для второй гармоники по (3.49) при ао = 0). [c.157] необходимые для аравнения с теорией, как известно, могут быть сделаны сравнительно неточно. [c.158] Этот метод, по-видимому, может быть применен для О пределения малой дисперсии в жидкостях. В этой же работе было показано, что при изменении звукового давления в 5—6 раз величина дисперсии в пределах точности измерения не меняется. [c.158] Вернуться к основной статье