Акустическая добротность

Под воздействием электрической и акустической колебательных систем в преобразователе возникают два максимума, которые сливаются при Qa — = Qq, где Qa — акустическая добротность пьезопреобразователя. Высокая чувствительность в сочетании с широкой полосой пропускания достигается для преобразователя с демпфером и четвертьволновым протектором, обеспечивающим просветление границы ЦТС —вода. [c.214]

Зависимость коэффициента преобразования от частоты называют амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) преобразователя. В качестве параметров АЧХ принимают следующие величины рабочую частоту /, соответствующую максимальному значению коэффициента преобразования Кии и предопределяющую достижение максимальной чувствительности пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП) полосу пропускания Af = h—f , где /i и /а — частоты, при которых Кии уменьшается на 3 дБ (0,707) по сравнению с максимальным значением при излучении либо приеме или на 6 дБ (0,5) в режиме двойного преобразования (совмещенном). Чем больше полоса пропускания, тем меньше искажение формы излученного и принятого акустического импульса, меньше размеры мертвой зоны, выше разрешающая способность и точность определения координат дефектов. Расширить полосу пропускания можно путем уменьшения электрической добротности Qa или увеличения акустической добротности Qa. однако при этом снижается чувствительность. Применяя четвертьволновой просветляющий слой и подбирая оптимальное демпфирование, удается расширить полосу пропускания, одновременно повышая чувствительность, так как протектор снижает акустическую добротность за счет отвода энергии ультразвука в сторону изделия. Высокая чувствительность в сочетании с широкой полосой пропускания достигается при Qg = Q а 2. .. 4. [c.134]

Кристаллическая структура граната хотя и сложна, но хорошо изучена Существенным отличием структуры граната от структуры шпинели является полное заполнение ионами металла всех тетраэдрических и октаэдрических пустот. Это способствует большой стабильности решетки граната (акустическая добротность граната такая же, как у лучших кристаллов, например, кварца—10 . [c.35]

Поскольку коэффициент поглощения ультразвука о обычно возрастает с частотой как со , то собственная акустическая добротность пластинки, как правило, убывает с частотой, т. е. на гармониках она меньше, чем иа основной частоте. Заметим, что в литературе иногда в качестве характеристики затухания ультразвука в материале пластинки использ ется величина, обратная добротности Qa = 2а с/сОо, называемая коэффициентом внутреннего трения. Этот термин расходится с нашим определенней внутреннего трения Ло, выражаемого формулой (VII 1.49). [c.190]

Акустическая добротность см. Добротность акустической системы [c.274]

На рис. 11.8 приведена блок-схема для наблюдения явления детектирования модулированного акустического сигнала нелинейной упругостью резонатора, выполненного в виде металлического стержня. Модуляционный метод изучения нелинейностей в образцах из твердых стержней с большой акустической добротностью весьма чувствителен и позволяет наблюдать нелинейное взаимодействие упругих волн при таких интенсивностях звука и ультразвука, которые еще недавно относили исключительно к области линейной акустики. [c.302]

Анализ работы преобразователя с апериодическим контурам показывает, что при акустической добротности С а = 4 и о)о/ С=0,2 достигается наименьшая длительность импульса, которая несколько превосходит длительность импульса при резонансном возбуждении. Чувствительность при этом несколько ниже, чем при резонансном возбуждении. Таким образом, при обычных значениях го демпфера резонансный режим возбуждения выгоднее. При очень сильном акустическом демпфировании пьезопреобразователя (Qa=0..2) и апериодическом контуре — наименьшая длительность импульса. [c.54]

В случае синхронизации мод при непрерывной накачке выходной пучок состоит из непрерывного цуга импульсов, в котором интервал между двумя соседними импульсами равен времени полного прохода резонатора 2L/ (см. рис. 5,46,6). Активная синхронизация осуществляется, как правило, либо модулятором на ячейке Поккельса, либо акустическим модулятором, что более общепринято, поскольку потери, вносимые этим модулятором в резонатор, меньше, Акустооптический модулятор, используемый для синхронизации мод, отличается от того, который применяется при модуляции добротности (см, рис, 5,30), поскольку грань, к которой прикреплен преобразователь, и противоположная грань оптического блока вырезаны параллельно друг другу. Звуковая волна, возбуждаемая преобразователем, теперь отражается назад противоположной гранью блока. Если длина оптического блока равна целому числу полуволн звуковой волны, то возникают звуковые стоячие волны, В этих условиях, если частота звуковой волны равна и, дифракционные потери будут промодулированы с частотой 2(о. Действительно, дифракционные потери достигают максимума в те моменты времени, когда имеет место максимум амплитуды стоячей волны. [c.321]

В мандельштам-бриллюэновском и комбинационном генераторах частота излучения сдвинута на частоту акустического или колебательного кванта в стоксову область по отношению к частоте накачки в параметрических трехфотонных генераторах она изменяется в широких пределах в соответствии с условиями синхронизма. Однако частота — это не единственный параметр излучения, который преобразуется при генерации. Изменяется также пространственный спектр излучения появляются новые световые волны, соответствующие добротным модам используемого резонатора. В некоторых случаях существенно изменяется поляризация света она для генерационного пучка может стать ортогональной по отношению к пучку накачки. [c.258]

Иногда требуется вычислить акустические величины (скорость с и коэффициент поглощения а) по измеренным значениям действительной и мнимой частей комплексного модуля упругости. В этом случае можно пользоваться формулами (VI.4.13). Нетрудно показать, что отношение действительной части модуля упругости к мнимой его части равно добротности колебательной системы [c.175]

В величину 3 входит сопротивление подводящих трубопроводов со стороны резервуара. Поэтому в трубопроводах может также возникнуть кавитация и большое реактивное переменное давление, снижающее эффективность сирены. Это реактивное давление можно погасить, подключив компенсирующую нагрузку со стороны подводящего трубопровода. Если сирена работает на определенной частоте, то в качестве такой нагрузки можно использовать резонатор (например, четвертьволновой отрезок трубы), подключаемый через тройник к питающему трубопроводу (рис. 5.3). Акустическая проводимость такого резонатора вблизи резонанса велика благодаря большой добротности. В зависимости от знака расстройки между его резонансной частотой и рабочей частотой сирены проводимость может изменяться в широких пределах по фазе. Это позво- [c.214]

При излучении в воду добротность преобразователя имеет величину 10—20. В этих условиях акустическая мощность преобразователя из феррита 21 при неизменном возбуждающем напряжении и неизменной частоте генератора в интервале до 400° изменяется не более чем на 10%, а в интервале до 500° — падает на 50 %. Падение может быть уменьшено до 20 % подстройкой частоты генератора. При работе излучателя с малой нагрузкой (в установках резания, сварки), когда Q 100, влияние температурного ухода частоты оказывается еще сильнее, в этом случае просто необходимо применять питающий генератор с автоматической подстройкой. [c.125]

Номинальное электрическое сопротивление, максимальная шумовая мощность и уровень характеристической чувствительности определяют тип усилителя звуковых частот, с которым может работать данная головка громкоговорителя или акустическая система частота основного резонанса, наряду со значением полной добротности головки громкоговорителя, определяет низшую эффективно воспроизводимую частоту эквивалентный объем головки громкоговорителя определяет объем акустического оформления, т. е. геометрические размеры корпуса громкоговорителя, что во всех случаях является важным потребительским параметром электрическую экономичность громкоговорителя определяет значение характеристической мощности, которая " обратно пропорционально связана с уровнем характеристической чувствительности. Понижение чувствительности на 3 дБ влечет удвоение характеристической мощности, т. е. и мощности усилителя от которого работает громкоговоритель. [c.113]

Наиболее простой вид оформления — плоский экран. Даже при сравнительно небольших его размерах. воспроизведение низких частот значительно улучшается. Вместе с тем в области средних, и особенно высоких, частот экран уже не оказывает существенного влияния. Конструктивно экран рекомендуется выполнять в виде толстой доски или фанеры толщиной 10...20 мм, в которой вырезано отверстие по диаметру диффузородержателя головки громкоговорителя. В это отверстие последний и вставляется. Экран выполняют квадратной или лучше прямоугольной формы. Предпочтительное отношение сторон прямоугольника (ширина к высоте) 2 1...3 1. Что касается абсолютных размеров экрана, желательно, чтобы на нижней границе диапазона частот, который акустическая система должна воспроизводить (за которую целесообразно принять резонансную частоту головки громкоговорителя), эквивалентный диаметр экрана (диаметр круга, площадь которого равна площади экрана) О = 0,5 Xo/Q, где Ао — длина звуковой волны на нижней граничной частоте диапазона Q — добротность головки громкоговорителя на резонансной частоте (см. .6.1). Прл таких размерах экрана частотная характеристика получается наиболее равномерной. Если экран не может быть таких размеров, то следует на нижней граничной частоте диапазона ожидать спада N = =20 где О — вычисленный по вы- [c.146]

Рис. 6.28. Зависимость неравномерности частотной характеристики акустической системы закрытого типа от ее добротности

Если объем оформления будет больше, то это скажется лишь незначительно на снижении резонансной частоты акустической системы в оформлении выбранного объема. Что касается минимально допустимого внутреннего объема, то он выбирается исходя из того, чтобы добротность акустической системы не превысила допустимой величины добротности из-за повышения резонансной частоты. Добротность акустической системы опре-деляется через добротность головки как Рх = Р 1/Г+ Отсюда минимально допус- [c.150]

Пример. Пусть надо найти минимальный объем закрытого оформления для головки громкоговорителя с резонансной частотой 40 Гц, добротностью 0,5 и эквивалентным объемом 50 л при допустимой максимальной добротности акустической системы 1,0 V = = 50/1(1/0,5)2 — 1] = 50/3 17 л. При этом резонансная частота системы = [c.150]

Несмотря на очевидные преимущества акустических систем с фазоинвертором, очень часто такие системы, изготовленные даже опытными людьми, не дают ожидаемых от них результатов. Причина этого в том, что для получения необходимого эффекта фазоинвертор должен быть правильно рассчитан и настроен. Для правильного выбора соотношений параметров фазоинвертора можно пользоваться рис. 6.30. На нем нанесены кривые отношения резонансной частоты фазоинвертора /в к резонансной частоте головки громкоговорителя /о, кривая добротности головки громкоговорителя на резонансной частоте Q и кривая отношения частоты /д, на которой получается спад к низким частотам частотной характерис-тики ЗдБ, к резонансной частоте громкоговорителя /о- Все эти величины даны в зависимости от отношения У У эквивалентного объема головки громкоговорителя к объему оформления. [c.151]

Рассмотрим вопрос выбора головок громкоговорителей для акустических систем. Вначале выбирают низкочастотную головку, так как такие ее параметры, как частота основного резонанса, эквивалентный объем, характеристическая чувствительность, полная добротность и максимальная шумовая мощность определяют основные электрические и конструктивные параметры акустической системы. Затем выбирают среднечастотную головку громкоговорителя, руководствуясь ее частотной характеристикой и энергетическими возможностями (может ли она без перегрузки работать с выбранной низкочастотной головкой). Аналогичным образом выбирают и высокочастотную головку. [c.155]

Таким образом, добротность нагруженной акустической системы определяется просто отношением удельных волновых сопротивле- [c.190]

Если же потери на излучение преобладают над внутренними потерями, т. е. когда Pi S Го , то для акустической добротности нагруженной пластинки, учитывая формулы (V.53) и (VIП.50) или (VIII.52), получаем при двухстороннем излучении [c.190]

НИИ этой системы и внешней среды, куда происходит излучение ультразвука. Например, добротность кварцевой пластинки (рс = = 1,5- 10 г/(см -с)) при колебаниях ее в воде (pi i 1,5- 10г/(см -с)) составляет величину Q, 10, а при колебаниях в воздухе (= =--4,5 г/(см -с)) Qa 3 10 . Относительно акустической добротности реальных систем следует, однако, сделать два замечания. Во-первых, реальная пластинка находится в какой-то оправе, в держателе , куда также происходит излучение, так что добротность закрепленной пластинки может сильно упасть. Поэтому, в устройствах, в которых требуется поддержать высокую добротность, пластинку закрепляют по узловой (средней) плоскости (как это условно показано на рнс. 55, в). Во-вторых, в формуле (VIII.54) подразумевается идеальный акустический контакт между пластинкой и внешней средой, который осуществляется, например, между твердым телом и хорошо смачивающей его жидкостью. Практика же показывает, что когда пластинка из твердого материала находится в двухстороннем контакте даже с таким же материалом, то-ее добротность все же составляет несколько единиц. Дело в том, что этот контакт осуществляется через какие-то переходные слои, а они повышают добротность. Поэтому получение низкой добротности — другая техническая проблема ультраакустнки, связанная-с расширением полосы пропускания (см. далее). [c.191]

Плотность р] и вычисляемый через нее характеристический импеданс = Р)С, используют в расчетах по согласованию пьезопластины со средой, куда излучается ультразвук. Например, акустическую добротность пластины приближенно вычисляют по формуле [c.215]

Расширить полосу пропускания можно рациональным выбором электрической и акустической добротности. Напомним, что добротность колебательной системы определяют как умноженное на 2п отношение всей запасенной в систечте энергии к потерям энергии за период колебаний на резонансной частоте. В нашем случае имеется две колебательные системы с одинаковой резонансной частотой, связанные явлением пьезоэффекта,— это электрический контур и пьезопреобразователь. Количественно связь определяет величина р. [c.65]

Для приложения электрического поля на противоположных поверхностях пьезоэлемента располагают металлические (обычно серебряные и никелевые) электроды. Во избежание пробоя по краям пластины часто оставляют неметаллизированную полоску. Соотношение между размерами площадей поверхности пьезопластины, покрытых электродами и свободных от них, существенно влияет на добротность пьезоэлемента и характеристики акустического поля. Регулируя размер электродов пьезоэлемента, можно в довольно широких пределах изменять характеристики акустического поля в изделии. Диаграмму направленности ПЭП можно значительно сужать, используя электроды, секционированные кольцеобразными проточками. В зависимости от диаметра и резонансной частоты пьезопластины число электродов должно быть от 3 до 7, а их ширина с рабочей стороны пьезоэлемента в 2,5—3,5 раза меньше, чем нерабочей. Ширина проточки на нерабочей стороне должна быть минимально возможной. Электрические соединения секционирования электродов целесообразно [c.141]

При контроле изделий сложной конфигурации, с грубообрабо-танной или горячей поверхностью применяют ПЭП с жидкими и твердыми линиями задержки. В первом случае ПЭП называют иммерсионными, в которых в отличие от прямых контактных применяют демпфер с повышенным характеристическим импедансом с целью уменьшения добротности ПЭП. Характеристический импеданс материала пьезопластины в 15. .. 20 раз больше, чем жидкости (воды), поэтому происходит интенсивное отражение ультразвука на границе пьезопластина — жидкость. Для улучшения акустического согласования пьезопластины с жидкостью аналогично контактному ПЭП применяют четвертьволновой согласующий протектор из эпоксидной смолы, обеспечивающий гидроизоляцию пьезопластины. Для проведения иммерсионного контроля изделие обычно погружают в ванну с жидкостью, а ПЭП располагают на сравнительно большом расстоянии от объекта [c.143]

П. р. широко используются в радиотехнике, электронике, электроакустике и др. в качестве фильтров, резонаторов в задающих генераторах, резонансных пьезопреобразователей и пьезотрансформаторов. Пьезоэлектриком в П. р. служит кристалл кварца или пьезо-керамика с малыми потерями. Кварцевые резонаторы применяются в качестве резонансных контуров генераторов злектрич. ВЧ-колебаний. Высокая добротность (10 — 10 ) кварцевого резонатора определяет малый уход частоты генератора от её номинального значения 1(10 — Ю )%] при изменении окружающей темп-ры, давления и влажности. Разработаны микроминиатюрные кварцевые резонаторы на частоты колебаний 30 кГц — 8,4 МГц, нашедшие применение в электронных часах, системах электронного зажигания двигателей внутр. сгорания и др. П. р. на основе кварца используются в акустоэлектронных устройствах фильтрации и обработки сигналов монолитных ньезо-электрич. фильтрах, а также фильтрах и резонаторах на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Оси. достоинство резонаторов на ПАВ — возможность использования в устройствах стабилизации частоты и узкополосной фильтрации в диапазоне частот 100— 1500 МГц. Пьезоэлектрич. фильтры из пьезокерамики, как правила, многозвенные, изготавливают на частоты 1 кГц — 10 МГц. При этом на частотах до 3,5 кГц используют биморфные пьезоэлементы, когда П. р. совершает резонансные колебания изгиба по грани в [c.192]

В отличие от сегнетоэлектриков электрическое управление пьезосвойствами параэлектриков отличается отсутствием гистерезиса и высоким быстродействием (поскольку процесс электроуправления не связан с доменными переориентациями). По той же причине добротность параэлектрических резонаторов существенна, так как в них в радиочастотном диапазоне отсутствуют дисперсия диэлектрической проницаемости и акустические потери, обусловленные движением доменных стенок. Для электрического управления пьезоэффектом целесообразно использовать параэлектрики, разработанные для нелинейных устройств СВЧ, чтобы расширить частотный диапазон применения пьезорезонаторов н динамический диапазон перестройки частоты. Кроме того, СВЧ-па-раэлектрики, в которых параметрические эффекты наблюдались и используются в диапазоне СВЧ, позволяют в принципе получать и акустические параметрические эффекты. [c.157]

Обычно добротности акустических колебательных систем удовлетворяют условию (1.3.10), и их можно рассматривать как квазигар-монические. Например, добротность кварцевой пластины, употребляемой в качестве излучателя ультразвуковых колебаний, равна 100000, а камертона —10000. [c.15]

Итак, введение селективного поглощения позволяет в принщ1пе повысить эффективность параметрического усиления звука заметим, что в недиспергирующей среде коэффищ1ент параметрического усиления субгармоники даже при идеальном синхронизме не может существенно превьпиать единицу [Гольдберг, 1972 Руденко, Солуян, 1975]. Технически такую селекцию можно осуществить в плоском резонаторе, одна из стенок которого представляет собой пластинку конечной толщины, причем акустический импеданс пластинки сильно отличается от импеданса окружающей среды. При нормальном падении волны на резонансных частотах пластинка не отражает ее, а пропускает полностью. Это обстоятельство и можно использовать для устранения перекачки энергии в ненужные гармоники [Зарембо и др., 1980]. Использовав такую пластинку в качестве границы плоского резонатора (акустического интерферометра) и возбудив его на частоте = ясо/ г/,, мы получаем, что на т-й и высших гармониках частоты со добротность резонатора Q мала (он открыт), тогда как на основной частоте и ее гармониках с номерами меньше т значение Q может быть велико, причем отражение по скорости происходит в противофазе, т.е. пластинка эквивалентна твердой стенке, и спектр частот такого резонатора остается эквидистантным. [c.150]

Нужно заметить, что добротность акустических систем (в том числе пузырьков) редко бывает очень большой, и в реалистичных оценках обычно нужно учитывать потери. Анализ влияния потерь для этой задачи проведен в работе [Бендицкая и др., 1988]. Здесь мы ограничимся двумя замечаниями. Во-первых, интеграл (8.13) легко берется во втором крайнем случае, когда ехр(-кГ/2) < 1. При этом [c.218]

Так как добротность Q акустического резонатора может быть сделана достаточно большой, то, выбрав соо достаточно низкой, можно компенсировать падение чувствительности микрбфона на низких частотах. [c.140]

В части II описываются магнитострикционные ферритовые (керамические) излучатели. Эти излучатели имеют ряд преимуществ по сравнению с обычно применяемыми металлическими магнитострикцион-ными. Они дешевле, проще в изготовлении, обладают существенно большим к. п. д. и хорошей добротностью. Химическая устойчивость делает их незаменимыми при применении ультразвука для активизации электрохимических процессов, а также для работы в химически активных средах. Возможность введения постоянных магнитов, выполненных из специальных ферритов, снимает вопрос о необходимости постоянного подмагничивания. Наряду с исследованием свойств ферритов, в частности при колебаниях больших амплитуд, приводятся технология их изготовления, результаты испытаний, а также дается описание конкретных технологических установок, разработанных Акустическим институтом совместно с отраслевыми институтами. [c.5]

Имеются сообщения [83, 84], что с помощью резонансных металлических мембран, являющихся частью газоструйного генератора (дном резонансной камеры, как это показано на рис. 72), можно добиться получения значительных интенсивностей за мембраной. Так, на частоте 5 кгц, при полном разделении предварительной и озвучиваемой камер, была получена интенсивность около 1 вт1см . Однако никаких данных о длительности работы такой системы и о ее устойчивости приведено не было. Аналогичные устройства были использованы для передачи акустических колебаний из газовой среды в жидкую [85], хотя, как и следовало ожидать, коэффициент передачи энергии оказался очень незначительным (0,34%). Следует полагать, что при высокой добротности диафрагмы, работающей в воздухе, коэффициент передачи будет сильно зависеть от возможности поддержания вполне определенной рабочей частоты, что для газоструйных излучателей весьма затруднительно. В связи с этим разными авторами предприняты попытки использовать для удаления воздуха несколько иной принцип. [c.103]

Эти данные имеют практическое значение для оценки работы ферритовых излучателей. Они свидетельствуют о снижении механо-акустического к.п.д. с ростом амплитуды. Обращает на себя внимание резкое возрастание потерь для феррита 42 при Оп = ЮО кг см добротность свободного образца делается сравнимой по величине с добротностью нагруженных на воду преобразователей. Это подтверждает высказанное ранее соображение, что при выборе материалов для преобразователей, предназначенных к работе в режиме интенсивных колебаний, нельзя ограничиваться оценкой их по величине коэффициента связи, измеренного к тому же при малых амплитудах. Необходимо принимать во внимание потери и учитывать нелинейные свойства материала. [c.128]

Результаты испытаний установок в рабочем режиме представлены в табл. 9, где приняты следующие обозначения 8 — площадь дна ванны, /р — рабочая частота, — потребляемая преобразователем электрическая мощность, I— интенсивность ультразвука, т]эа— электро-акустичес-кийк.п.д., св— добротность установки в ненагруженном состоянии,— добротность в рабочем режиме при наличии воды в ванне. Акустическая мощность и интенсивность оценивались при испытаниях калориметрическим методом. Из табл. 9 видно, что установки имеют достаточно высокую [c.141]

Свяжем добротность акустической системы с характеристиками ее внутренних потерь, т. е. при отсутствии излучения ультразвука во внешнюю среду (Pi i5) = 0. Согласно (VHI.53) и (VIII.43), [c.190]

Таким образом, амплитуду колебаний пластинки, излучающей ультразвук в резонансных условиях, можно легко рассчитать, ная ее добротность и статическую деформацию, например вследствие обратного пьезоэлектрического эффекта Акустическая же добротность излучающей пластинки определяется просто отношением удельных волновых сопрогивле-ний ее материала и внешней среды. Общий вид частотных зависимостей величин и Л приведен на рис. 58 для разных добротностей (при малых добротностях максимум Хтак смещается несколько влево от резонансной частоты Oq). [c.194]

Интервал частот Дсо (или для циклических частот Дл ), в котором по определению энергия колебаний составляет половину энергии на резонансной частоте (т. е. на частоте (Оо), называют шириной резонансной кривой. Таким образом, добротность колебательной системы равна отношению ее собственной частоты к ширине энергетической резонансной кривой, откуда добротность (а вместе с нею и другие характеристики затухания) легко определяется экспериментально из частотной зависимости какойчшбудь акустической величины. Если измеряется интенсивность ультразвука (плотность энергии, мощность и т. д.), то добротность находится непосредственно из полученной кривой частотной зависимости. Если же измеряемой величиной является, например, амплитуда давления (колебательной скорост , смещения и т. д.), то для использования формулы (УИЬбб) полученную частотную зависимость данной величины нужно предварительно пересчитать на частотную зависимость квадрата этой величины. В свою очередь, добротность системы определяет ее избирательность по частоте, или полосу пропускания, т. е тот интервал частот, в котором энергия вынужденных колебаний составляет не менее 50% от энергии на резонансной частоте. Это означает, например, что пластинка с добротностью Q , используемая в качестве преобразователя, может излучать ультразвук с интенсивностью более 50% от максимальной в полосе частот Дл = Vo/Qд. Это означает также, что плоскопараллельный слой, на который падают плоские ультразвуковые волны, обладает коэффициентом пропускания ф более 0,5 от максимального в интервале частот vJQ . Поскольку добротность нагруженного слоя на основной частоте его колебаний определяется отношением волновых сопротивлений слоя и внешней среды рс/(р1С1), то для полосы пропускания слоя вблизи основной частоты это дает Av = [c.196]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...