Дифракция ультразвукового пучка

При возбуждении пьезопреобразователем УЗК в изделии ультразвуковой пучок не ограничивается областью, определяемой сечением преобразователя. Некоторая часть энергии выходит за пределы этой области, что обусловлено дифракционными эффектами, вызванными конечными (по сравнению с длиной волны) размерами излучателя. Строгий учет дифракционных эффектов в волновых процессах составляет предмет специального раздела теории колебаний — скалярной теории дифракции . Эта теория применима к любым волновым процессам, в том числе к распространению УЗК П6]. [c.146]

Основные физические закономерности, свойственные звуку, полностью применимы и для ультразвуковых волн. Наряду с этим малая длина ультразвуковых волн обусловливает и некоторые особые явления, несвойственные волнам звукового диапазона. Направленность излучения звука зависит от соотношения между размерами излучателя и длиной волны (см. 62). Чем меньше длина волны по сравнению с размерами излучателя, тем больше направленность излучения звука. С уменьшением длины волны, кроме того уменьшается также и роль дифракции в процессе распространения волн (см. 57). Поэтому ультразвуковые волны, имеющие сравнительно малую длину волны, могут быть получены в виде узких направленных пучков. В воздухе ультразвуковые волны весьма сильно затухают. Вода по своим акустическим свойствам резко отличается от воздуха. Акустическое сопротивление воды почти в 3500 раз больше, чем воздуха. Следовательно, при одинаковом звуковом давлении скорость колебания частиц воздуха в 3500 раз больше, чем частиц воды. Кинематическая вязкость воды значительно меньше, чем воздуха. Поэтому ультразвуковые волны в воде поглощаются примерно в 1000 раз слабее, чем в воздухе. Этим и объясняется то, что направленные пучки ультразвуковых волн находят широкое применение в гидроакустике для целей сигнализации и гидролокации под водой. Отметим, что использовать для этой же цели электромагнитные волны невозможно, так как их поглощение в воде очень велико. Таким образом, ультразвуковые волны являются, по-существу, единственным видом волнового процесса, который может распространяться с относительно малым поглощением в водной среде. [c.243]

В акустооптическом модуляторе 3 возбуждаются две бегущие в ортогональных направлениях ультразвуковые волны. Перетяжка лазерного пучка проектируется объективом 2 в акусто-оптический модулятор, в область пересечения бегущих, ортогонально направленных ультразвуковых волн. Вследствие дифракции Рамана—Натовского на выходе модулятора образуются четыре дифрагированных в один порядок световых пучка, попарно [c.301]

В общем случае свет, распространяющийся в среде, в которой присутствует ультразвуковая волна, испытывает дифракцию. Это обусловлено возникновением в звуковой волне упругих деформаций среды, приводящих к периодическому изменению ее показателя преломления п. Образующаяся структура эквивалентна дифракционной решетке с периодом, равным длине волны звука Л. Управляемое изменение амплитуды или частоты (длины) волны ультразвука соответственно изменяет характер процесса дифракции света на ультразвуке, создавая возможность управления амплитудой, фазой и направлением пучка света, проходящего через среду, в которой распространяется ультразвук. В зависимости от соотношения между длинами волн света X, звука Л и длиной их взаимодействия L различают два типа дифракции Рамана—Ната [c.221]

В дальней зоне, или зоне дифракции Фраунгофера, расположенной на границе с ближней зоной, начинается постепенное расхождение ультразвуковой волны, плоская волна переходит в сферическую и пучок приобретает форму усеченного конуса. [c.14]

На рис. 187 изображена схема установки для наблюдения дифракции света от ультразвуковой решётки. Пластинкой кварца, возбуждаемой на своей собственной частоте ламповым генератором, в сосуде с жидкостью создаются ультразвуковые волны. От электрической лампы перпендикулярно к направлению распространения ультразвука через сосуд проходит плоскопараллельный пучок света, образуемый щелевой диафрагмой и конденсорной линзой. [c.294]

Рис. 187. Схема установки для наблюдения дифракции света на ультразвуковых волнах (монохроматический свет для наглядности световые пучки сделаны видимыми).

Обладая всеми свойствами звуковых колебаний, УЗК благодаря повышенной частоте имеют и некоторые специфические свойства с повышением частоты увеличивается направленность УЗК и при частотах порядка мегагерц угол раскрытия пучка УЗК столь мал, что к нему можно применить понятие ультразвуковой луч . Это оправдывается и тем, что законы распространения УЗК (преломление, отражение, дифракция) аналогичны законам геометрической оптики. [c.293]

Принцип действия установки заключается в следующем. Лазерный луч расширяется коллиматором и формируется диафрагмой в виде параллельного пучка сечением 5 мм (высота) на 30 мм (ширина), которую выбирают исходя из размеров ультразвукового излучателя. Параллельный пучок света лазера просвечивает ультразвуковое поле в заданном сечении. Вследствие дифракции света на УЗК возникают дифракционные порядки О, 1, 2 и т. д. Цилиндрические линзы увеличивают изображения дифракционных порядков и фокусируют 1-й порядок на узкую щель шириной 0,2—0,5 мм. Щель вырезает из дифракционного порядка участок, соответствующий узкой зоне в поле исследуемого ультразвукового излучателя. После щели свет попадает на фотоприемник. [c.216]

Собаки также могут слышать некоторые ультразвуковые волны. Допустим, что человек дует в свисток Галь-тона ), создающий волны с частотой, превышающей 18 000 Гц в то время как стоящий рядом другой человек услышит только слабое шипение, собака может услышать свист на расстоянии до полутора километров. Ультразвуковые волны можно сделать более проникающими по сравнению с обычными звуковыми волнами в том смысле, что они легче образуют направленный пучок, подобно лучу света от карманного электрического фонарика. Эта способность концентрации Волн в один луч увеличивается с ростом частоты. В то время как радиорепродуктор колеблется с частотой нескольких сотен герц, и эффективность его излучения одинакова во всех направлениях, колебания кристалла, частота которых может превышать миллион герц, создают ультразвуковые волны, которые могут образовывать прямолинейные лучи, подобные световым лучам. Как и световые лучи, ультразвуковые лучи могут отражаться плоским зеркалом (или фокусироваться вогнутым) без большой потери мощности. В сущности, звуковые и ультразвуковые волны подчиняются всем обычным законам волнового движения. Им, так же как и световым волнам, свойственны, например, отражение, преломление, дисперсия, интерференция и дифракция. Однако продемонстрировать и использовать указанные свойства ультразвуковых волн значительно легче, чем обычных звуковых волн, так как длина ультразвуковой волны во много раз меньше длины обычных звуковых волн поэтому для экспериментов можпо применять весьма малые зеркала, линзы, дифракционные решетки и так далее. [c.124]

В период про.мыи. ленного осноечия ультразвуковой дефектО скопии конфигурадня и размер дефектов определялись по контуру на поверхности детали, при пересечении которого искателем эхо-дефектоскопа наблюдалось резкое уменьшение сигнала от дефекта [1]. Впоследствии предлаг алось конфигурацию и размер дефекта оценивать по контуру, иа котором происходит исчезновение отраженного импульса при смещении искателя по поверхности изделия [4]. При этом считали, что периферические части ультразвукового пучка касаются границ дефекта. Последние два способа не имеют надежного обоснования и во многом произвольны, а результаты из.мерений величины дефектов находятся в зависи.мости от субъективных элементов и случайной настройки ультразвукового эхо-дефектоскопа (регулировка усиление , отсечка и т. п.). Таким образом, если в вопросе об определении эквивалентной площади дефекта имеется достаточная ясность благодаря его теоретической разработке [2, 3], то вопрос об определении конфигурации дефекта пока не разрешен, что объясняется. математическими трудностя.ми, характерными для задач о дифракции волн на препятствиях сложной формы. [c.129]

Почти через десять лет после прсдсказанш Бри.( люэиа Дебай и Сирс [3] и независимо от них Люка и Бикар I4] обнаружили дифракцию света на ультразвуковых волнах. С тех пор многие исследователи изучали это явление в различных экспериментальных условиях при измспепии одного или нескольких нз следующих параметров (а) угла падения света в, (б) длины Л ультразвуковой волны, (в) длины волны к падающего света, (г) амплитуды ультразвуковых волн, (д) ширины d ультразвукового пучка. [c.550]

Визуализация звуковых полей. Задача визуализации акустических полей часто возникает при исследовании закономерностей излучения, дифракции и нелинейных взаимодействий звуковых волн, а также в различных практических приложениях — медицинской диагностике, неразрушающем контроле, подводном звуко-видении, сейсморазведке и т. д. К простейшим способам визуализации относится так называемый шлирен-метод, или метод темного поля (см., например, [8]), использующий раман-натовскую дифракцию света на звуке (рис. 13.10). В такой системе в отсутствие звукового поля экран остается темным, а при распространении звука появляются светлые детали, соответствующие дифракционным максимумам. Расстояния от ультразвукового пучка до линзы и от линзы до экрана обычно выбираются равными удвоенному фокусному расстоянию линзы. При этом на экране получается перевернутое неувеличенное изображение проекции звукового поля, [c.355]

Смещение частоты 2 в световом пучке может быть осуществлено применением двухчастотного лазера [53] или однополосного частотного оптического модулятора. Частотные модуляторы могут быть выполнены на акустооптических ячейках с дифракцией Брэгга или Рамана — Натовского на бегущих ультразвуковых волнах [100, 174]. В результате дифракции на бегущей ультразвуковой волне в дифракционных порядках имеет место допле-ровский сдвиг частоты, пропорциональный скорости движения волны. Обычно в ЛДИС акустооптические ячейки совмещают функции лучевого расщепителя и однополосного частотного модулятора. Однако возбуждение бегущей ультразвуковой волны в акустооптической ячейке осуществляется в узкой полосе частот. Это ограничение связано с резонансными свойствами возбудителя и геометрией активной среды. Резонансные свойства ограничивают возможность перестройки частоты в акустооптическом модуляторе. [c.298]

Информация считывается при последовательном перемещении пластинки относительно светового луча или же при смещении светового луча относительно пластинки. При таком перемещении считывающий луч последовательно движется от одного элемента записи к другому, а прошедшее через носитель информации излучение регистрируется фотодетектором. Перемещение самой фотопластинки является менее удобным, поскольку при этом осуществляется механическое движение с относительно малой скоростью. Поэтому представляется более приемлемым при считывании отклонять непосредственно световой пучок. Управление световым лучком может производиться с использованием различных принципов. Наиболее перспективными из них являются электроопти- ческие и акустооптические методы. В электрооптических методах используется изменение показателя преломления в некоторых кристаллах под действием электрического поля, а в акустоопти- ческих методах отклонение луча происходит в результате дифракции на структуре стоячих ультразвуковых волн. [c.174]

Как следует из приведенных соотношений, использование режимов дифракции Рамана—Ната или Брэгга позволяет осуществить управление фазой, амплитудой и направлением световых пучков, воздействуя на них ультразвуковыми колебаниями среды. Акустооптические устройства могут быть созданы как на объемных, так и на поверхностных акустических волнах. Их основные характеристики будут кратко рассмотрены в 7.7. Здесь ограничимся указанием на то, что эффективность практически всех акус-тоаптических устройств пропорциональна критерию Мг, а энерго-лотребление об ратно пропорционально М2 [c.223]

Предлагаемая книга посвящена распространению ультразвуковьЕх волн в жидкостях, газах и твердых телах, рассматриваемых как сплошные среды с разными характеристиками упругости. В ней систематизированы вопросы, имеющие непосредственное отнощение к специфике ультразвука возможности генерирования направленных пучков плоских волн, высокой интенсивности ультразвукового излучения и т. д. В связи с этим основное внимание в книге уделено различным аспектам распространения плоских волн их общим характеристикам, затуханию, рассеянию на неоднородностях, отражению, преломлению, прохождению через слои, интерференции, дифракции, анализу нелинейных явлений, пондеромоторных сил, краевых и других эффектов в ограниченных пучках. Рассматриваются также сферические волны, которые формируются при пульсационных колебаниях сферических тел, в дальней зоне излучателей малых размеров, в ультразвуковых фокусирующих системах. Большинство из этих вопросов обсуждается применительно к продольным волнам для сред, обладающих объемной упругостью, а для других типов волн, в частности для сдвиговых волн в жидкостях и твердых телах, дополнительно рассматриваются те вопросы, которые составляют их специфику. К ним относятся граничные и нелинейные эффекты в твердых телах, трансформация волн, их дисперсия, поверхностные волны, соотношения между скоростями звука и модулями упругости в кристаллах, в том числе в пьезоэлектриках. [c.2]

Ультразвуковым волнам присущи общие закономерности распространения в соответствии с явлениями дифракции (огибания) и интерференции (сложения). При размерах излучателя, меньших длины волны, от него распространяются сферические волны, и излучение является ненаправленным. Если размеры излучающей пьезопластинки существенно больше размеров длины волны, то ультразвуковые волны будут распространяться в виде направленного пучка. В непосредственной близости от излучателя (в зоне Френеля) пучок волн распространяется почти без расхождения, а интенсивность колебаний вдоль пучка непостоянна, имеет скачкообразный характер и [c.149]

При перечислении свойств ультразвуко-вых волн было отмечено, что максимальное огра--жение ультразвуковой энергии от границы раздела двух сред (в данном случае от дефекта) будет в том случае, если размер дефекта будет равен или больше ультразвуковой волны., -При этом при определенных условиях, как мы видели, на некотором рассто-янии1 за дефектом может образоваться полная звуковая тень. Образование максимальной возможной или полной тени за дефектом имеет решающее значение для максимальной разрешающей способности дефектоскопов теневого типа. Но для импульсных ультразвуковых дефектоскопов, работающих на отражение, вовсе не обязательно получение полной тени или даже полутени за дефектом. Пр хорошей чувстви- тельности усилительной части импульсного дефектоскопа достаточно получить незначительное отражение ультразвуковой энергии от дефекта и не имеет никакого значения, что за дефектом будет или не будет звуковая тень не имеет значения для этих дефектоскопов и явление дифракции за дефектом. На их чув- ствительность влияют лишь поглощение и рассеивание ультразвуковой энергии в испытуемом материале на пути между поверхностью, к которой приложен излучающая и приемная пластинки, и дефектом с увеличением глубины залегания дефектов, или толщины стенок контролируемых изделий. Чувствитель-ность ультразвукового метода резко падает за счет рассеяния и поглощения ультразвуковой энергии как прямого, так и обратного (отраженного) пучка излучений. [c.128]

Оптическая томография применяется для визуализации акустического поля ультразвуковых излучателей 1101], которые широко используются в неразрушающей дефектоскопии и медицине. В даннсп работе различные проекции акустического поля получаются за счет вращения излучателя в плоскости верхней грани звуко-провода вокруг заданной оси. Зондирующий лазерный пучок света, ось которого перпендикулярна этой оси, испытывает дифракцию на исследуемом акустическом поле. Проекция акустического поля, как >1 Само поле, является комплексной функцией. Амплитуда проекции пропорциональна параметру Рамана—Ната, который в свою очередь определяется из интенсивности дифрагированною света. Поэтому в [101] предлагается амплитуду проекционных данных извлекать из распределения интенсивности света в изображении нулевого порядка дифракции. Однако фазу проекции акустическо- го псля получить из этих измерений нельзя. Для ее восстановления в работе используются различные итерационные алгоритмы типа -алгоритма Гершберга. После реконструкции фазы проекции про- [c.103]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...