Поглощение звука методы измерения

В М. а. для исследований обычно применяется УЗ- и гиперзвуковые волны в газах — в диапазоне частот Ю Гц, а в жидкостях и твёрдых телах — в диапазоне 10 —10 Гц. Использование оптич. методов, а именно измерение смещения и ширины компонент Мандельштама — Бриллюэна рассеяния и определение по ним скорости и коэф. поглощения звука, позволило расширить диапазон применяемых частот вплоть до десятков ГГц. [c.194]

Методы М. а. могут использоваться также для исследования веществ, в к-рых взаимодействие звука с элементарными возбуждениями не ограничивается простейшими релаксац. процессами. Напр., исследование поглощения звука в металлах и полупроводниках при разл. темп-рах, магн. полях и др, воздействующих факторах позволяет получить информацию о поведении электронов, о структуре ферми-поверхностей и об особенностях электрон-фононного взаимодействия. Измерение затухания звука в диэлектриках, напр. в кварце, в зависимости от темп-ры и при разных условиях предварит, обработки позволяет судить о наличии тех или иных примесей или дефектов. [c.194]

В заключение следует указать на возможную в принципе экспериментальную проверку численных значений физических констант материалов методом измерения поглощения звука в таких. материалах и последующего использования формул, вытекающих из (30), для различных конкретных случаев. [c.137]

В ряде работ [27, 47, 38, 26, 34, 48, 3] по результатам исследования акустического течения определены коэффициенты поглощения звука в жидкостях. Как видно из (6.58) и (6.60), для определения коэффициента поглощения методом акустического течения необходимо независимо измерить интенсивность (ши плотность звуковой энергии) и скорость потока. Выше мы говорили, что радиационное давление оказывает существенные помехи при определении скорости потока по его динамическому давлению. Естественно и обратное динамическое давление потока вносит ошибки в измерение радиационного давления механическими методами (см. гл. 5, 3). При измерении коэффициента поглощения этим методом разделение динамического давления потока и радиационного давления несколько усложняется тем, что должны быть созданы условия, соответствующие теории Эккарта. [c.243]

Наиболее точные методы измерения скорости распространения и коэффициента поглощения звука в веш естве основаны на предположении, что в экспериментальной установке создается плоская волна. Однако излучатели конечных размеров создают в ближней области плоское поле, искаженное дифракционными эффектами на краях излучателя даже в случае, если излучатель вставлен в бесконечный жесткий экран. Обычно в измерениях скорости распространения и коэффициента поглощения звука в веществе используют пьезоэлектрические пластины. В эхо-методах и в методе акустического интерферометра излучающая и приемная пластины могут быть совмещены. [c.280]

В эхо-методах измерения скорости и поглощения звука отраженная от рефлектора волна, искаженная дифракционными явлениями на краях рефлектора и излучателя, возвращается к передающему кристаллу и возбуждает на его клеммах электрическое напряжение, пропорциональное среднему давлению на поверхности пьезоэлемента. Это давление отличается от давления р, усредненного по поверхности перпендикулярной направлению распространения волны. Между этими величинами существует линейная зависимость [c.280]

Измерение коэффициента звукопоглощения материалов. Одним из наиболее распространенных методов измерения коэффициентов поглощения различных звукопоглощающих материалов при нормальном падении звуковых волн является метод акустического интерферометра со стоячими волнами. Динамический громкоговоритель, помещенный над верхним концом длинной (3-—4 м) металлической трубы (рис. 133), создает плоские волны, фронт которых перпендикулярен к оси трубы (для этого длина волны должна быть больше диаметра трубы по крайней мере в 2 раза). В том случае, если на другом конце трубы имеется акустически жесткая стенка, звуковые волны полностью отражаются от нее в результате сложения падающих и отраженных волн возникают стоячие волны с узлами, звуковое давление в которых равно нулю. Если же вместо жесткой стенки, на которую падает звуковая волна, имеется звукопоглощающий материал, который частично поглощает звук, образующиеся в трубе стоячие волны уже не будут иметь резко выраженные узлы (минимумы) давления то же самое будет иметь место и для амплитуды акустической скорости, с той лишь разницей, что узлу давления будет соответствовать пучность скорости, и наоборот. Если бы звукопоглощающий [c.215]

МОЛЕКУЛЯРНАЯ АКУСТИКА — раздел молекулярной физики, Б К-ром изучаются структура и свойства вещества акустич. методами, а также раздел акустики, в к-ром изучаются акустич. свойства веществ на основании молекулярных данных. Измерения скорости звука применяются для изучения равновесных, термодинамич. свойств, измерения поглощения звука и сопутствующей ему дисперсии звука — для изучения неравновесных свойств и кинетики молекулярных процессов. [c.284]

Измерения поглощения звука а в газах и жидкостях акустическими методами в области ультразвуковых частот дают возможность, согласно формуле (2.12), определить объемную вязкость г , если известна сдвиговая вязкость т (значение которой рассчитывается или находится другими, неакустическими методами) и известны параметры, соответствующие условиям измерений, т. е. со, р, с, н, входящие в формулу для а. При этом в большом числе случаев вклад н в а для газов имеет существенное значение,тогда как для неметаллических жидкостей вклад теплопроводности в значение а не так велик (примерно на порядок меньше, чем вклад от влияния I I и Ti ). Ультразвуковые измерения ti по разности измеренного а и вычисленного по значениям т и параметров эксперимента, по существу, являются единственным (косвенным) методом измерения объемной вязкости. В отсутствие релаксационных процессов (см. ниже), значение л и т] для многих простых жидкостей примерно равны. Для одноатомных газов эксп практически совпадает со значением вычисленным согласно формуле (2.13), т. е. при [c.43]

Еще раз подчеркнем, что измерение самого значения объемной вязкости 1] и ее зависимости от частоты и различных физических условий возможно только акустическим методом. Встречаются также случаи, когда акустические методы исследования процессов релаксации могут способствовать обнаружению самого релаксационного механизма, дают возможность проводить измерения характерных времен и внутренних параметров. Так, например, наблюдается сильное увеличение поглощения звука из-за флуктуаций концентрации вблизи критической точки расслаивания в ряде растворов. В некоторых растворах с критической точкой сосуществования при концентрации С С рит и при Т Т крит как известно, средний квадрат флуктуаций концентрации сильно увеличивается. Измерения в определенной области частот коэффициента поглощения звука а показывают, что а при этом также сильно увеличивается, что дает возможность определить время релаксации. Оптические методы в этом случае хотя и позволяют обнаруживать само явление рассеяния, но не дают определения величины флуктуаций концентрации, тогда как акустические методы это позволяют сделать [40, 41], правда, с небольшой точностью. [c.61]

В М. а. для исследований обычно применяются акустич. волны высокой частоты в газах УЗ — в диапазоне частот 104—10 Гц, а в жидкостях и в твёрдых телах — в диапазоне 10 — 10 Гц. Это связано как с локализацией областей релаксации в этих частотных диапазонах, так и с высоким развитием техники излучения и приёма УЗ и с большой точностью измерений в этом диапазоне частот. На более высоких частотах поглощение звука становится очень большим и многие акустич. методы неприменимы. [c.220]

В настоящее время единственный метод измерения объемной вязкости, как известно,— это метод определения ее из результатов измерения поглощения звука. [c.97]

По результатам исследования акустического течения в ряде работ 6, 11, 15, 35, 56—59] определены коэффициенты поглощения звука в жидкостях. Как видно из соотношений (31) и (33), для определения коэффициента поглощения методом акустического течения необходимо независимо измерить интенсивность звука (или плотность звуковой энергии) и скорость потока. Выше уже говорилось о том, что радиационное давление оказывает существенные помехи при определении скорости потока по его динамическому давлению. Естественно и обратное динамическое давление потока вносит ошибки в измерение радиационного давления механическими методами. [c.123]

Несколько иной метод определения коэффициента поглощения звука был предложен в работе [57]. Схема установки приведена на рис. 21. Ультразвуковое поле (1 Мгц), создаваемое источником полностью заполняло трубку с исследуемой жидкостью 2 трубка имела обводной капиллярный канал 3 для обратного потока. Согласно соотношению (31), при радиусе звукового пучка, равном радиусу трубы, скорость акустического течения обращается в нуль. В экспериментальных условиях, конечно, из-за неоднородности звукового поля по сечению трубки и влияния пограничного слоя вблизи стенок, а в описываемой установке еще из-за тока жидкости через капиллярный канал 3 перенос жидкости имеется, однако скорость его существенно меньше скорости течения в свободном звуковом поле. Влияние динамического давления потока на механический приемник радиационного давления 4 было при этих условиях относительно мало. Отраженный от приемника 4 звук поглощался поглотителем 5. Авторы работы [58] отказались от абсолютного измерения звукового поля радиометром, потому что приемный элемент радиометра, отражая звук, не позволял создать полностью бегущую волну (в этой работе плотность звуковой энергии определялась из импедансов излучателя в воздухе и в жидкости). Согласно закону Гагена — Пуазейля, скорость движения [c.123]

Для измерения скорости звука предложено много всевозможных приемов, которые основываются на явлении дифракции света на ультразвуке, интерференции звука (интерферометр Пирса) и на импульсном методе измерения скорости ультразвука [283]. Все эти способы дают высокую точность определения скорости звука в обычных условиях, но если необходимо знать скорость звука при любой пониженной температуре, когда вязкость жидкости и вместе с ней поглощение сильно возрастают, применение известных методов измерения скорости звука становится весьма затруднительным или даже в некоторых случаях невозможным [280]. А при изучении рассеяния света в жидкостях при переходе от обычных вязкостей к стеклообразному состоянию нужно знать адиабатическую сжимаемость в любой температурной точке. Поэтому Величкина и автор этой книги [2801 разработали специальный метод измерения, который, как нам представляется, лучше других методов подходит для указанных условий. Разумеется, он может применяться и в других случаях Разработанный метод измерения скорости ультразвука основан на явлении интерференции звуковых волн в плоскопараллельном слое конечной толщины. Прибор, работающий на этом принципе, представляет собой интерферометр Фабри — Перо для звуковых волн. Схематически устройство прибора и блок-схема электронной части показаны на рис. 46а, общий вид прибора — рис. 466. [c.214]

Метод акустической эмиссии основан на том эффекте, что растущая трещина или возникновение дополнительных напряжений внутри изделия, например вследствие деформации, высвобождает энергию, которая излучается также и в форме звуковых волн. Диапазон частот этих импульсов или цуга импульсов распространяется на все частоты слышимого звука вплоть до наивысших частот. Однако по практическим причинам ограничиваются диапазоном ультразвука около 1 МГц, так как при более низких частотах измерение нарушается из-за слишком большого числа помех от окружающей среды, а при более высоких частотах сильно ограничивается дальностью распространения из-за поглощения звука в материале. По аналогии с методами сейсмологии звуковые импульсы регистрируются датчиками колебаний (как правило, пьезодатчиками искателей), поставленными на поверхность детали, и подвергаются дальнейшей обработке. [c.323]

Во многих случаях, например при применении метода эхолота, при испытании материалов, при измерениях скорости и поглощения звука, возникает необходимость излучения коротких ультразвуковых импульсов. Для этого напряжение высокой частоты должно модулироваться сигналами от генератора импульсов. Одна из возможных схем генератора импульсов изображена на фиг. 110. На сетку электронной лампы подается управляющее напряжение Ug, задающее частоту повторения импульсов величина этого [c.102]

Следует учитывать, однако, что импульсный метод предъявляет существенно более высокие требования к аппаратуре, чем все другие методы. Поэтому основное значение импульсного метода заключается не столько в измерениях скорости, сколько в возможности измерения поглощения звука. Для этой цели в схему между приемником и усилителем включается регулируемый аттенюатор (см. фиг. 263). Более подробно об этом сказано в гл. IV, 2, п. 2. [c.217]

Методы измерения поглощения звука в жидкостях [c.274]

Прежде чем обратиться к рассмотрению экспериментальных данных, остановимся на основных методах измерения коэффициента поглощения звука ). Эти методы можно разделить на следующие шесть групп [c.274]

Методы, основанные на измерении переменного звукового давления. От искажающего влияния акустического ветра свободна вторая группа методов измерения, заключающихся в измерении переменного звукового давления в бегущей волне на различных расстояниях от излучателя. Так как, согласно формуле (166), переменное звуковое давление Р пропорционально квадратному корню из силы звука J, то коэффициент поглощения звука [c.276]

Ричардсон [1728] дал несколько видоизмененный интерферометрический метод измерения коэффициента поглощения звука. При возбуждении стоячей волны в среде, поглощающей звук, квадрат амплитуды смещения на расстоянии х от излучателя пропорционален выражению [c.277]

Импульсный метод. Этот метод, описанный в 1, п. 2 настоящей главы, нашел себе применение и для измерения поглощения звука. При увеличении расстояния между излучателем и отражателем благодаря поглощению происходит ослабление возвращающегося к излучателю звукового импульса. По ослаблению звука при [c.277]

МОЛЕКУЛЯРНАЯ АКУСТИКА — раздел физ. акустики, в к-ром структура и свойства вещества и кинетика молекулярных процессов исследуются акустич. методами. Осн. методы М. а.— измерения скорости, звука и козф. поглощения звука в зависимости от разл. физ. параметров частоты звуковой волны, темп-ры, давления, маги, поля и др. величин. Исследования, проводимые такими методами, иногда объединяют в особый раздел экснерим. акустики — ультразвуковую или акустическую спектроскопию. Методами М. а. можно исследовать газы, жидкости, полимеры, твёрдые тела, плазму. На ранней стадии развития этой области и в нек-рых случаях до сих пор термин М. а. применяют лишь к исследованиям молекулярной структуры газов а жидкостей. [c.193]

Методы измерения П. з. разнообразны и зависят от вещества, в к-ром П. з. измеряется, от диапазона частот и величины коэф. П. з. Во всех методах измерений важно выделить истинное поглощение и отделить его от др. Явлений, приводящих к уменьшению амплитуды звука, таких, как сферич. расхождение, ди-фракц. эффекты, рассеяние, а также потери на склейках и пр. [c.659]

Вместо интерферометра Фабри — Перо для спектрального анализа можно использовать дифракционный спектрограф [10] разрешающая спо-ообность в обоих случаях имеет порядок 10 —10 . Интерферометр табл. 1 приведено несколько результатов (они не относятся к простым жидкостям и помещены здесь только для того, чтобы показать возможности метода). В этой таблице Т — температура жидкости в градусах Цельсия 0 — угол рассеяния — скорость гиперзвука, рассчитанная по величине бриллюэнов-ского смещения — скорость ультразвука, измеренная обычными методами на частотах несколько мегагерц — уширение линии, обусловленное поглощением звука. Результаты, приведенные в первой строке для каждой жидкости, получены с использованием классических источников хвета, а во второй и третьей строках соответственно — с помощью экспериментальной схемы, представленной на фиг. 2 [10], и с помощью схемы с коническим рефлектором [9]. Очевидно, что [c.162]

Акустический парамагнитный резонанс. Если в условиях, позволяющих наблюдать Э. п. р., вместо переменного магн. поля па вещество воздействовать звуком той же частоты, то в силу спин-решеточной связи возникает резоиансное поглощение звука. Изученпе этого эффекта — прямой метод измерения величины снин-решеточного взаимодействия. [c.502]

С явлением диссипации мы познакомимся более подробно в следующем параграфе при рассмотрении поглощения звука в релаксирующей среде. Поглощение звуковых волн представляет собой характерный пример диссипации механической энергии. Примером неполного использования энергии вследствие необратимости может служить рассмотренный выше идеализированный случай истечения газа в пустоту с полностью замороженными колебаниями. В кинетическую энергию разлета идет только обратимая часть внутренней энергии энергия поступательных и вращательных степеней свободы, а энергия колебаний так и остается в молекулах, благодаря чему скорость истечения оказывается меньшей. Подобные эффекты необратимости при наличии неравновесных процессов могут привести к дополнительным потерям в высокоскоростных турбинах при высоких температурах, в соплах ракетных двигателей и т. д. На использовании эффекта повышения энтропии с течением времени основан независимый метод измерения времени колебательной релаксации т, примененный Кантровицем [1] для исследования релаксации в СОг. [c.427]

Уже первая попытка провести экспериментальную проверку формулы Стокса — Кирхгофа для коэффициента поглощения, сделанная по предложению П. Н. Лебедева его учеником Н. П. Не-клепаевым в 1911 г. [7], показала, что для воздуха в диапазоне частот 120—4000 кГц поглощение звука в два с лишним раза больше, чем это следует из формулы (2.13). В 1925 г. Пирс [8] в США, используя разработанный им точный метод измерения скорости и поглощения ультразвука в газах (известный ультразвуковой интерферометр Пирса), обнаружил в углекислом газе заметную диспер- [c.41]

С этого времени в большом количестве проводятся эксперимен тальные и теоретические работы по исследованию дисперсии и пог лощения ультразвуковых волн в газах, а затем и в жидкостях, сре ди которых следует отметить работы Кнезера [9] и Бикара [10] К настоящему времени накопилось очень большое количество ра бот по измерению скорости и поглощения ультразвука в газах, в смесях газов, жидкостях, смесях различных жидкостей, растворах, электролитах, проведенных при разных физических условиях (температура, давление, плотность, фазовые переходы и т. д.). Результаты этих измерений важны не только для изучения молекулярных свойств газов и жидкостей, но также широко используются в технике для контроля протекания различных технологических процессов (по изменению скорости и поглощения звука). Методика этих измерений хорошо отработана и изложена во многих учебниках, поэтому мы не будем ее описывать. Отметим только, что на ультразвуковых частотах современные импульсные, фазовые и в особенности импульсно-фазовые методы позволяют получить относительную ошибку Ас/с 10 —10 , а абсолютное значение с измерять с точностью 10" %. Аппаратурная точность может быть выше, однако точность измерения скорости ограничивается трудностью поддерживать неизменными физические свойства среды (температуру, плотность, однородность, отсутствие потоков и т. д.) и неоднородностями акустического поля абсолютное значение а в области ультразвуковых частот можно измерять с ошибкой 2—5%. Трудности в определении коэффициента поглощения звука по результатам измерений также состоят в необходимости детального учета неоднородности излучаемого акустического поля, дифракционных эффектов, неизменности физических свойств среды. Для газов измерения на частотах выше нескольких МГц (при нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре) затруднены из-за очень большого поглощения. [c.42]

УЗ-вые методы, основанные на измерениях скорости и затухания звука, широко используются в технике для определения свойств и состава веществ и для контроля технологич. процессов (см. Контрольно-измерительные применения ультразвука). По скорости звука определяют упругие и прочностные характеристики металлич. материалов, керамики, бетона, степень чистоты материалов, наличие примесей. Измерения скорости и поглощения в жидкостях позволяют определить концентрацию растворов, следить за протеканием химич. реакций и других процессов, за ходом полимеризации. В газах измерения скорости звука дают информацию о составе газовых смесей. При УЗ-вых измерениях в твёрдых телах используют частоты 10 —10 Гц, в жидкостях — до 10 Гц, в газах — не выше 10 Гц выбор частотных диапазонов соответствует поглощению УЗ в этих средах. Точность определения состава веществ, концентрации примесей УЗ-выми методами высока и составляет доли процента. По изменению скорости звука или по Доплера эффекту в движущихся жидкостях и газах определяют скорость их течения (см. Расходомер). Для исследования свойств веществ используют также методы, основанные на зависимости параметров резонансной УЗ-вой колебательной системы от акустич. сопротивления нагрузки, т. е. от свойств нагружающей её среды. Это т. н. импедансные методы, к-рые применяются в УЗ-вых сигнализаторах уровня, вискозиметрах, твердомерах и т. д. Во всех перечисленных методах измерений и контроля свойств вещеегв применяются весьма малые интенсивности УЗ эти методы требуют малого времени для измерений, легко поддаются автоматизации, позволяют производить дистанционные измерения в агрессивных и взрывоопасных средах и осуществлять непрерывный контроль веществ в труднодоступных местах. [c.17]

Методы измерения П. з. разнообразны и зависят от вещества, в к-ром П. 3. измеряется, диапазона частот и величины коэфф. П. з. Во всех методах измерения важно выделить истинное поглощение и отделить его от других явлений, приводящих к уменьшению амплитуды звука, таких, как сферич. расхождение, дифракционные эффекты, рассеяние (см. Затухание звука), а также потери на склейках и пр. Основные группы методов измерения П. з. методы, основанные на измерении радиационного давления звука или же непосредственном измерении амплитуды звуковой волны в зависимости от расстояния (часто используется в жидкостях), метод УЗ-вого интерферометра (используется в газах при измерении на высоких частотах), метод реверберации (используется на низких частотах), оптич. метод, калориметрич. метод и импульсный метод. Из всех перечисленных методов импульсный является наиболее точным и универсальным. Он позволяет измерять поглощение с точностью до нескольких процентов. [c.263]

Исследования Ф. (фононного газа) можно производить прямыми или косвенными методами. Последние связаны с измерениями тепловых свойств вещества, а также с исследованием рассеяния частиц (нейтронов, фотонов) на тепловых Ф. Прямые методы — это акустич. эксперименты (напр., измерения скорости и поглощения звука) на гиперзвуковых частотах. Свойства Ф. изучают также в экспериментах по распространению тепловых импульсов (импульсов Ф.), проводимых при сверхнизких темп-рах. Исследования тепловых импульсов позволяют определить скорость тепловых Ф., их рассеяние и времена релаксации в кристаллах. Тепловые импульсы создаются путём разогревания плёночных проводников 2 (рис. 2) короткими импульсами тока, СВЧ импульсами или лазерными импульсами. Прошедшие через исследуемый кристалл (напр., А12О3) тепловые Ф. регистрируются сверхпроводящими плёночными болометрами 4. [c.372]

В качестве приемников динамического давления могут служить различные устройства легкоекоромысло (типа радиометра) с закрепленным начнем приемным элементом, помещаемым в звуковое поле, трубки типа трубок Пито. Такого рода измерения значительно осложняются тем, что, помимо динамического давления потока, на эти приемники действует звуковое радиационное давление, величина которого по порядку величины может быть равна величине динамического давления стационарного потока. В работе [37] для определения динамического давления потока предложено использовать приемную головку радиометра в виде рамки, затянутой пленкой, прозрачной для звука и непроницаемой для потока. При этих условиях радиационное давление уже не будет действовать на приемный элемент радиометра, если, конечно, поглощение звука в пленке достаточно мало, тогда как динамическое давление потока вследствие непроницаемости пленки действует полностью. Можно защитить от потоков приемную головку обычного радиометра (полностью или частично поглощающую или отражающую) или трубки Пито [20] непроницаемым для потока и прозрачным для звука экраном. В этом случае измеряется величина, пропорциональная радиационному давлению. Разница между полным давлением и радиационным позволяет определить динамическое давление постоянного потока и, следовательно, его скорость. В работе [6] для разделения радиационного давления звука и динамического давления эккартовского потока использовалось то не совсем изученное обстоятельство, что время установления стационарного звукового поля существенно меньше времени установления стационарного акустического течения. Включение звука приводит сразу же к отклонению радиометра под действием радиационного давления (правда, только в том случае, когда инерционность радиометра мала) и затем к постепенному увеличению отклонения под действием динамического давления потока. Этот метод вызвал ряд возражений [35], сущность которых сводится к тому, что, во-первых, процесс установления течения происходит во всем объеме и, следовательно, динамическое давление потока, хотя и не в полной мере, но все же начинает действовать при включении звука и, во-вторых, инерционность радиометров, как правило, столь велика, что может быть сравнима с временем установления постоянного потока. [c.111]

Из методов приема и измерения длины волны, интенсивности и поглощения звука, применяемых в слышимом диапазоне, только немногие можно использовать в области ультразвука, да и то лишь на наиболее низких ультразвуковых частотах, где длина волны имеет еще величину порядка сантиметров на более высоких ультразвуковых частотах эти методы непригодны, так как обычные индикаторы оказываются велики по сравнению с длиной волны и могут служить препятствием свободному распространению звука. Вместе с тем существует ряд особых методов, применимых в ультразвуковом диапазо- [c.131]

Следовательно, для нахождения коэффициента поглощения а достаточно измерить в исследуемой жидкости давление излучения S в бегущей звуковой волне на различных расстояниях х от излучателя и затем построить прямую 1п5з(,= = onst—2 ах. Наклон этой прямой дает величину а. Первые измерения этим методом были осуществлены Бикаром [278—2811 при помощи описанных в гл. П1, 1 крутильных весов ему же принадлежит обобщающая работа о поглощении звука в жидкостях [2821. [c.274]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...