Распространение ультразвука в кристаллах

РАСПРОСТРАНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА В КРИСТАЛЛАХ [c.240]

Связь между модулями упругости и скоростями распространения ультразвука в кристаллах [c.243]

В твёрдых телах внутренние напряжения характеризуются не давлением, а тензором напряжений, что отражает наличие упругости среды по отношению к изменению не только её объёма (как в жидкостях и газах), но и формы. Соответственно усложняются и ур-ния 3. п. и граничные условия. Ещё более сложны ур-ния для анизотропных сред (см. Распространение ультразвука в кристаллах). [c.138]

П. 3. в монокристаллах зависит от направления распространения волны относительно кристаллографич. направления (см. Распространение ультразвука в кристаллах). Кроме того, оно сильно зависит от наличия примесей. Последние могут не только изменять величину коэфф. П. з., но и влиять на характер его температурной зависимости. Напр., в кварце наличие примесей приводит к появлению пиков на зависимости а от Т. Коэфф. П. 3. в синтетич. кварце при нек-рых темп-рах может на 2 — 3 порядка превышать коэфф. П. з. в натуральном кварце. [c.262]

В кристаллах скорость звука имеет равное значение в зависимости от направления его распространения относительно осей симметрии кристалла. В результате на границах раздела кристаллов, возникают частичное отражение, преломление ультразвука и трансформации типов волн, что и определяет механизм рассеяния. Вследствие этого ультразвук сильно затухает в различных металлах и сплавах, в том числе и в баббите. Степень затухания определяется, кроме того, и частотой. [c.260]

Адиабатический модуль объемной упругости можно определить путем измерения скорости распространения ультразвука. Применяются три метода. При первом из них используют ультразвуковые интерферометры. Испытательный прибор сконструирован таким образом, что источник отраженных волн может перемещаться. Отраженные волны могут совпадать и не совпадать по фазе с падающими волнами, следствием чего бу- дут максимумы и минимумы на кривых, вычерчиваемых самописцем микроамперметра. Таким путем можно непосредственно определить длину волны, а по частоте генератора колебаний, которая известна, рассчитать скорость распространения ультразвука. Второй, импульсный, метод заключается в пропускании коротких импульсов ультразвуковых волн от кварцевого кристалла через жидкость к отражателю и обратно к первому [c.115]

Если плоскость излучающего и приёмного кристаллов установить строго параллельно друг другу, то пришедший импульс отразится от поверхности приёмной пластинки, пойдёт В обратном направлении и, достигнув поверхности излучающей пластинки, вновь отразится и т. д. Движение импульса от излучающей пластинки к приёмной и обратно приведёт к тому, что на экране осциллографа появится ряд убывающих по амплитуде импульсов, расположенных на одинаковых расстояниях друг от друга (рис. 115, 117 и 118). Частота развёртки такова, что вся развёртка от левой до правой её точки занимает время от одного электрического импульса до другого, т. е. 20 мсек. Зная частоту посылок импульсов (или, что то же, равную ей частоту развёртки) и измерив расстояние между излучателем и приёмником, мы можем определить скорость распространения ультразвука. Для этого нам нужно только принять во внимание, что ультразвуковой импульс проходит удвоенное расстояние— от излучателя до приёмника и обратно, и измерить [c.188]

На частотах СВЧ диапазона представляют интерес оптические методы изучения нелинейных акустических явлений в твердых прозрачных телах. На рис. 11.5, а изображена схема установки для исследования генерации гармоник продольных волн в кристалле кварца [55]. Свет от неподвижного гелий-неонового лазера 4 падает на исследуемый прозрачный кристалл 2, который может передвигаться вдоль направления распространения звука, сохраняя угол падения света неизменным (используется брэгговская дифракция света на ультразвуке). Этот свет дифрагирует на продольной ультразвуковой волне (использовались частоты от 500 МГц и выше применялся импульсный метод) под углом 0б, удовлетворяющим условию Брэгга sin 0б=Х/2Л, где X — длина волны света и yV длина волны звука (рис. 11.5, б). Поскольку угол 0б зависит от Л, возникающие при распространении ультразвуковой волны гармоники могут быть исследованы независимо, если производить измерения под углами 0б ю), 0б(2 >),. . . Изменение амплитуды гармоники с расстоянием находится путем передвижения резонатора 1 с кристаллом 2 относительно неподвижных источников света 4 и фотоумножителя 3. При малом отношении интенсивностей дифрагированного света к падающему, интенсивность дифрагированного света прямо пропорциональна интенсивности падающего света / и не зависит от частоты акустических гармоник (i/< > и — амплитуды смещения звука основной частоты и второй гармоники), [c.300]

УЗ-вые волны затухают значительно быстрее, чем волны более низкочастотного диапазона, т. к. коэфф. классического поглощения звука (на единицу расстояния) пропорционален квадрату частоты. В низкочастотной области коэфф. релаксационного поглощения также растёт пропорционально квадрату частоты, однако при повышении частоты этот рост замедляется и коэфф. поглощения стремится к постоянной величине. Область, где наблюдается такое изменение хода коэфф. поглощения, наз. релаксационной, а средняя её частота — частотой релаксации. Величина, обратная частоте релаксации,— время релаксации — характеризует процесс перераспределения энергии внутри вещества. Помимо характерного хода коэфф. поглощения УЗ, в релаксационной области наблюдается рост скорости звука с частотой — дисперсия, обусловленная физич. процессами в веществе и отличающаяся от дисперсии скорости звука, характерной для любых частот и связанной с геометрич. условиями распространения волны. Дисперсия УЗ в релаксационных областях обычно не превышает нескольких процентов. В многоатомных газах релаксация связана с обменом энергии между поступательными и внутренними степенями свободы, и характерные частоты лежат в среднем и даже низкочастотном диапазонах. В жидкостях к основным релаксационным процессам относятся, напр., внутримолекулярные превращения, структурная и химич. релаксации соответствующие частоты лежат чаще всего в области частот 10 —10 Гц. В твёрдых телах имеются релаксационные процессы различной природы, обусловленные, напр., взаимодействием ультразвука с электронами проводимости, со спиновой системой (см. Спин-фононное взаимодействие), С колебаниями кристаллической решётки. Влияние этих процессов проявляется в частотной зависимости поглощения УЗ. Резонансные явления типа акустического парамагнитного резонанса (область частот 10 —11 Гц) и акустического ядерного магнитного резонанса (10 —10 Гц) дают соответствующие пики поглощения. Резонансный характер может иметь также и дислокационное поглощение в кристаллах. Все эти особенности поглощения УЗ в твёрдых телах обусловлены взаимодействием УЗ-вых и гиперзвуковых волн с внутренними возбуждениями в твёрдых телах. Возникновение же такого взаимодействия связано с тем, что средние и высокие УЗ-вые частоты становятся сравнимы с характерными частотами процессов в веществе на молекулярном и атомном уровне, а длины волн сравнимы с параметрами внутренней структуры вещества. Последнее обстоятельство объясняет также увеличение рассеяния упругих волн на УЗ-вых частотах, наблюдаемое в микронеоднородных средах, в поликристаллич. телах сечение рассеяния на неоднородностях возрастает, если их размеры становятся порядка длины волны.. Связь характера распространения УЗ и, в частности, его высокочастотной области — гиперзвука — со структурой вещества и элементарными возбуждениями в нём является одной из важнейших особенностей УЗ-вых волн. Она позволяет судить о строении вещества на основании измерений скорости и погло- [c.11]

ДИСЛОКАЦИОННОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ ультразвука — поглощение энергии звуковой волны, обусловленное её взаимодействием с дислокациями в кристаллах. При распространении УЗ-вой волны через [c.116]

В Институте радиотехники и электроники Академии наук СССР разработана активная ультразвуковая линия задержки. Принцип ее действия основан на использовании явления усиления ультразвука дрейфом электронов в твердых телах. Усиление возникает из-за взаимодействия электронов с кристаллической решеткой. Особенно эффективно это взаимодействие в материалах, обладающих пьезоэлектрическими свойствами. Благодаря такому взаимодействию ультразвуковой волне передается энергия потока электронов, когда скорость их дрейфа в кристалле превышает скорость распространения ультразвука. Электромагнитные колебания преобразуются электромеханическим преобразователем в ультразвуковые. Возникшая ультразвуковая волна распространяется через звукопровод и активный элемент, в котором происходит ее усиление, и затем снова преобра- [c.136]

I — длина активного кристалла в направлении распространения звука, а знак импульса выбирается таким, чтобы носители заряда под действием поля двигались в направлении распространения звука. Подбором интенсивности и спектрального состава света от осветителя 7 создаётся оптимальная проводимость кристалла. В нек-рых случаях усиление ультразвука бывает настолько значительным, что позволяет скомпенсировать все потери в линии задержки и получить дополнительный рост выходного сигнала. [c.357]

Цинковая обманка не находит распространения в излучателях ультразвука из-за трудности получения больших и чистых кристаллов. [c.92]

Распространение по проводам. Были произведены опыты передачи ультразвука по проводам для сигнализации и связи при этом использовались частоты от 30 до 150 кгц В качестве излучателей и приемников ультразвуковых колебаний применялись кристаллы кварца или какого-либо другого пьезоэлектрика. Эффективную передачу удается получить для сравнительно небольших расстояний связи на больших расстояниях получать не удается. Большое мешающее действие на распространение оказывают всевозможные изгибы проволоки, а также узлы и скрутки. [c.30]

РАСПРОСТРАНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА в кристаллах имеет более сложный характер, чем в изотропной среде. Физич. свойства кристаллов, в т. ч. их упругость, анизотропны, т. е. зависят от направления в кристалле, при этом симметрия кристаллич. решётки обусловливает определённую симметрию физич. свойств кристалла. Скорость и поляризация звуковой волны в кристалле, затухание звука и направление потока энергии зависят от направления распространения волны относительно кристаллографич. осей. Раздел акустики, изучающий законы распространения ультразвуковых волн в кристаллах, называется кристаллоакустико й. [c.292]

В монокристаллпч. твёрдых телах С. 3. зависит от направления распространения волны в кристалле (см. Распространение ультразвука в кристаллах). В тех направлениях, в к-рых возможно распространение чистых продольных и чистых поперечных волн, в общем случае имеется одно значение J и два С1. Если значения с различны, то соответствующие волны иногда наз. быстрой и медленной поперечными волнами. В общем случае для каждого направления распространения волны в кристалле могут существовать три волны с разными скоростями распространения, к-рые определяются соответствующими комбинациями модулей упругости, причём векторы колебательного смещения частиц в этих трёх волнах взаимно перпендикулярны. В табл. 4 приведены значения С. з. для нек-рых кристаллов в характерных направлениях. [c.328]

В анизотропных средах (кристаллах) свойства У. в. зависят от типа кристалла и направления распространения (СхМ. Распространение ультразвука в кристаллах). В частности, чисто продольные и чисто сдвиговые волны могут распространяться только в кристаллах определённой симметрии и по определённым направлениям, как правило, совпадающим с направлением кристаллографич. осей. В общем случае в кристалле по любому направлению всегда распространяются три волны с тремя различными скоростями одна квазипро-дольная и две квазипоперечные, в к-рых преобладают соответственно продольные или поперечные смещения. При распространении У. в. в кристаллах может возникать ряд специфич. эффектов различие в направлениях фазовой и групповой скоростей, усиление ультразвука за счёт взаимодействия ультразвука с элект- ранами проводимости, вращение плоскости поляризации волн и др. [c.352]

При распространении Г. в кристаллах полупроводников и металлов, где имеются электроны проводимости, кроме взаимодействия Г. с тепловыми фононами, имеет место взаимодействие Г. с электронами (см. Взаимодействие ультразвука с электронами проводимости). Взаимодействие между когерентными фононами и электронами становится существенным в области УЗ-вых и особенно в области гиперзвуковых частот в полупроводниках, обладающих пьезоэлектрич. свойствами (напр., в кристалле dS, в к-ром взаимодействие между фононами и электронами проводимости очень сильно). Если к кристаллу приложить постоянное электрич. поле, величина к-рого такова, что скорость электронов будет немного больше скорости упругой волны, то электроны будут обгонять УЗ-вую волну, отдавая ей энергию и усиливая её, т. е. будет происходить усиление ультразвука. Если же ско- [c.88]

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]

Эта специфика прежде всего выражается в реальной и широко используемой возможности генерирования плоских или квазипло-ских волн, в особом значении импульсного режима излучения, в воздействии мощного ультразвука на среду и ее реакции на это воздействие, в сильном поглощении ультразвуковых волн в газах и возможности распространения сдвиговых волн в жидкостях, в отчетливом проявлении нелинейных акустических эффектов в жидкостях и твердых телах, постоянных сил в ультразвуковом поле и т. д. Соответственно на первое место в ультраакустике выходят вопросы распространения плоских волн, их поглощения, отражения, преломления, прохождения через слои, фокусирования, рассеяния, анализ нелинейных эффектов, пондеромоторных сил в поле плоских волн, дифракционных и интерференционных эффектов в поле реальных излучателей ультразвуковых пучков вместе с анализом отклонений характеристик ультразвукового поля в ограниченных пучках по сравнению с полем идеальных плоских волн, распространения различных типов ультразвуковых волн в безграничных и ограниченных твердых телах, в том числе — в кристаллах и пр. В насго-яи ей книге сделана попытка дать всем этим вопросам достаточно полное освещение в сочетании с другими аспектами распространения ультразвуковых волн. В книге приводятся также э сперимеп-тальные данные по скорости и поглощению ультразвука в л<идко-стях и газах, а также по скорости звука в изотропных твердых телах и кристаллах. Наряду с классическим материалом в ней использованы данные из оригинальных источников, на которые сделаны соответствующие ссылки. [c.5]

Коэффициенты же прохождения по давлению и скорости, определяющие их амплитуды в проходящей волне, как следует из уравнений (VI 1.9), существенно зависят от того, из какой среды в какую проходит волна. Если падающая волна распространяется в акустически жесткой среде и проникает через границу раздела в акустически мягкую среду, т. е. если Zj z.,, то амплитуда давления в проходящей волне будет незначительной, а амплитуда колебательной скорости почти удваивается по сравнению с падающей волной. Наоборот, при Zi << Z2, т. е. при распространении волны в мягкой среде и падении на границу раздела с более жесткой средой, например из газа в жидкость, в проходящей волне удваивается алшлитуда давления и соответственно убывает амплитуда скорости. Последнее обстоятельство необходимо особо подчеркнуть, так как приемники ультразвука обычно фиксируют давление (например, пьезоэлектрический кристалл), и поэтому такой приемник, будучи, например, погруженным в жидкость, зарегистрирует почти удвоенную амплитуду (давления) ультразвуковой волны, падающей на эту жидкость из пограничной с ней газообразной среды. [c.145]

Сегнетоэлектрики — весьма распространенные материалы в наши дни. На применении сегнетоэлектриков основано большинство современных генераторов ультразвука. Свойства сегнетоэлектриков широко используются в звуковоспроизводящей аппаратуре. Основным элементом головки звукоснимателя многих электропроигрывателей является кристалл сегнетоэлектрика. (Следует отметить выдающуюся роль советского ученого Б. М. Вула в исследовании сегнетоэлектричества и разработке высокоэффективных сегпетоэлектрических материалов.) [c.157]

ПЬЕЗОПОЛУПРОВОДНИК - - полупроводниковый материал, обладающий пьезоэффектом. При распространении акустич. волны в П. переменные деформации и напряжения вследствие пьезоэффекта приводят к появлению электрич. поля, изменяющегося с той же периодичностью и действующего на электроны проводимости. В результате такого взаимодействия ультразвука с электронами проводимости возникает ряд эффектов, напр, дополнительное поглощение звука в полупроводнике, а также, при определённых условиях, происходит усиление звука (см. Усиление ультразвука в полупроводниках). П. являются кристаллы dS, ZnO, dTe, GaAs, GaSb и др. [c.274]

Металлы имеют поликристаллическое строение, и в них обычно затухание определяется прежде всего рассеянием. В кристаллах скорость звука имеет разное значение в зависимости от направления его распространения относительно осей симметрии кристалла. Это явление называют упруюй анизотропией. В куске металла кристаллы ориентированы самым различным образом, поэтому при переходе ультразвука из одного кристал- [c.25]

Металлы, применяемые на практике, имеют поликристалли-ческое строение, и затухание волн в них предопределяется дву.мя основными факторами рефракцией и рассеянием ультразвука вследствие анизотропии механических свойств металла. В результате рефракции фронт ультразвуковой волны отклоняется от прямолинейного направления распространения и амплитуда принимаемых сигналов резко падает. Помимо рефракции волна, падающая на границу кристаллов (.зерен), испытывает частичное отражение, преломление ультразвука и трансформацию, что и определяет механизм рассеяния. Рассеяние в отличие от рефракции приводит не только к ослаблению сигнала, но и образованию [c.21]

Другое направление применения данных материалов — пьезополупроводниковые акустические усилители. В обычных условиях акустическая волна взаимодействует со свободными носителями заряда, увлекая их в направлении распространения, что приводит к дополнительному затуханию. Однако если к кристаллу приложить высокое напряжение, приводящее к дрейфу носителей заряда в направлении распространения волны со скоростью, превышающей скорость ультразвука, то носители будут передавать часть своей энергии акустической волне, которая таким образом будет усиливаться. Получится распределенный усилитель акустических сигналов или активная ультразвуковая линия задержки. [c.241]

Ультразвук пре, ставляет собой упругие колебания материальной среды с частотой колебаний выше 20 ООО гц, т. е. выше верхней границы слухового восприятия. Существует несколько способов получения ультразвуковых колебаний. Наиболее распространенным является способ, основанный на пьезоэлектрическом эффекте некоторых кристаллов (кварца, сегнетовой соли) или искусственных материалов (титаната бария). Этот эффект заключается в том, что если противоположные грани пластинки, вырезанной из кристалла, например кварца, заряжать разнсименными зарядами электричества, то она будет деформироваться в такт изменениям знаков зарядов. Изменяя знаки электрических зарядов с частотой выше 20 тысяч колебаний в секунду, получают механические колебания пьезоэлектрической пластинки той же частоты, передающиеся в окружающую среду в виде, ультразвука. [c.591]

Возникает естественный вопрос где же находится верхняя граница ультразвуков, т. е. какова частота самых высоких ультразвуков Ответ на этот вопрос можно дать, если исходить из следующих соображений. При распространении звуковых волн часть их энергии поглощается средой, в которой они распространяются. Величина этой поглощенно] доли зависит от свойств среды. Как правило, больше всего энергии поглощается в газах, меньше в жидкостях и еще меньше в твердых телах, в частности в металлах, кристаллах кварца и т. д. При этом поглощение всегда возрастает с увеличением частоты колебаний, т. е. высоты звука. Хорошим примером, подтверждающим это положение, является звучание удаляющегося оркестра с увеличением расстояния сначала пропадают высокие звуки флейт и кларнетов, затем средние — корнетов и альтов, и, наконец, на значительных расстояниях слыншн только большой барабан. Самые низкие звуки распространяются на самые далекие расстояния. [c.10]

Если к кристаллу, в к-ром распространяется УЗ-вая волна, приложено внешнее постоянное электрич. поле "0, создаюш,ее дрейф электронов в направлении распространения УЗ (см. Усиление ультразвука) то [c.42]

Модифицирующий эффект ультразвука хорошо изучен для алюминия и его сплавов. Установлено [2, 49], что когда сплаз алюминия с 20% кремния модифицируют солями натрия при обработке ультразвуком, получается более равно.мерное распространение модифицирующего эффекта по всему металлу и более. мелкозернистая структура. При. модифицировании алюминия цирконием применение ультразвука позволяет примерно в 10 раз увеличить модифицирующий эффект. Вместо добавки 0,8% циркония можно осуществлять модифицирование в ультразвуковом поле с добавкой только 0,08—0,15% циркония. При. модифицировании алюминия. мелкозернистым порошком СаСОз п АЬОз [2] установлено, что дли обеспечения модифицирующего действия необходимо при.менять ультразвуковые колеба ния, превышающие определенный порог интенсивности. Это-порог уменьшается при увеличении количества примесей. Апа логичное уменьшение пороговой. мощности и получение болег мелкозернистой структуры достигается при модифицироваяип алюминия вольфрамом. Эффективное модифицирование сплава из алюминия и. меди и чистого алюминия АВООО в ультразвуковом поле достигнуто с применением титана в качестве модификатора, а модифицирование силу.мина—с применение.м натрия. Модифицирующее действие натрия и ультразвука объясняется уменьшение.м поверхностного натяжения на граннце расплав — кристаллы . [c.48]

Контроль величины зерна металлов. Величина зерна влияет прежде всего на затухание ультразвука, поэтому любой метод измерения затухания позволяет оцепить величину зерна. Наибольшее распространение получил метод измерения на двух или нескольких частотах. Одну из частот выбирают низкой, и затухание на ней слабо зависит от структуры, а другую — высокой,, чтобы отношение длины волны к среднему размеру зериа находилось в диапазоне от 4 до 15. Отношение амплитуд двух донных сигналов, полученных на этих частотах, называют структурным коэффициентом. Измерение производят путем сравнения структурных коэффициентов в изделии и на эталонных образцах, с известной величиной зерна. В СССР выпускаются приборы ДСК-1, Кристалл-Ь>, работающие по этому принципу, нх частоты 0,5—10. мГц, они позволяют контролировать зерно в аустенитных сталях, алюмипневых сплавах и других материалах. [c.230]

Большая величина поглощения звука в газах (по сравнению с теорией) объясняется наличием молекулярного поглощения (которое не учитывалось Стоксом) за счет перехода энергии звука в энергию внутримолекулярных движений. Это явление впервые обнаружено Н. Неклепаевым в области ультразвука [25, 26] и объяснено П. Н. Лебедевым [27]. Увеличенное поглощение звука в морской воде объясняется влиянием пузырьков газа, которые обусловливают как поглощение энергии, так и рассеяние ее в стороны. В металлах ослабление звука происходит в значительной мере за счет рассеяния на мелких кристаллических зернах чем крупней зерна кристаллов, тем больше рассеяние и тем сильней звук ослабевает при распространении. В монокристаллах поглощение звука очень мало. (Прим. ред.) [c.53]

Физико-химическое действие ультразвука. Еоздействие на различные процессы посредством ультразвука получает все более широкое распространение в химии и физико-химии, и в этой области проводится интенсивная исследовательская работа. Несмотря на наличие значительного количества работ, посвященных ультразвуковому воздействию, вопросы приложения этого метода разработаны слабо. Хорошо разработаны генераторы, применяющиеся для этой цели при работе с ними необходимы те же меры предосторожности, что и при работе с высоковольтными установками. Применяемое напряжение нередко является опасным для жизни, поэтому все агрегаты должны быть снабжены надежной блокировкой. Все детали аппаратуры должны быть рассчитаны на некоторое пробивное напряжение. Для предотвращения разрядов электроды не должны доходить до краев кристалла. Основной задачей является конструкция кристаллодержателя и сосуда, в котором помещается вещество, подвергаемое воздействию. Держатели кристаллов следует изготовлять из стеатита или другого материала, обладающего высокой электрической прочностью. Зажимы для закрепления кристалла на дне ванны следует также изготовлять из стеатита или из стекла. [c.244]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...