Ближнее поле плоского излучателя

IV.5. БЛИЖНЕЕ ПОЛЕ ПЛОСКОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ [c.270]

В работах [37, 57] расчет акустического поля выполнен путем разложения сферических волн, излучаемых в призму элементарными источниками, на плоские гармонические волны с комплексным значением вектора к. Поле в изделии, полученное в результате вычислений, имеет такой вид, будто диаграмма направленности образована в призме, а затем каждый луч этой диаграммы на границе с изделием был преломлен и ослаблен на величину, соответствующую коэффициенту прозрачности. Этот вывод очевиден, если путь в призме больше длины ближней зоны пластины излучателя и в призме сформировалась диаграмма направленности. Но он, однако, не является очевидным, когда (как это бывает на практике) путь в призме меньше длины ближней зоны и лучи еще не образовались. Имеются обширные данные [32] по расчету приведенным способом диаграмм направленности конкретных преобразователей при излучении в изделия из различных материалов. [c.86]

Поскольку в некоторых задачах нелинейного распространения упругих волн необходимы абсолютные измерения и сравнение с теорией, геометрия звукового поля имеет существенное значение. Большинство измерений обычно проводится в ближнем поле излучателя, где волну еще можно считать плоской. Поскольку ближнее поле чрезвычайно неоднородно, такие измерения возможны только тогда, когда размеры приемника существенно больше неоднородностей поля и, следовательно, приемник усредняет эти неоднородности. С приемниками, размеры которых меньше или порядка длины волны, измерения обычно проводятся в дальнем поле [24], где уже начинает сказываться расходимость, что обычно учитывается при сравнении теории с экспериментом. [c.154]

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]

Тот факт, что в установке используется плоский излучатель, не исключает возможности применения соотношения (20), справедливого для сферически расходящихся пилообразных волн. Плоский излучатель использован для того, чтобы нелинейные явления могли привести к искажению формы волны в ближней зоне излучателя, где распространяется плоская волна. Искаженная волна при дальнейшем распространении перейдет в дальнюю зону излучателя и будет расходиться по сферическому закону. Именно в дальней зоне поля, где справедливо соотношение (20), и проводятся все измерения. [c.364]

Наряду с плоскими волнами в ультраакустике часто приходится иметь дело и со сферическими волнами. Мы встречались с ними уже при рассмотрении рассеяния ультразвука на сферических частицах, при анализе кавитационных процессов и давления излучения сферические волны формируются в дальнем поле реальных плоских излучателей ультразвука, а также в ближнем поле сфер 1-ческих излучателей. Поэтому в данной главе рассмотрим отдельно характеристики и особенности распространения сферически-сим-метричных волн, т. е. таких волн, акустические параметры которых зависят от расстояния до некоторого центра. [c.202]

При отсутствии рассеивающего объекта в оптическом дифракционном порядке восстанавливается изображение источника звука. Это свойство дифракции может быть использовано для исследования характеристик ультразвуковых излучателей. При дифракции светового зонда на гармонической ультразвуковой волне, возбуждаемой плоским излучателем, в 1 порядках дифракции возникают распределения интенсивности света, пропорциональные интенсивности ультразвукового поля в среднем сечении. Причем это правило соблюдается как для ближней, так и для дальней зоны ультразвукового излучателя. Исследуя распределение интенсивности света в порядках дифракции, можно получить распределение интенсивности УЗК в просвечиваемом сечении поля. [c.215]

Из теории радиоантенн [15] известно, что линейная группа из п точечных излучателей, отстоящих друг от друга на расстояние к 2, с интенсивностью, пропорциональной биномиальным коэффициентам разложения + имеет диаграмму направленности без боковых лепестков, лежащую /в плоскости этой линейной группы. Отсюда следует, что давление в ближнем поле в направлении оси такой группы излучателей не будет осциллировать. Конечно, линейная группа излучателей будет давать двумерное расхождение звуковой энергии даже в ближнем поле. Давление вдоль оси этой группы излучателей не будет постоянным, а будет убывать по цилиндрическому закону, т. е. обратно пропорционально корню квадратному из расстояния по оси. Чтобы получить Постоянное поле, систему линейной группы излучателей с биномиальным распределением амплитуд нужно экстраполировать на случай плоского излучателя. В отличие от непрерывного и бесконечного излучателя Гаусса линейная группа с биномиальными коэффициентами распределения дискретна и конечна. Это создает предпосылки для конструирования реальной решетки, о котором пойдет речь в следующем разделе. [c.229]

Снижение отражения обычно измеряют с помощью установки, показ анной на рис. 6.2. Падающий и отраженный звуки (звуковые давления) измеряются зондовым гидрофоном, который помещается вблизи образца материала. Для разделения этих двух измеряемых сигналов применяют два способа. Используя импульсный режим, можно разделить падающий и отраженный звуковые импульсы на промежуток времени, который требуется импульсу, чтобы пройти путь от гидрофона к образцу и обратно. При использовании интерферометрического метода оба сигнала перекрываются и их уровни вычисляются по интерференционным максимумам и минимумам, которые обусловлены конструктивной и деструктивной интерференцией. Как и при измерении звукоизоляции, основные трудности связаны с отражениями и дифракцией. Дифракционные эффекты в этом случае не ограничиваются обычной дифракцией на краях препятствия. Если плоская волна падает нормально на отражающую пластинку, то отраженная волна неотличима от той, которую излучала бы сама пластинка, если бы она служила излучателем. Зонд, расположенный вблизи пластинки, находится в ближнем поле, или в зоне [c.328]

ДЛЯ ЭТОГО случая показывает, что вблизи излучателя существует зона Френеля, в которой волны имеют плоский фронт, как показано на фиг. 205. Зона Френеля (ближнее поле) простирается на расстояние [c.574]

На рис. 4.32 показана найденная таким способом диаграмма зависимости фокусного расстояния от кривизны излучателя, имеющего отношение Д=20. Расстояние и радиус здесь нормированы по длине ближнего поля N плоского излучателя. [c.103]

Нелинейное взаимодействие происходит в ближней зоне и.злучения волны накачки (см. Звуковое поле), где она является плоской. Протяжённость зоны взаимодействия в наиравлении распространения волн в этом случае определяется длиной пробега волны накачки I = а , где а — коэф. поглощения этой волны, а поперечное сечение этой зоны — площадью излучателя волны накачки (рис. ). Амплитуда НЧ-волны [c.536]

Фотографирование ближней и дальней зон. Если считать лазерный источник идеальным излучателем ограниченной плоской волны, то, как показано для твердотельного лазера на фиг. 3.8, поле излучения на расстояниях, очень больших по сравнению с D = а /2Я, наилучшим образом может быть представлено в приближении Фраунгофера, или приближении дальней зоны . Величина а равна, скажем, радиусу, ограничивающему площадь, с которой излучается 95% света излучающей моды, и для твердотельных лазеров она может быть значительно меньше диаметра самого лазерного стержня. Приближение Френеля, или приближение ближней зоны , справедливо при расстояниях, значительно меньших D. Для типичных твердотельных лазеров мы получим характеристики, приведенные Б таблице (Я = 6943 А). [c.50]

Использовать сферический излучатель вместо плоского, чтобы с самого начала иметь сферически расходящуюся волну, не целесообразно, так как при таком расхождении получить пилообразную волну практически невозможно. Проводить измерения в ближней зоне излучателя нельзя вследствие сильных дифракционных искажений поля. [c.364]

Эти энергетические соображения лежат в основе весьма наглядного, но очень приближенного представления поля в ближней зоне в виде параллельного пучка лучей (плоская волна) (см. рис. 2.15). Расчеты и эксперименты [4] показывают, что вблизи излучателя и на границе ближней зоны существует область, в которой концентрируется энергия УЗ-колебаний. Это можно видеть по сужению УЗ-поля (рис. 3.3). Ввиду такого эффекта концентрации колебаний преобразователь обладает наибольшей чувствительностью к дефектам, расположенным на глубине г=Гб. [c.71]

Поле ПРЭ в ближней и дальней зонах в случае плоского электрода практически не будет отличаться от обычного поршневого излучателя. Это и подтверждается результатами эксперимента (рис. 4.14, кривая I). В то же время сложная конфигурация электрода существенно изменяет характер поля. Так, в ПРЭ, формирующем [c.136]

Если отражатель имеет форму круглого диска диаметром Dr,, то его ближнее звуковое поле может быть рассчитано (см. раздел 4.1) по формуле (4.2), а характеристика направленности будет как на рис. 4.15, а. Если падающая волна возбуждается большим излучателем-передатчиком, то он одновременно является и приемником. При работе в импульсном режиме после излучения он принимает эхо от отражателя спустя промежуток. времени, равный удвоенному времени пробега до отражателя. Нас интересует его амплитуда, т. е. высота эхо-сигнала. Согласно разделу 7.2 предварительно принимается, что электрическое напряжение, измеренное как высота эха, пропорционально площади, на которую упала отраженная волна, и звуковому давлению. Если бы на рис. 5.2, а излучаемая волна в ее плоской части возвращалась бы назад от очень большого отражателя, то она приходила бы практически полностью, т. е. высота эхо-сигнала составила бы Но. Однако от отражателя возвращается только волна, соответствующая его гораздо меньшей площади, которая и даст эхо-сигнал высотой Нг- Отношение обоих этих эхо-сигналов очевидно соответствует отношению площадей отражателя и излучателя [c.115]

При методе взаимности в плоской волне градуиро зка проводится в особых условиях, когда между излучателем и гидрофоном распространяются только плоские бегущие волны. Это условие выполняется, например, между двумя большими поршневыми преобразователями, показанными на рис. 2.10. Расстояние между двумя преобразователями должно быть достаточно мало, чтобы гидрофон находился в ближнем поле излучателя. В ближнем поле большого поршневого преобразователя звук [c.49]

Тротт [8, 9] Б своих перБых исследоБаниях методов градуировки в ближнем поле заметил, что звуковые давления, создаваемые большим поршневым излучателем в ближнем и дальнем полях, связаны так же, как параметры взаимности для сферической и плоской волны (см. разд. 2.3.1 и 2.3.5). Действительно, если один и тот же преобразователь является точкой в сферической волне (как предполагается при градуировке стандартным методом взаимности для сферической волны) или плоскостью в плоской волне (как предполагается при градуировке [c.225]

Однородное распределение звукового давления на оси в ближнем поле легко получается и для двух других форм излучателей. Фон Хазельберг и Крауткрзмер [14] показали, что плоский круглый излучатель с радиальным распределением амплитуд колебаний или распределением по функции Гаусса [c.228]

Методика градуировки с использованием решетки Тротта по существу не отличается от обычных измерений, рассмотренных в разд. 2.2.1 и 2.2.2. Чувствительность градуируемого преобразователя по напряжению в свободном поле Мх определяется с помощью простой градуировки методом сравнения. Решетка Тротта используется в качестве излучателя. Градуируемый и образцовый гидрофоны по очереди помещаются в однородную плоскую бегущую волну в ближнем поле решетки. Тогда [c.245]

Как показывают эксперименты, акустическое поле в левитаторе — это всегда комбинация ближнего поля излучателя и поля стоячих волн, что ведет к образованию в объеме камеры строго ограниченных областей, так называемых энергетических ям , в которых происходит устойчивая фиксация образцов с размерами, меньшими Х/2. На рис. 5.1 схематически показано распределение звукового давления и положение взвешенных частиц в так называемом одноосевом левитаторе [13], состоящем из поршневого излучателя радиусом р в две длины волны в воздухе и с плоским рефлектором, помещенным на расстоянии пк 2. Плоскости минимальной потенциальной энергии, в которых фиксируются образцы, почти совпадают с плоскостями минимального звукового давления, нормальными к оси излучателя. В горизонтальной плоскости зоны устойчивой левитации также совпадают с областями мцнимального давления, [c.131]

Рис. 4.32. Коэффициент фокусировка К как функция радиуса кривизны г, нормированный по длияе ближнего поля ЛГ плоского излучателя расчет по уравнению (4.26) для отношения 0/Х=20, справедливый также и для отношения >А 10 при условии г/ЛГ>0,2 К — коэффициент фокусировки r/N — радиус кривизны излучателя.

Относительная высота эха в 30 дБ относится к точечному отражателю, расположенному непосредственно перед плоским излучателем. В отличие от естественной фокусировки плоского и.злучателя иа расстоянии длины ближнего поля, где (см. рис. 4.19 или 4.20) звуковое давление составляет 2ро (высота эха на 12 дБ выше ро), здесь достигается повьпнише чувствительности на 30—12=18 дБ, т. е. восьмикратная высота эха (амплитуда эхо-сигнала). [c.105]

Естественная фокусировка звукового пучка плоского излучателя в конце ближнего поля может быть приближена к излучателю и увеличена искусственной фокусировкой (раздел 4.7). Для этого применяют либо искривленные излучатели, либо линзообразные защитные пластины перед плоским излучателем (колебательным элементом). В иммерсионном варианте (рис. 10.33) искривленная поверхность излучает прямо в воду. В контактном варианте можно скомбинировать по Вюстенбергу [1655] две линзы из соответствующего материала (например, две пластмассы) с таким расчетом, что снова получится плоская контактная поверхность. Другие конструкции представлены в разделе 4.7. [c.231]

Звуковые пучки большой интенсивности. В звуковых пучках высокой интенсивности изменение формы волны при распространении происходит не только вследствие различия в скоростях перемещения разл. точек профиля волны, но и в результате дифракц. эффектов. Если расстояние I от излучателя звука до области образования волны не выходит за пределы ближней зоны (см. Звуковое поле), т. е. I меньше длины т. и. прожекторной зоны излучателя I < Аа /2 (где а — радиус излучателя), то в области, где волна остаётся плоской, из синусоидальной волны успевает образоваться пилообразная волна, к-рая затем в результате сферич. расхождения в дальней зоне преобразуется в периодич. последовательность импульсов (рис. 4). Если же интепеивность волны недостаточно велика и пилообразная волна не успевает образоваться в прожекторной зоне излучателя, то вначале развиваются дифракц. эффекты сферич. расхождения и лишь в дальней зоне, в расходящейся волне происходит увеличение крутизны профиля волны с расстоянием до логарифмич. закону. [c.289]

В связи с рассмотрением ближнего звукового поля возникает вопрос о законности весьма распространенного представления об излучении поршневой диафрагмой, при условии а, практически плоской волны. На этом представлении базируется, например, метод интерферометра Пирса. Как известно, в этом методе рефлектор, создающий стоячие волны, располагается в ближней зоне. Несмотря на то, что области максимумов и минимумов на оси явно чередуются в ближней зоне через интервалы, отличные от полуволны, реакция рефлектора на излучатель дает, как известно, максимумы и минимумы тока в цепи лампы точно через полволны. Точно так же при излучении стоячих волн от кварцевой пластинки методом Теплера максимумы и минимумы освещенности в видимой картине точно следуют через полволны, и фронты волн имеют плоскую форму. [c.325]

По результатам экспериментов Тротт определил, что 1) ширина и высота решетки должны в 2 раза превышать ширину и высоту градуируемого преобразователя, устанавливаемого в ближнем звуковом поле 2) минимальное число элементов устанавливается из требования, что на самой высокой частоте расстояние между ними должно быть 0,8Л 3) минимальная, или предельная, величина коэффициента спадания, ниже которой периферийные излучатели можно не учитывать, составляет 0,03 и 4) интенсивность излучателей, находящихся посредине между центром и краем решетки, должна быть в пределах 0,94—0,98 от максимальной. Граница области, в которой создается однородная плоская волна, меняется от места расположения указанньж излучателей до места расположения излучателей, интенсивность которых равна 0,80 это зависит от того, что вкладывается в понятия равномерность и граница . [c.238]

КИ наблюдения от этого объекта. Вблизи поршневого излучателя звука при ( ближняя , илп прожекторная , зона) поле в основном образовано цилиндрич. пучком лучей, исходяш их из излучателя, и в пределах пучка имеет в целом характер плоской волны с интенсивностью, постоянной по сечению и не за-висяш ей от расстояния, в соответствии с законами геометрич. акустики, а дифракционные эффекты выражаются только в размывании границ пучка. По мере удаления от излучателя дифракционные эффекты усиливаются, и при Р —1 поле теряет характер плоской волны и представляет собой сложную интерференционную картину. На еш ё больших расстояниях, при Р>1 ( дальняя зона), пучок превраш ается в сферически расходяш уюся волну с интенсивностью, убывающей обратно пропорционально квадрату расстояния, и с угловым распределением интенсивности, не зависящим от расстояния в этой области поле снова подчиняется законам геометрич. акустики. Аналогичная картина наблюдается в нучке, вырезаемом из плоской волны отверстием в экране (рис. 1). Угловая ширина главного лепестка характеристики направленности вдали от поршневого излучателя или экрана составляет по порядку величины к В. Если требуется сузить УЗ-вой пучок в ближней зоне, то поперечник излучателя (или отверстия) следует уменьшить, а в дальней зоне — увеличить сужение характеристики направленности требует увеличения размеров излучающей системы. При размерах излучателя (или отверстия в экране), малых но сравнению с прожекторная зона отсутствует и звуковое поле представляет собой расходящуюся волну уже на расстояниях порядка к. При этом резко падают [c.125]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...