WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

При p0 1 MPa эти зависимости сохраняют линейПоскольку Df > d, то для оценок достаточно аппрок ность, тогда как при более высоких уровнях начального симировать зависимость F r/D некоторой колоколоf давления эффективность фокусировки падает. Тот факт, образной функцией, полагая, что D Df - d. Сравним f что диапазон линейности оказался значительно шире, значения M, рассчитанные для случая лоренцева (L) и чем это предсказывает (3), по-видимому, объясняется гауссова (G) фокального распределения, тем, что нелинейная рефракция и нелинейное искажение ML = x2 ln-1 1 + x2, временного профиля уравновешивают друг друга при невысоких начальных давлениях. По мере увеличения p0 -MG = x2 ln 2 1 - exp -x2 ln 2, (6) нелинейная рефракция начинает доминировать и фокусировка ухудшается. где x = d/D.

f Журнал технической физики, 1998, том 68, № Экспериментальное исследование процессов фокусировки субмикросекундных импульсов... по-видимому, связано с ослаблением негативной роли нелинейных явлений в случае кольцевого распределения начальных давлений. Анализ геометрии кольцевых распределений начальной амплитуды (рис. 4, a) показывает, что для 2-го концентратора кольцо начального распреРис. 3. Зависимость фокального давления и коэффициента усиления от величины начального давления для 2-го оптикоакустического концентратора в случае колоколообразного распределения начальной амплитуды.

Величины ML и MG начинают заметно различаться лишь при x > 1.5, и, следовательно, параметр MLG =(ML + MG)/2, приведенный в табл. 2, может быть использован для наших оценок. При D1 1.6 mm расчет дает значения MLG, мало отличающиеся от единицы (MLG 1.09), поэтому они не указаны в табл. 2 и не принимались во внимание при анализе экспериментальных данных.

Таким образом, в случае 2-го типа оптико-акустического концентратора прирост эффективности фокусировки оказался занижен примерно в 1.5 и 1.2 раза соответственно для низких и высоких уровней начального давления. Для более точного определения фокальных параметров необходимо в несколько раз повысить пространственное разрешение измерений, что является самостоятельной и весьма не простой задачей.

Проанализируем повышение эффективности фокусировки при переходе от колоколообразного распределения начальной амплитуды к кольцевому. Для 1-го концентратора при этом коэффициент усиления возрастает в 1.8 раза, изменения же размеров фокальной области были незначительны. В то же время для 2-го концентратора коэффициент усиления увеличился в 3.0 раза, а длина и диаметр фокальной области сократились вдвое.

Таким образом, переход от колоколообразного распределения начальной амплитуды к кольцевому позволяет существенно повысить эффективность фокусировки, причем эти изменения наиболее заметны в случае 2-го концентратора. Между тем, согласно (1), увеличение эффективности фокусировки должно быть одинаково для 1-го и 2-го концентраторов, поскольку при замене колоколообразного начального распределения кольцевым значение возросло для каждого из концентраторов в Рис. 4. Кольцевое распределение начального давления на одно и то же число раз (табл. 1 и 2).

оптико-акустическом концентраторе. Штриховая кривая — 1-й Наблюдаемое дополнительное улучшение условий фоконцентратор, сплошная — 2-й; E J: 1 — 0.3 и 3.0, 2 — 1.85, кусировки для 2-го оптико-акустического концентратора, 3 — 0.15.

8 Журнал технической физики, 1998, том 68, № 116 Ю.В. Судьенков, Э.В. Иванов могут улучшать условия фокусировки по сравнению с линейным случаем, если нелинейное искажение временного профиля превалирует над нелинейной рефрак цией. При более высоких уровнях p0, как и в случае колоколообразного начального распределения, эффективность фокусировки падает вследствие доминирующей роли нелинейной рефракции.

Выводы Таким образом, проведенные исследования показывают, что распределение начальной амплитуды субмикросекундных импульсов давления в жидкости оказывает существенное влияние на процесс их фокусировки. В частности, продемонстрирована возможность значительного увеличения эффективности фокусировки за счет переРис. 5. Зависимость фокального давления и коэффициента хода от колоколообразного начального распределения усиления от величины начального давления для 2-го оптикок кольцевому. Это явление наблюдается в широком акустического концентратора в случае кольцевого распределедиапазоне начальных давлений.

ния начальной амплитуды.

Для низких уровней p0 положительный эффект обусловлен в первую очередь увеличением эффективного угла сходимости при соответствующей трансформации деления отстоит от центра значительно дальше, чем в функции распределения. Для более высоких начальных случае 1-го концентратора, что и сказалось на характере давлений дополнительным фактором является ослабленелинейной рефракции. Это предположение подтверждание негативного влияния нелинейной рефракции по сравется приведенными на рис. 4, b зависимостями p/pf (z).

нению с нелинейным искажением временного профиля Для 1-го концентратора давление равно нулю лишь в импульса. При этом степень ослабления существенным окрестности точки z = r = 0, тогда как для 2-го конценобразом зависит от геометрических параметров кольцетратора область отсутствия акустического возмущения вого распределения начальной амплитуды.

на оси пучка существенно шире (z 20 mm).

Для определения влияния геометрии кольцевого начального распределения на эффективность фокусиСписок литературы ровки был проведен следующий эксперимент. При p0 0.1 MPa кольцевое распределение начальной ам- [1] Мощные ультразвуковые поля / Под ред. Л.Д. Розенберга.

М.: Наука, 1968.

плитуды для 2-го концентратора отодвигалось от центра [2] Reichenberger H. // Proc. IEEE. 1988. Vol. 76. N 9. P. 1236– на периферию, так чтобы эффективная ширина кольца 1246.

оставалась неизменной. Наблюдалось уменьшение диа[3] Применение ультразвука в медицине / Под ред. К. Хилла.

метра фокальной области вплоть до значения 0.5 mm, т. е.

М.: Мир, 1989.

до размера чувствительной площадки датчика давления, при этом измеряемое значение фокального давления pf [4] Виноградова М.Б., Руденко О.В., Сухоруков А.П. Теория волн. М.: Наука, 1990. 432 с.

было практически постоянным вследствие сильно про[5] Каневский И.Н. Фокусирование звуковых и ультразвукостранственного усреднения. Эти результаты подтверждавых волн. М.: Наука, 1977. 336 с.

ют существенное влияние геометрических параметров [6] Островский Л.А., Сутин А.М. // ДАН СССР. 1975. Т. 221.

кольцевого распределения на эффективность фокусиров№ 6. C. 1300–1303.

ки и возможность дальнейшего повышения эффективно- [7] Бахвалов Н.С., Жилейкин Я.М., Заболотская Е.А.

Нелинейная теория звуковых пучков. М.: Наука, 1982.

сти за счет оптимизации функции fs(, ).

[8] Makarov S.N. Finite Amplitude Near-field Modelling of Наиболее ярко ослабление негативной роли нелинейUltrasonic Fields Using a Transfer Matrix Formulation (PTBной рефракции по сравнению с позитивным влиянием Bericht MA-42). Braunschweig: Physicalisch-Technische нелинейного искажения временного профиля проявляет Bundesanstalt. Braunschweig; Berlin, 1995. 57 p.

ся в поведении зависимостей pf (p0) и G(p0) для случая [9] Васильева О.В., Карабутов А.А. и др. Взаимодействие кольцевого распределения начальной амплитуды (рис. 5).

одномерных волн в средах без дисперсии. М.: Изд-во МГУ, В диапазоне начальных давлений до 1 MPa зависимость 1983. 152 с.

G(po) имеет характерный максимум. Это подтверждает [10] Коломенский Ал.М., Мазнев А.А., Михалевич В.Г. // Изв.

содержащийся в работах [6,8,10,11,14] вывод о том, что в АН СССР. Сер. физ. 1990. Т. 54. № 12. C. 2451–2457.

области небольших начальных давлений, когда ударный [11] Cапожников О.А. // Акуст. журн. 1991. Т. 37. Вып. 4.

фронт не успевает образоваться, нелинейные эффекты С. 760–769.

Журнал технической физики, 1998, том 68, № Экспериментальное исследование процессов фокусировки субмикросекундных импульсов... [12] Мусатов А.Г., Руденко О.В., Сапожников О.А. // Акуст.

журн. 1992. Т. 38. Вып. 3. С. 502–510.

[13] Гусев В.Э., Карабутов А.А. Лазерная оптоакустика. М.:

Наука: 1991. 304 с.

[14] Божков А.И., Бункин Ф.В. и др. // Изв. АН СССР. Сер.

физ. 1982. Т. 46. № 8. C. 1624–1631.

[15] Комиссарова И.И., Островская Г.В. и др. // ЖТФ. 1992.

Т. 62. Вып. 2. С. 34–40.

[16] Мусатов А.Г., Сапожников О.А. // Акуст. журн. 1993.

Т. 39. № 2. C. 315–320.

[17] Мусатов А.Г., Сапожников О.А. // Акуст. журн. 1993.

Т. 39. № 3. C. 510–516.

[18] Мусатов А.Г. // Акуст. журн. 1995. Т. 41. № 1. C. 117–122.

Журнал технической физики, 1998, том 68, №

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.