Выпуск 5, 2014
Акустическое исследование сдвиговых вязкоупругих свойств коллоидных суспензий наночастиц
Акустическое исследование сдвиговых вязкоупругих свойств коллоидных суспензий наночастиц
Дембелова Т.С., Цыренжапова А.Б., Макарова Д.Н., Дамдинов Б.Б., Бадмаев Б.Б.
Акустическим резонансным методом измерен комплексный модуль сдвига коллоидных суспензий наночастиц диоксида кремния в полимерной жидкости ПЭС-2 в зависимости от угла сдвиговой деформации. Для исследования в качестве вибратора применен пьезокварцевый кристалл с резонансной частотой 73 кГц. Показано изменение вязкоупругих свойств суспензий по сравнению с базовой жидкостью в зависимости от концентрации и размеров наночастиц.
Показать АннотациюМоделирование разрушения жидких сред с использованием метода SPH
Моделирование разрушения жидких сред с использованием метода SPH
М.Н. Давыдов, В.К. Кедринский
В работе численно исследуется динамика состояния жидкости при динамической разгрузке, с использованием метода SPH. Рассматриваются задачи о разрушении жидкости в рамках двух постановках: отражение ударной волны от свободной поверхности слоя жидкости и ударно-волновое нагружение жидкой капли. В результате численного анализа динамики состояния полусферической капли установлено, что фокусировка отраженной от свободной поверхности капли ударной волны приводит к формированию в центре капли плотного быстрорасширяющегося кавитационного кластера. Показано, что использование метода SPH позволяет провести исследование структуры течения кавитирующей среды с высокой концентрацией газовой фазы и описать процесс инверсии ее двухфазного состояния~--- переход от кавитирующей жидкости к системе газ-частицы.
Показать АннотациюВоздействие низкочастотной вибрации на процесс акустической эмиссии
Воздействие низкочастотной вибрации на процесс акустической эмиссии
А.А.Догадов, И.И.Конопацкая, М.А.Миронов, П.А.Пятаков
Представлены результаты экспериментов по воздействию низкочастотной вибрации на процесс акустической эмиссии (АЭ). Акустическая эмиссия возникает в объекте с искусственным дефектом под действием нарастающего механического напряжения. Эксперименты проводились на полой тонкостенной трубе с искусственной трещиной, залитой эпоксидной смолой. При совместном действии механической нагрузки и вибрации наблюдался эффект низкочастотной амплитудной модуляции сигналов АЭ. Кроме того экспериментально зарегистрирован эффект интенсификации АЭ при действии на образец сторонней вибрации. Предложена простая аппаратная реализация метода выделения модуляционных компонент в низкочастотном спектре.
Показать АннотациюМодуль сдвига и динамическая вязкость воды при малых градиентах скорости течения
Модуль сдвига и динамическая вязкость воды при малых градиентах скорости течения
Т.С. Дембелова, Д.Н. Макарова, Б.Б. Бадмаев, Б.В. Бадархаев
Экспериментально установлено, что с увеличением амплитуды сдвиговой деформации действительный модуль сдвига и эффективная вязкость уменьшаются. Измерения, проведенные при малых градиентах скорости течения жидкости, показали, что по мере уменьшения скорости течения вязкость жидкости растет, что, вероятно, связано со структурированием жидкости.
Показать АннотациюЭнергия, импульс и потенциальные акустические течения в идеальной среде
Энергия, импульс и потенциальные акустические течения в идеальной среде
Миронов М.А.
Рассмотрены два интересных эффекта в идеальной среде. Первый эффект состоит в следующем. При движении тела в идеальной среде среда обладает энергией и импульсом, определяемыми присоединенной массой тела. Оказывается, что энергия среды сосредоточена непосредственно около тела, тогда как импульс размещается на бесконечности. Второй эффект относится к акустическим течениям. При колебаниях поверхности в идеальной среде, при условии потенциальности поля скорости, около нее могут существовать акустические течения – стационарные потоки вещества.
Показать АннотациюАнализ изменения акустических характеристик аморфных металлических покрытий
Анализ изменения акустических характеристик аморфных металлических покрытий
Ю.К. Алешин, Д.М. Ксенофонтов, М.А. Чоба, В.Н. Платонов, Ю.В. Ануфриев
Аморфные металлические пленки в технологическом плане наиболее экологичны и позволяют использовать материалы в широком диапазоне применений. Изменение фазового состава подобных стекол и возможность неразрушающего измерения их акустических характеристик является темой для данного экспериментального исследования.
Показать АннотациюСвойства вязких плоских и цилиндрических одномерных волн в свободном пространстве и в зазорах
Свойства вязких плоских и цилиндрических одномерных волн в свободном пространстве и в зазорах
А.С. Павловский, Н.Г. Семёнова
Исследованы аналитически и численно ослабление вязких одномерных волн, их фазовые скорости, пространственная и частотная дисперсии в свободном пространстве. Дисперсия фазовой скорости цилиндрической волны в свободном полупространстве является отрицательной. Градиент фазовой скорости тем больше, чем меньше волновой размер источника. С увеличением его размеров дисперсия в пределе исчезает, а фазовая скорость приближается к значению скорости для плоской волны. Величина фазовой скорости и расстояние, на котором проявляется дисперсия, зависят от волновых размеров источника вязких волн. Ослабление в зазоре вязких волн как плоских, так и цилиндрических, величины их фазовых скоростей, законы дисперсии зависят от волновой толщины зазора и от граничных условий на стенке, противоположной источнику.
Показать АннотациюУльтразвуковая автоматизированная установка для диагностики упругих свойств твердых тел
Ультразвуковая автоматизированная установка для диагностики упругих свойств твердых тел
А.И. Кокшайский, А.И. Коробов, Н.И. Одина
В работе приведены результаты бесконтактной диагностики материалов с низким акустическим импедансом и твердотельных пластин методом воздушного ультразвука. Для генерации и приема акустических волн в воздухе в диапазоне частот от 0,08 до 2 МГц была разработана автоматизированная ультразвуковая установка и методика измерений в импульсном режиме. Генерация и прием воздушного ультразвука осуществлялись фокусированными акустическими преобразователями. Определение упругих свойств тонких твердотельных пластин в работе проводилось с помощью нулевой антисимметричной моды волны Лэмба. Для диагностики материалов с малым акустическим импедансом использовались продольные акустические волны. В работе были измерены плотность пенополистирола и скорость продольных волн в нём, рассчитаны импеданс и коэффициент упругости этого материала. Проводится обсуждение экспериментальных результатов.
Показать АннотациюСильно нелинейные явления в акустике
Сильно нелинейные явления в акустике
О.В. Руденко
Указано на отличие сильно нелинейных волн от волн с сильно выраженной слабой нелинейностью. Дана классификация сильно нелинейных систем. Описаны простейшие структурные особенности мета-материалов, обладающей высокой нелинейностью. Приведены примеры математических моделей, обладающих достаточной общностью и представляющих интерес для физики нелинейных волн. Указано на корпускулярные свойства сингулярных решений и на ряд необычных явлений, примерами которых служат волновая аккреция, самозахват и саморасщепление волн.
Показать АннотациюО нелинейных акустических характеристиках кристаллизующейся жидкости
О нелинейных акустических характеристиках кристаллизующейся жидкости
В.А. Буланов
Представлены результаты теоретических исследований нелинейного распространения звука в кристаллизующейся жидкости, содержащей центры кристаллизации. Выявлено аномальное поведение частотных и концентрационных зависимостей параметра акустической нелинейности, существенно отличающихся по своему характеру от таковых в случае жидкости с частицами без фазовых превращений. Показано, что фазовые превращения оказывают сильное влияние на динамику центров кристаллизации с размерами, характерными для экспериментов с кристаллизующимися жидкостями в пористых средах, в которых ранее экспериментально были установлены аномалии в поведении поглощения и дисперсии скорости звука при кристаллизации и плавлении. Показано, что особенностью параметра акустической нелинейности в кристаллизующейся воде при монодисперсном распределении центров кристаллизации по размерам функции является резкое возрастание нелинейности при малых размерах от десятка до сотни нанометров. Отмечено, что важной особенностью является провал при размерах в несколько сотен нанометров, когда сжимаемость зародышей кристаллизации вследствие фазовых превращений становится отрицательной. В целом фазовые превращения увеличивают акустическую нелинейность кристаллизующихся жидкостей. Обнаружено, что наиболее значительное влияние фазовых превращений наблюдается на относительно низких частотах и при малых размерах центров кристаллизации.
Показать АннотациюОсобенности вязковолновых течений вблизи колеблющихся твердых границ с различными адгезионными свойствами
Особенности вязковолновых течений вблизи колеблющихся твердых границ с различными адгезионными свойствами
Б.Е. Грачев
Для экспериментальных исследований кинематики вязких волн и генерируемых ими вязковолновых течений удобными оказываются тела вращения, поскольку при их колебательно-вращательном движении на поверхности не равна нулю только тангенциальная компонента колебательной скорости. В этом случае оказывается возможным решение уравнений Навье-Стокса с использованием граничных условий прилипания жидкости к твердому телу и равенства нулю колебательной скорости волн на бесконечности. Представлены результаты сравнения экспериментальных исследований поля вязковолновых течений вязкой жидкости вблизи нескольких шаров с поверхностями, обладающими различными адгезионными свойствами. В качестве жидкости был выбран глицерин с кинематической вязкостью ν=6,4 см2/с при нормальных условиях. Об адгезионной способности судили по краевому углу смачивания твердой поверхности жидкостью. С увеличением значения колебательной скорости шара в случае поверхности гидрофобной (графит, парафин) наблюдаемое поле скоростей течений становится существенно отличным от поля вблизи поверхности, обладающей гидрофильными свойствами (металл, окрашенная поверхность) при прочих равных условиях. Такое различие в полях скоростей течений объясняется проскальзыванием жидкости в случае гидрофобной поверхности.
Показать АннотациюСлияние широких линий шумового спектра при переходе хаотических пульсаций газовых пузырьков в периодические
Слияние широких линий шумового спектра при переходе хаотических пульсаций газовых пузырьков в периодические
Г.А. Дружинин, Т.А. Догадаева
Подробно исследованы численные решения уравнения Рэлея-Плессета для пульсаций газового пузырька при плавном увеличении амплитуды давления в акустической волне. Получены картины превращения линейчатого спектра периодических пульсаций в сплошной спектр с широкими спектральными линиями. Изучена динамика поведения этих широких линий и превращения сплошного спектра в линейчатый при слиянии этих широких линий. Построены спектры почти периодических колебаний и обнаружены субгармоники ниже одной восьмой.
Показать АннотациюНелинейное акустическое взаимодействие в трехфазной среде
Нелинейное акустическое взаимодействие в трехфазной среде
Я.М. Жилейкин, А.Б. Кукаркин, Н.И. Пушкина
Нелинейное возбуждение акустической волны двумя звуковыми волнами накачки исследуется в трехфазном морском осадке, который состоит из твердого каркаса и жидкой фазы, содержащей воздушные полости (бабблоны). Чтобы избежать образования гармоник взаимодействие рассматривается в интервале частот, в котором наблюдается значительная дисперсия скорости звука. Получены нелинейные уравнения, описывающие взаимодействие акустических волн в морских осадках, содержащих в жидкой фазе воздушные полости. Получено выражение для амплитуды возбужденной волны и проведено численное исследование ее зависимости от расстояния и от резонансных частот бабблонов.
Показать АннотациюОпределение параметров ультразвукового излучателя для обеспечения определенной амплитуды ударного фронта в фокусе
Определение параметров ультразвукового излучателя для обеспечения определенной амплитуды ударного фронта в фокусе
П.Б. Росницкий, П.В. Юлдашев, В.А. Хохлова
Во многих современных медицинских приложениях мощного сфокусированого ультразвука используется нелинейный акустический эффект образования ударных фронтов (или разрывов) в профиле волны в фокусе. Стоит задача определения параметров излучателя, позволяющих получить определенное значение амплитуды ударного фронта в фокусе, необходимое для конкретного приложения. Предполагается, что главным параметром излучателя, определяющим амплитуду разрыва, является его угловая апертура. Проверка этого предположения проводилась на основе многопараметрических численных расчетов полей, сделанных на основе уравнения Хохлова-Заболотской-Кузнецова. Предложен метод выделения профиля с полностью развитым разрывом, создаваемым излучателем с заданными параметрами. Развит подход для определения амплитуды разрыва между временными точками профиля, соответствующими задаваемому уровню временной производной от волнового профиля относительно его максимума. При этом величина уровня определяется путем сравнения мощности тепловых источников в фокусе, рассчитанной численно и аналитически с использованием значения амплитуды разрыва. На основе полученных данных проведён расчет характерных значений амплитуды разрыва для излучателей, работающих на частоте 1 МГц в диапазоне угловых апертур от 0.8 до 2. Показано, что для создания разрывов амплитудой порядка 80 МПа, характерных для практического применения мощного медицинского ультразвука, оптимальными являются излучатели с угловой апертурой, близкой к единице.
Показать АннотациюВлияние дефектной структуры на упругие свойства сплава алюминия Д16
Влияние дефектной структуры на упругие свойства сплава алюминия Д16
В.С. Козлов, А.И. Коробов
Приведены результаты экспериментальных исследований влияния изменения дефектной структуры в поликристаллическом сплаве алюминия Д16 на его линейные и нелинейные упругие свойства. Изменение дефектной структуры в исследуемом образце вызывается приложением к нему циклических статических механических напряжений растяжения–сжатия–растяжения–сжатия. Исследования упругих свойств исследуемого образца в процессе приложения переменных нагрузок проводились статическим, квазистатическим и динамическим методами. Ультразвуковые измерения проводились импульсным методом. Исследование нелинейных упругих свойств исследуемого материала проводились двумя методами: динамическим спектральным методом по эффективности генерации второй акустической гармоники в поле акустической волны конечной амплитуды на частоте 5МГц и квазистатическим методом по результатам измерения изменения скорости акустических волн в образце в зависимости от приложенного к нему статического давления. Ключевые слова: дефекты, неклассическая упругая нелинейность, пластические деформации, спектральный метод, вторая упругая гармоника.
Показать АннотациюФотоакустические исследования параметра Грюнайзена дифосфида кадмия в области фазового перехода соизмеримая-несоизмеримая фаза
Фотоакустические исследования параметра Грюнайзена дифосфида кадмия в области фазового перехода соизмеримая-несоизмеримая фаза
Н.И. Одина, А.С. Полюшко
Приводятся результаты экспериментального исследования температурной зависимости нормированного параметра Грюнайзена монокристалла дифосфида кадмия в области фазового перехода соизмеримая-несоизмеримая фаза. Измерения производились фотоакустическим методом при лазерном гармоническом возбуждении и пьезоэлектрической регистрации в области температур 280-330 К. В интервале температур 305-322 К на температурной зависимости амплитуды фотоакустического сигнала, пропорциональной параметру Грюнайзена, обнаружены аномалии, которые связываются с протеканием фазового перехода соизмеримая-несоизмеримая фаза. Произведена оценка температурной зависимости нормированного параметра Грюнайзена по данным других авторов и сравнение с данными эксперимента.
Показать АннотациюИсследование возможности существования несимметричных установившихся режимов вынужденных нелинейных колебаний осциллятора с сухим трением
Исследование возможности существования несимметричных установившихся режимов вынужденных нелинейных колебаний осциллятора с сухим трением
А.В.Фокин
Рассматривается задача о вынужденных колебаниях осциллятора с сухим (кулоновским) трением. Ранее был найден класс несимметричных решений, описывающий установившийся режим вынужденных колебаний. Несимметрия колебаний проявляется в различии амплитуд смещений в противоположных направлениях относительно положения равновесия. Указанный класс решений получен при условии, что длительность одного цикла колебаний равна периоду возбуждающей колебания силы, длительности полуциклов (время движения в противоположных направлениях) равны, отсутствуют остановки ненулевой длительности и смена направления движения на каждом из полуциклов. В данной работе исследуется вопрос о возможности расширения указанного класса решений за счет отказа от условия равенства длительностей полуциклов. Показано, что может существовать лишь два типа решений. Первое решение получено в явном виде, однако численное моделирование для достаточно представительного набора параметров показало, что оно не удовлетворяет условию отсутствия смены направления движения на полуциклах. Для второго типа решений выведено трансцендентное уравнение определяющее длительность полуциклов.
Показать АннотациюУпругие свойства полимерного слоя при одноосном сжатии в цилиндрической геометрии
Упругие свойства полимерного слоя при одноосном сжатии в цилиндрической геометрии
Т.Б. Крит, В.Г. Андреев, А.В. Шанин, И.И. Голубкова
Измерены линейные и нелинейные упругие модули полимерного материала пластисола. Слой материала полимеризован между двумя твердотельными соосными цилиндрами, диаметр которых в 6-8 раз превышает толщину слоя. В процессе полимеризации внутри материала возникают механические напряжения. Сравнивая измеренные значения упругих параметров материала, полимеризованного между цилиндрами, со значениями, измеренными при одноосном сжатии этого материала, полимеризованного между плоскими параллельными пластинами, можно оценить эти напряжения. Измерения в плоской и в цилиндрической геометрии были проведены методом статической сдвиговой деформации, значения которой достигали 0.4-0.6 толщины. При таких деформациях проявляются нелинейные эффекты, что позволяет оценить их вклад в проявляемые материалом упругие свойства и измерить нелинейные параметры Ландау. В плоской геометрии к одной из границ, между которыми находится пластисол, прикладывалось известное напряжение, создававшее сдвиговую деформацию. Вторая граница была закреплена и не могла смещаться в направлении сдвиговой деформации. Вместе с тем, крепления позволяли этой границе смещаться в направлении, перпендикулярном направлению сдвиговой деформации. В цилиндрической геометрии сдвиговая деформация создавалась путём поворота одного из цилиндров, по касательной к боковой поверхности которого прикладывалось известное напряжение. Характер зависимости напряжения от деформации и измеренный статический модуль сдвига в цилиндрической геометрии и в плоской геометрии при одинаковой толщине пластисола существенно различаются. Параметр Ландау A, измеренный в плоской геометрии с приложением одноосного сжатия, равен -392 кПа.
Показать АннотациюНеоднородные акустические волны малой интенсивности
Неоднородные акустические волны малой интенсивности
Х.Б. Толипов
Выполнен анализ обладающих неоднородной формой локализованных структур акустических волн. В определенных условиях процесс распространения волн сопровождается в ходе движения непрерывным нелинейным спадом амплитуды смещений, и излучением объемных волн, что позволяет выделить их как новый класс волн малой интенсивности с неоднородной структурой. Обнаружено новое физическое явление, неизвестное в технической литературе. Выявлена специфическая разновидность волн со сложной структурой, распространяющаяся вдоль ребра по устойчивой траектории.
Показать АннотациюКаскадная генерация волны с обращенным фронтом в магнитоупорядоченной акустической среде
Каскадная генерация волны с обращенным фронтом в магнитоупорядоченной акустической среде
В.В. Мошкин, А.В. Мошкина, В.Л. Преображенский, P. Pernod
Экспериментально и теоретически исследован каскадный процесс генерации второй акустической гармоники с одновременным параметрическим обращением ее волнового фронта в кристалле антиферромагнетика α-Fe2O3 в поперечном электромагнитном поле. Определены необходимые условия генерации при изменениях направления намагничивания относительно кристаллографических осей и направления распространения поперечного звука. Наблюдаемый эффект обусловлен магнитоупругим взаимодействием и описывается в рамках теории гигантского эффективного упругого ангармонизма магнетиков.
Показать АннотациюМодификация метода СВЧ акустической резонаторной спектроскопии тонких слоев и пленок для измерений в широком частотном диапазоне
Модификация метода СВЧ акустической резонаторной спектроскопии тонких слоев и пленок для измерений в широком частотном диапазоне
С.Г. Алексеев, И.М. Котелянский, Н.И. Ползикова, Г.Д. Мансфельд
Спектр составного акустического резонатора (HBAR) является многомодовым и может содержать несколько тысяч резонансных пиков. Нами разработан комплекс программ, позволяющий записывать сканы спектра с произвольным шагом по частоте во всем диапазоне измерителя S-параметров. Благодаря высокой степени автоматизации обработки сканов мы получаем данные о параметрах (частота и ширина) каждого резонансного пика. Предлагаемый метод увеличивает точность ранее известного метода измерения скорости акустической волны (АВ) в материале путем сравнения спектров HBAR до и после нанесения исследуемого слоя. Для слоев толщиной в несколько длин волн новый метод позволяет получать данные о скорости АВ лишь из одного спектра.
Показать АннотациюОсобенности возбуждения и распространения акустических мод в пьезоэлектрических пластинах
Особенности возбуждения и распространения акустических мод в пьезоэлектрических пластинах
В.И. Анисимкин, И.Е. Кузнецова
Теоретически и экспериментально показано, что в отличие от акустических волн иных типов коэффициент электромеханической связи, угол отклонения потока энергии, чувствительность к внешним воздействиям и анизотропия всех характеристик акустических пластинчатых волн в пьезоэлектрических пластинах могут меняться без изменения кристаллографической ориентации материала пластины, только за счет изменения ее толщины. Характер указанных зависимостей различен для мод разных порядков. Число мод n в пьезоэлектрических пластинах намного превышает их число в изотропных пластинах той же толщины.
Показать АннотациюМодифицированный квазиполевой метод расчета характеристик встречно-штыревых преобразователей поверхностных акустических волн
Модифицированный квазиполевой метод расчета характеристик встречно-штыревых преобразователей поверхностных акустических волн
Сучков Сергей Германович, Сучков Дмитрий Сергеевич, Николаевцев Виктор Андреевич, Россошанский Андрей Владимирович
Предложен модифицированный квазиполевой метод расчета электрических характеристик встречноштыревых преобразователей (ВШП) поверхностных акустических волн (ПАВ), не использующий феноменологических параметров. Он позволяет с высокой точностью и оперативно производить расчет перспективных приборов на ПАВ в СВЧ диапазоне для любых конфигураций электродов ВШП с учетом конечной толщины электродов, в том числе с учетом слоистой структуры электродов, включающей адгезионный подслой. Результаты, полученные данным методом, хорошо согласуются с описанными в литературе экспериментальными данными.
Показать АннотациюАЭ Магнитоупругие взаимодействия в акустическом СВЧ-резонаторе, содержащем эпитаксиальные ферромагнитные пленки на немагнитной подложке
АЭ Магнитоупругие взаимодействия в акустическом СВЧ-резонаторе, содержащем эпитаксиальные ферромагнитные пленки на немагнитной подложке
Н.И. Ползикова, С.Г. Алексеев, И.М. Котелянский, В.А. Лузанов, А.О. Раевский
В работе экспериментально продемонстрировано, что в составной резонаторной структуре с ферромагнитными и пьезоэлектрическими пленками магнитные колебания могут возбуждаться и детектироваться непосредственно при помощи электроакустического преобразователя объемных акустических волн. Возбуждение неоднородного ферромагнитного резонанса происходит на частотах, близких к частотам магнитоупругого резонанса в магнетике, и проявляется как резонансная по магнитному полю перестройка частот многомодового акустического резонатора. Перестройка частот резонатора, содержащего пьезоэлектрическую пленку ZnO и эпитаксиальные пленки ЖИГ на подложе из ГГГ, наблюдалась во всем межмодовом интервале резонатора, который составлял 3.6 МГц. Наблюдавшийся эффект представляет интерес для: а) практического применения в перестраиваемых частотозадающих элементах и СВЧ-фильтрах, б) изучения магнитной динамики в ферромагнитных пленках, в) новых применений СВЧ акустических резонаторов.
Показать АннотациюДисперсия поверхностных акустических волн в тонком слое жидкости на поверхности пьезоэлектрика
Дисперсия поверхностных акустических волн в тонком слое жидкости на поверхности пьезоэлектрика
Симаков И.Г.
Наличие тонкого слоя жидкости на поверхности пьезоэлектрического звукопровода приводит к возмущениям условий распространения поверхностных акустических волн (ПАВ). Получены аналитические выражения для описания затухания и относительного изменения скорости ПАВ в зависимости от нормализованной толщины жидкого слоя. Показано, что диэлектрическая и акустическая составляющие возмущений условий распространения ПАВ, вызванных слоем жидкости, могут быть учтены независимо.
Показать АннотациюРазработка матрицы резонаторов с поперечным электрическим полем на пьезоэлектрической пластине
Разработка матрицы резонаторов с поперечным электрическим полем на пьезоэлектрической пластине
И.А. Бородина, Б.Д. Зайцев, И.Е. Кузнецова, А.А. Теплых, А.М. Шихабудинов
Пьезоэлектрические резонаторы с поперечным электрическим полем вызывают большой интерес разработчиков многоканальных акустических датчиков. Электроды такого резонатора наносятся на одну сторону пластины, что позволяет пространственно разделить резонаторы и анализируемые объекты. Серьезной проблемой при разработке матрицы резонаторов является подавление паразитных колебаний, которые ухудшают резонансные свойства и приводят к сильной акустической связи между ними. Способ решения данной проблемы предложен в настоящей работе. Экспериментально исследовалась матрица из 2 резонаторов, которые располагались на пластине ниобата лития X - среза толщиной 0.5 мм. Электроды прямоугольной формы с размерами 5×10 мм и зазором 2 мм создавали поперечное электрическое поле, направленное вдоль оси Y. Было показано, что резонанс достигается на продольной акустической волне, распространяющейся вдоль оси X между электродами. Для подавления паразитных колебаний область вокруг резонаторов и частично электроды были покрыты демпфирующим слоем. Измерялись частотные зависимости реальной и мнимой частей электрического импеданса/адмиттанса каждого резонатора и определялись резонансная частота и добротность при последовательном и параллельном резонансах. Измерялись также частотные зависимости параметра S12, который во всех случаях не превышал 50 дБ. Это означает, что рассматриваемые резонаторы были полностью акустически развязаны. Таким образом, показано, что демпфирующий слой обеспечивает хорошее качество каждого резонатора и приводит к полной их акустической развязке.
Показать АннотациюРазработка бесконтактного метода измерения проводимости тонких пленок
Разработка бесконтактного метода измерения проводимости тонких пленок
Б.Д. Зайцев, А.М. Шихабудинов, А.А. Теплых, И.Е. Кузнецова
Экспериментально показана возможность измерения поверхностной проводимости тонких проводящих пленок при помощи линии задержки с на основе пластины Y-X ниобата лития, в которой распространялась акустическая волна с поперечно-горизонтальной поляризацией нулевого порядка (SH0). Указанная линия задержки, включающая два встречно-штыревых преобразователя (ВШП), подключалась к измерителю S – параметров типа E5071C, который позволял измерять полные потери и фазу выходного сигнала. Было установлено, что при расположении над поверхностью линии задержки между ВШП диэлектрической пластины с тонкой проводящей пленкой полные потери и фаза выходного сигнала меняются, причем степень изменения уменьшается с ростом зазора между ними. В качестве исследуемых проводящих пленок использовались тонкие пленки хрома и алюминия. Проводимость получаемых проводящих пленок менялась в пределах 1 – 10-6 С и определялась при помощи модернизированного четырехзондового метода. На основе экспериментальных данных была построена калибровочная зависимость разности фаз выходного сигнала от поверхностной проводимости пленки при величине зазора между стеклянной пластинкой и звукопроводом порядка 100 мкм. Калибровочная зависимость оказалась близкой к линейной с наклоном порядка 120 град/С. Рассмотренный метод может найти применение для измерения проводимости таких пленок, контакты к которым невозможно изготовить или эти контакты могут существенно повлиять на проводимость пленки.
Показать АннотациюТеоретическая модель резонатора с поперечным возбуждающим электрическим полем
Теоретическая модель резонатора с поперечным возбуждающим электрическим полем
А.А.Теплых, Б.Д.Зайцев, И.Е.Кузнецова
Разработан метод расчета характеристик акустических колебаний, возникающих в пьезоэлектрическом резонаторе с поперечным возбуждающим электрическим полем. Резонатор представляет собой тонкую пластину из пьезоэлектрического материала, на одну сторону которой нанесены два прямоугольных электрода. Разработанный метод основан на методе конечных элементов и позволяет находить распределение компонент механического смещения в пьезопластине и электрического потенциала в пьезопластине и окружающем ее вакууме при определенной частоте колебаний возбуждающего поля. Кроме того, данный метод позволяет учитывать различные граничные условия на различных областях поверхности пластины, в том числе присутствие демпфирующих слоев. Это позволяет рассчитывать величину реального и мнимого электрического импеданса резонатора в зависимости от частоты. Исследуемый резонатор представлял собой пластину ниобата лития $X$-среза толщиной 0.5 мм, на верхней стороне которой расположены два электрода шириной 5 мм, ориентированные таким образом, что возбуждающее поле было направлено вдоль кристаллографической оси $Y$. Были проведены расчеты при различном расстоянии между электродами, в пределах 1 - 3 мм. Показано, что при увеличении расстояния между электродами резонансная частота незначительно увеличивается, и использование демпфирующего покрытия на внешней стороне электродов позволяет существенно повысить добротность резонатора. Полученные результаты находятся в удовлетворительном соответствии с экспериментальными данными.
Показать АннотациюИсследование пьезоэлектрических резонаторов с поперечным электрическим полем
Исследование пьезоэлектрических резонаторов с поперечным электрическим полем
Б.Д.Зайцев, А.М.Шихабудинов, И.А.Бородина, А.А.Теплых, И.Е.Кузнецова
В последние годы разработчики акустических жидкостных датчиков обращают особое внимание на пьезоэлектрические резонаторы с поперечным электрическим полем. Основная трудность при их создании это подавление нежелательных колебаний. Для достижения этой цели существуют, по крайней мере, два варианта. Во-первых, это выбор оптимальной формы электродов и точная их ориентация относительно кристаллографических осей пластины. Однако форма и размеры электродов зависят от формы пластины и от ее размеров. Во-вторых, нанесение поглощающего слоя вокруг резонатора, включая часть электродов. В работе экспериментально исследовано влияние ширины зазора между электродами и ширины области покрытия электродов поглощающим слоем на частоту и добротность последовательного и параллельного резонансов и на коэффициент электро-механической связи. Электроды прямоугольной формы с размерами 5 $\times$ 10 мм располагались на пластине ниобата лития - среза толщиной 0.5 мм. Ширина зазора между электродами и ширина области их покрытия менялись от 1 до 5 мм. Поперечное электрическое поле было направлено вдоль оси $Y$. Было показано, что резонанс достигается на продольной акустической волне, бегущей вдоль оси $X$ между электродами. Было установлено, что изменение ширины зазора между электродами и ширины области покрытия электродов меняет частоту последовательного и параллельного резонансов в пределах 1\%. При этом добротности последовательного и параллельного резонансов изменяются в пределах 500 - 13000 и 500 - 1800, соответственно. Изменение коэффициента электро-механической связи лежит в пределах 1 - 4\%.
Показать АннотациюПрактические применения пьезоэлектрических резонаторов с поперечным электрическим полем
Практические применения пьезоэлектрических резонаторов с поперечным электрическим полем
Б.Д. Зайцев, А.М. Шихабудинов, А.А. Теплых, И.А. Бородина,И.Е. Кузнецова
Рассматриваются возможности применения пьезоэлектрических резонаторов с поперечным электрическим полем для анализа свойств жидкости и для измерения микроперемещений. Показано, что если в качестве информационного параметра взять модуль электрического импеданса или адмиттанса на фиксированной частоте вблизи резонанса, то чувствительность датчика можно существенно повысить. Изменение указанных параметров может достигать 30% и 70% при изменении вязкости от 1 до 1000 мПa×с и проводимости в пределах 100 -10000 мкС/см. Второе применение основано на том факте, что электрическое поле резонатора проникает за пределы пьезоэлектрической пластины. Были проведены эксперименты по изучению влияния зазора между свободной стороной резонатора и электрически проводящей или диэлектрической пластиной на частоты параллельного и последовательного резонансов. Показано, что на этой основе возможно создание измерителей микроперемещений, которые могут быть использованы для непрерывного контроля деформаций и раскрытия трещин различных конструкций, элементов мостов и зданий, а также для измерения небольших перемещений двух объектов относительно друг друга. Оказалось, что частота параллельного резонанса однозначно связана с шириной зазора в пределах 0 – 0.3 мм и 0 – 2.5 мм при использовании проводящей пластины и пластины из поликора, соотвественно. Частота последовательного резонанса от зазора не зависит, но зависит от температуры. Таким образом, частота последовательного резонанса позволяет определить температуру и сделать необходимые корректировки.
Показать АннотациюВлияние электрических граничных условий на существование аномального резисто-акустического эффекта
Влияние электрических граничных условий на существование аномального резисто-акустического эффекта
И.Е. Кузнецова, Б.Д. Зайцев
Аномальный резисто-акустический эффект является фундаментальным свойством слабо-неоднородных пьезоактивных волн (волны Гуляева-Блюстейна, волны Лява, утекающие волны). Он заключается в том, что при увеличении проводимости слоя, находящегося на поверхности пьезоэлектрика или структуры его содержащего, скорость слабо-неоднородных волн вначале увеличивается и только затем уменьшается. В настоящей работе продолжено исследование особенностей существования данного эффекта и исследуется влияние на его характеристики различных электрических граничных условий. Определены геометрические параметры структур, при которых он существует и исчезает. Показано, что при удалении слоя с произвольной проводимостью от поверхности пьезоэлектрика величина аномального резисто-акустического эффекта уменьшается. При удалении от структуры «пьезоэлектрик – слой с произвольной проводимостью» идеально проводящего экрана данный эффект увеличивается. Исследования проводились для ниобата калия. Результаты работы полезны для более глубокого понимания физических основ распространения слабонеоднородных пьезоактивных акустических волн.
Показать АннотациюАкустооптический эффект в средах с сильной акустической анизотропией
Акустооптический эффект в средах с сильной акустической анизотропией
В.И. Балакший, А.С. Волошин
Представлены результаты теоретического и экспериментального исследования влияния сноса энергии акустического пучка на характеристики акустооптического эффекта в кристалле парателлурита. Проанализированы варианты изотропной и анизотропной дифракции. На основе модифицированных уравнений Рамана–Ната выполнен расчет угловых и частотных характеристик акустооптического взаимодействия в широком диапазоне углов Брэгга и частот ультразвука. Установлено, что снос акустического пучка может существенно изменять ширину диапазонов акустооптического взаимодействия, и поэтому его необходимо учитывать при разработке акустооптических приборов. Экспериментальная проверка численных расчетов проведена с использованием акустооптической ячейки из кристалла парателлурита 10.5-градусного среза.
Показать АннотациюАнизотропия затухания акустических волн в кристаллах парателлурита
Анизотропия затухания акустических волн в кристаллах парателлурита
Ф.Р. Ахмеджанов, З.Т. Азаматов, А.Ф. Болтабаев, Э.Т. Рахимов
Методом брэгговской дифракции света измерены скорость распространения и коэффициент затухания акустических волн в кристаллах парателлурита в частотном диапазоне 0.4-1.6 ГГц. На основе полученных данных рассчитаны действительные и мнимые компоненты комплексного тензора упругих постоянных. Проведен анализ анизотропии затухания акустических волн с различной поляризацией, распространяющихся в кристаллографических плоскостях, ортогональных осям симметрии второго и четвертого порядка. Показано, что сильная анизотропия акустического затухания, наблюдаемая для поперечной волны, распространяющейся в плоскости (1-10), обусловлена в основном анизотропией ее фазовой скорости.
Показать АннотациюИсследование влияния ультразвука на процесс химического травления алюминия
Исследование влияния ультразвука на процесс химического травления алюминия
А.Н.. Ливанский, Р.И. Нигметзянов, А.С. Чендаров
Основной из задач стоящих перед машиностроительной отраслью является снижение массы и удельной материалоемкости изделий. Основным способом достижения данной цели является производство деталей и узлов из алюминия. Однако промышленное применение алюминия ограниченно вследствие его низких прочностных характеристик и низкой износостойкости. Анализ существующих проблем в данной области, а также результаты исследования ультразвукового воздействий на различные процессы обработки металлов показали, что в настоящее время основным способом повышения свойств деталей из алюминия является изменение свойств поверхностного слоя деталей путем травления. Работа описываемая в этой статье направлена на изучение перспектив применения ультразвука для повышения эффективности химической обработки алюминия.
Показать АннотациюАкустическая микроскопия многослойных кристаллов микроэлектроники
Акустическая микроскопия многослойных кристаллов микроэлектроники
Ю.С. Петронюк, Е.С. Мороков, В.М. Левин, В.И. Зеленов
Показано, что методами импульсной акустической микроскопии, можно обнаруживать скрытые дефекты при производстве многослойных кристаллических чипов в процессе постепенного наращивания системы микрокристаллов. Предложенные методы позволяют выявлять дефекты адгезии, на границе между кристаллами, дефекты ультразвуковой пайки контактов, распределение и деформацию теплоотводящего слоя (полиимидной сетки), скрытые внутренние трещины кристаллов. Рабочая частота 50-100 МГц позволяет уверенно выполнять акустическую визуализацию с разрешением 30-50 мкм на глубине двух кристаллических слоев (2690 мкм). Отображение структуры на большей глубине затруднительно из-за сильного преломления в кремнии наклонных компонент зондирующего фокусированного пучка, а также из-за многочисленных элементов внутренней структуры, образующих тень на изображениях нижерасположенных слоев.
Показать АннотациюПрименение импульсной акустической микроскопии для исследования плотных керамик на основе ZrO2
Применение импульсной акустической микроскопии для исследования плотных керамик на основе ZrO2
Е.С. Мороков, В.М Левин, Л.И. Подзорова, А.А. Ильичева, С.И. Березина
Методом импульсной акустической микроскопии была изучена внутренняя микроструктура плотных керамик на основе диоксида циркония. Исследована зависимость значений упругих модулей от пористости керамики.
Показать АннотациюВизуализация структуры нанокомпозитов методами акустической микроскопии
Визуализация структуры нанокомпозитов методами акустической микроскопии
В.М. Левин, Ю.С. Петронюк, Е.С. Мороков, С. Беллуччи, П. Кижур
Общепринятым является представление о равномерном распределении частиц наполнителя по объему композита, вне зависимости сопровождается такое распределение образованием непрерывного кластера или нет. Однако, на практике за счет эффективного взаимодействия наночастиц между собой часто реализуется агломерация наночастиц во фрактальные конгломераты микронных размеров и выше. Появление конгломератов нарушает те структурные особенности, которые обуславливали ожидаемые физико-химические свойства - нанокомпозиты переходят в разряд обычных композитов с мелкой структурой. Более того, в зависимости от метода фабрикации композита, конгломераты могут включать в себя воздушные и газовые пузыри. Методы импульсной акустической микроскопии позволяют с микронным разрешением исследовать объемную структуру и изучать упругие свойства миниатюрных образцов. В настоящее время метод оказывается актуальным для изучения и характеризации современных композитов с микро и наноструктурой. В работе представлены результаты исследования композитов с различными углеродными наполнителями (графен, графит, нанотрубки).
Показать АннотациюРоль вязких волн в технологических процессах по схеме тонкого слоя (на примере ультразвуковой металлизации материалов)
Роль вязких волн в технологических процессах по схеме тонкого слоя (на примере ультразвуковой металлизации материалов)
А.С. Павловский, С.И. Пугачев, Н.Г. Семёнова
Экспериментально и численно показано, что короткие поперечные вязкие волны, возбуждаемые в тонком слое жидкости, находящемся на поверхности твердого тела, вызывают появление в слое нелинейных эффектов: течений, радиационной силы и гидродинамической кавитации. При ультразвуковой металлизации эти эффекты обеспечивают смачивание твердого тела расплавом металла, создают развитый рельеф его поверхности и обуславливают физико-химическое взаимодействие жидкой и твердой фаз.
Показать АннотациюИсследование свойств поверхностного слоя покрытия, полученного методом азотирования с последующей ультразвуковой упрочняющей обработкой
Исследование свойств поверхностного слоя покрытия, полученного методом азотирования с последующей ультразвуковой упрочняющей обработкой
И.В. Данилин, С.К. Сундуков, Д.С. Фатюхин
Твёрдость стали является одним из важнейших свойств, определяющих её износостойкость. Для повышения твёрдости применяются технологии поверхностного упрочнения: азотирование и поверхностно-пластическое деформирование, которые основаны на принципиально разных процессах. Применение комбинированного метода позволяет повысить твёрдость поверхностного слоя материала и увеличить глубину упрочнения. В данной работе приведены результаты исследований свойств покрытия, полученного методом азотирования с последующей ультразвуковой упрочняющей обработкой.
Показать АннотациюИспользование координатной обработки для интенсифиации процеса ультразвуковой очистки
Использование координатной обработки для интенсифиации процеса ультразвуковой очистки
Приходько В.М., Шеина А.Е., Юдаков Е.Г.
В двигателях внутреннего сгорания загрязнениям подвергаются детали различных размеров, формы и конструкции. Особую сложность представляет очистка от загрязнений корпусных изделий, что объясняется их крупными габаритами, наличием большого количества отверстий, карманов и других труднодоступных мест. Одним из наиболее эффективных способов очистки деталей является ультразвуковой. В статье рассмотрены технология и оборудование для автоматизированной ультразвуковой очистки корпусных деталей перемещающимся излучателем.
Показать АннотациюКровоток и теплопродукция в предплечье, измеренные методом акустотермографии
Кровоток и теплопродукция в предплечье, измеренные методом акустотермографии
А.А. Аносов А.С. Казанский А.Д. Мансфельд
Методом акустотермометрии были получены параметры кровотока и теплопродукции в предплечье человека при физической нагрузке. Для измерений теплового акустического излучения был использован датчик многоканального акустотермографа, разработанного в ИПФ РАН (полоса пропускания 1.2-2.7 МГц, пороговая чувствительность при времени интегрирования 10 с – 0.3 К). Добровольцы сжимали-разжимали кисть в течение 100 с (за это время успевали совершать 120 5 движений). При этом на плечо накладывали (чтобы снизить кровоток в предплечье) или не накладывали жгут. Результаты измерений показали, что температура предплечья сразу же начинала расти (быстрее без жгута) и достигала максимума (акустояркостная температура повышалась на приблизительно 1.5 К без жгута и на 0.5 К со жгутом) уже после окончания работы (через приблизительно 100 с без жгута и через 200 с со жгутом), после чего снижалась. Полученные данные позволили оценить удельный кровоток: 0.023 1/мин (что согласуется с литературными оценками: 0.02-0.07 1/мин). В процессе работы кровоток увеличивался приблизительно в 7-8 раз. Величина теплопродукции к концу работы составляла 0.0043 К/с. При расчетах глубинной температуры использовали уравнение теплопроводности, предложенное Пеннесом для тела человека, с учетом кровотока и дополнительных источников теплопродукции. Расчеты показали, что максимум глубинной температуры предплечья в покое составляет 36°С. Физическая нагрузка только за счет теплопродукции повышала эту температуру до 37°С, а добавление кровотока – до 38°С.
Показать АннотациюОсобенности применения ультразвуковых фазированных решеток с различным количеством элементов при облучении тканей в присутствии ребер
Особенности применения ультразвуковых фазированных решеток с различным количеством элементов при облучении тканей в присутствии ребер
С.А. Ильин, Л.Р. Гаврилов, В.А. Хохлова
Во многих современных медицинских приложениях мощного фокусированного ультразвука необходимо принимать во внимание потери энергии на естественных преградах в виде ребер. В связи с этим в данной работе было проведено исследование целесообразности применения фазированных решеток с увеличенным количеством элементов для уменьшения перегрева костей при фокусировке через грудную клетку. Проанализировано влияние количества элементов решетки на величину потерь мощности фокусированного пучка на ребрах и уровень интенсивности в области фокуса за ребрами при использовании геометрического подхода к отключению элементов решетки, находящихся в тени ребер.
Показать АннотациюГистологичесий анализ механических разрушений в ex-vivo почках человека и свиньи под действием высокоинтенсивного фокусированного ультразвука
Гистологичесий анализ механических разрушений в ex-vivo почках человека и свиньи под действием высокоинтенсивного фокусированного ультразвука
В.А. Хохлова, Я.Н. Ванг, С.В.Буравков, А.Д. Максвелл, Т.Д. Хохлова, Д.В. Лин, O.A. Сапожников, М.Р. Бэйли, Дж.Р. Шэйд
Большинство современных клинических приложений высокоинтенсивного фокусированного ультразвука в неинвазивной хирургии (HIFU) основано на быстром нагревании среды за счет поглощения энергии ультразвуковой волны, ведущем к тепловой денатурации ткани в области фокуса. Недавно, учеными университета штата Вашингтон и МГУ был разработан новый метод, позволяющий механически разрушать ткани при импульсно-периодическом воздействии сфокусированными волнами с высокоамплитудными ударными фронтами. Используются импульсы миллисекундной длительности, вызывающие сверхбыстрый нагрев ткани в фокусе и ее взрывное вскипание в течение каждого из импульсов. Взаимодействие ударных фронтов с образующейся паро-газовой полостью миллиметрового размера приводит к механической дезинтеграции ткани на субклеточные фрагменты. Работоспособность метода уже была показана на еx-vivo тканях говяжьей печени и сердца, а также свиной почке in-vivo. В данной работе механические разрушения были получены в еx-vivo тканях человеческой и свиной почки. Приводится описание проведенных экспериментов, обсуждаются результаты сравнительного анализа и гистологических исследований полученных разрушений.
Показать АннотациюТвердофазная соносенсибилизация в сонодинамической терапии онкологических заболеваний
Твердофазная соносенсибилизация в сонодинамической терапии онкологических заболеваний
А.Л. Николаев, А.В. Гопин, И.И. Конопацкая, М.А. Миронов, П.А. Пятаков, Н.В. Андронова, Е.М. Трещалина, Н.В. Дежкунов
Обобщен опыт работы авторского коллектива по сонодинамической терапии онкологических заболеваний с использованием наночастиц в качестве соносенсибилизаторов. Различными методами исследованы кавитационные и тепловые ультразвуковые эффекты в водных и гелевых модельных средах, содержащих модификаторы различной природы. Сформулированы некоторые положения, определяющие критерии выбора перспективных соносенсибилизаторов на модельных системах. Создана аппаратура для проведения доклинических и клинических исследований. Предложен оригинальный способ синтеза наночастиц и их агрегатов (твердофазных соносенсибилизаторов) непосредственно в опухоли. Сформулирован комплекс сопутствующих биофизических и физико-химических задач.
Показать АннотациюНелинейная акустическая голография для исследования терапевтических источников мощного ультразвука
Нелинейная акустическая голография для исследования терапевтических источников мощного ультразвука
C.А. Цысарь, О.А. Сапожников, В. Крейдер
Представлен метод нелинейной акустической голографии для исследования мощных ультразвуковых источников и излучаемых ими полей. Метод основан на измерении двумерных распределений амплитуды и фазы акустического давления для гармоник, присутствующих в спектре сигнала. Полученные распределения используются для расчета обратного распространения акустического поля для математической реконструкции распределения колебательной скорости на поверхности источника. Нелинейные расчеты распространения поля основаны на численном решении волнового уравнения Вестервельта. Разработанный метод нелинейной акустической голографии является эффективным инструментом для характеризации терапевтических источников ультразвука при работе на высоких мощностях, когда характеристики колебания поверхности источника могут значительно отличаться от вибрационных характеристик на низких уровнях мощности. В работе представлена основа численной модели для расчета нелинейного распространения акустического поля в условиях обращения времени, а также результаты физических экспериментов по нелинейной голографии реальных терапевтических источников.
Показать АннотациюМоделирование и измерение поля мощного многоэлементного терапевтического излучателя в широком диапазоне интенсивностей вплоть до проявления эффекта насыщения в фокусе
Моделирование и измерение поля мощного многоэлементного терапевтического излучателя в широком диапазоне интенсивностей вплоть до проявления эффекта насыщения в фокусе
П.В Юлдашев, А. Максвелл, В. Крайдер, О.А. Сапожников, М. Бэйли, Л. Крам, В.А. Хохлова
Во многих современных приложениях мощного фокусированного ультразвука (HIFU) в неинвазивной хирургии, например, при гистотрипсии, возникает необходимость генерации мощных ультразвуковых полей с амплитудой ударного фронта в фокусе до 120 МПа на значительной глубине в ткани. Для экспериментального исследования возможности создания таких полей и генерации механических разрушений в ткани был создан прототип системы, состоящий из усилителя и излучателя с рабочей частотой 1 МГц. Излучатель состоит из семи отдельных элементов круглой формы, расположенных на сферической чашке диаметром 14.7 см и радиусом кривизны 14 см. Цель настоящей работы состояла в характеризации поля указанного излучателя в воде с помощью гидрофонных измерений и численного моделирования. Моделирование поля было выполнено на основе трехмерного уравнения Вестервельта с начальными условиями, полученными экспериментально методом акустической голографии. В эксперименте профили волны в фокусе были измерены оптоволоконным гидрофоном. Измерения проводились при различной амплитуде акустического давления на поверхности источника. Было показано, что результаты измерений и расчетов хорошо согласуются между собой. Найдены максимально достижимые значения для пиковых давлений и амплитуды ударного фронта. Таким образом, в работе было показано, что численное моделирование на основе трехмерного уравнения Вестервельта является важным инструментом для прогнозирования характеристик ультразвуковых полей, создаваемых мощными терапевтическими HIFU излучателями.
Показать АннотациюНагрев поглощающей среды ультразвуковым пучком с параметрически обращенным волновым фронтом
Нагрев поглощающей среды ультразвуковым пучком с параметрически обращенным волновым фронтом
Клопотов Р.В., Крутянский Л.М., Брысев А.П.
Приведены результаты экспериментов по нагреву поглощающей среды ультразвуковым пучком с параметрически обращенным волновым фронтом. В качестве нагреваемой среды использовался полимер, близкий по акустическим свойствам к биоткани. С помощью термопарных измерений продемонстрированы преимущества реализованного метода нагрева, возникающие за счет использования обращения волнового фронта: самонаведение ультразвукового пучка на нагреваемую область, и низкая зависимость параметров нагрева от положения или движения образца в определенной области. При этом, величина нагрева в экспериментах составила до 8С за время порядка 100 с.
Показать АннотациюИзмерение коэффициента акустического поглощения в неоднородных средах и биологических тканях с помощью обращенных ультразвуковых волн
Измерение коэффициента акустического поглощения в неоднородных средах и биологических тканях с помощью обращенных ультразвуковых волн
Н.В. Смагин, Л.М. Крутянский, А.П. Брысев
Проведено сравнительное экспериментальное исследование двух методов измерения коэффициента акустического поглощения: стандартного метода, основанного на регистрации амплитуды прошедшей через образец волны, и его модификации с применением фазосопряженных (обращенных) ультразвуковых волн. В качестве конкретного примера реализации стандартного метода использована техника сравнения с эталоном. Показано, что искажение волнового фронта зондирующего пучка, вызванное наличием в тестовых объектах структурных неоднородностей либо рассеивателей, приводит к появлению существенной погрешности измерения стандартным методом. В то же время, применение обращенных волн позволяет практически полностью скомпенсировать данную погрешность в случае чисто фазовых неоднородностей тестовых объектов или присутствия невысоких концентраций рассеивателей с размерами порядка длины волны. В других случаях, в том числе и при измерениях поглощения в неоднородных биотканях, метод с использованием обращения волнового фронта позволяет получить более достоверную оценку диссипативных потерь.
Показать АннотациюНекоторые принципы обработки сигналов слуховой системой.
Некоторые принципы обработки сигналов слуховой системой.
Н.Г. Бибиков
Обзор современного состояния вопроса о принципах кодирования звуков в слуховой системе человека. Подчеркивается, что после преобразования в улитке внутреннего уха сигнал может передаваться только импульсной активностью волокон слухового нерва. Для кодирования особенностей звука в значительном частотном и динамическом диапазонах требуется статистическая независимость импульсации разных волокон. Во многом именно обеспечению такой независимости служит сложный механизм частотного анализа во внутреннем ухе, а также специфическая система синаптической передачи между внутренней волосковой клеткой и связанными с ней волокнами слухового нерва. Эта передача осуществляется с добавлением шумовой составляющей, независимой для разных синапсов. Последнее свойство позволяет сохранить в импульсации популяции волокон информацию о временных интервалах, существенно меньших длительности отдельного импульса волокна. На следующих этапах слухового пути эта информация обрабатывается несколькими различными методами при резком увеличении числа элементов анализа. Начиная со слухового центра среднего мозга, все большее значение приобретает пластичность нервной ткани. Фактически каждая нервная клетка становится самообучающимся элементом, в которой характер преобразования сигнала определяется предшествующим опытом. Обсуждается экспериментальная база, служащая для обоснования высказанных положений.
Показать АннотациюПериферические основы слухового распознавания изменений интенсивности импульсных звуков, предъявляемых в тишине и после воздействия шума
Периферические основы слухового распознавания изменений интенсивности импульсных звуков, предъявляемых в тишине и после воздействия шума
Л.К. Римская-Корсакова
Причины ухудшения и облегчения распознавания изменений интенсивности коротких высокочастотных звуков (импульсов), предъявляемых в тишине в шуме и после действия шума, анализировали путем сравнения результатов модельных и психоакустических экспериментов. В модельном эксперименте изучали особенности периферического кодирования изменений интенсивности импульсов; искали условия, в которых реакция ансамбля может сохранять информацию об амплитудно-временной структуре, анализировали статистические характеристики реакций ансамбля волокон слухового нерва, вызванные в ответ на действие импульсов и звуковых комплексов «шумовой маскер - импульс». Под кодированием понимали преобразование синаптических потенциалов в последовательность потенциалов действия, сгенерированных волокнами слухового нерва. Моделирование показало, что изменение уровня маскера приводит к изменению свойств кодирования импульс, и звукового комплекса. Слуховые эксперименты показали, что эффекты облегчения распознавания возникают, если импульс средней интенсивности предъявляли вместе или после маскера, уровень которого соответствовал порогу маскировки. При задержке импульса относительно маскера в 50-60 мс, увеличение уровня последнего сопровождалось чередованием эффектов облегчения и ухудшения распознавания изменений интенсивности импульсов. Данные моделирования позволяют объяснить обнаруженные эффекты облегчения с точки зрения изменчивости свойств временного периферического кодирования импульсов и звуковых комплексов.
Показать АннотациюЭксперимент по исследованию коммуникации китообразных
Эксперимент по исследованию коммуникации китообразных
М.П. Иванов, Е.В. Дроган
Развитие исследований по акустической коммуникации китообразных переходит порог от процесса накопления эмпирических данных к прямому эксперименту. Проведен анализ эмоциональных сигналов афалины и белухи, которые представляют собой пачки коротких импульсов длительностью от 80 до 600 мс с неэквидистантной последовательностью импульсов в диапазоне от 1.8 до 6 мс. Широкополосная регистрация эмоциональных сигналов белухи показала, что спектральная плотность зарегистрированных импульсов достигает 500 кГц и более, что противоречит известной частотно-пороговой характеристике приемной системы зубатых китов.
Показать АннотациюСоздание базы данных акустических сигналов морских млекопитающих
Создание базы данных акустических сигналов морских млекопитающих
А.А. Ульянов, М.П. Иванов
Новые многоканальные комплексы регистрации биоакустической активности морских млекопитающих на цифровой носитель значительно расширили возможности исследователя. При планировании современного лабораторного эксперимента или проведении этолого-акустических наблюдений в открытом море необходимо позаботиться о хранении и дальнейшей обработке информации, полученной в условиях полевых измерений. База данных предназначена для систематизации результатов измерений, хранения и минимизации больших объемов гидроакустической информации, а также последующего ее использования в вычислительных экспериментах.
Показать АннотациюБаза данных звучащей русской речи как инструмент изучения интерференции артикуляторных моделей различных языков
База данных звучащей русской речи как инструмент изучения интерференции артикуляторных моделей различных языков
С.А. Крейчи, Г.Е. Кедрова, Ф.О. Байрамова, С.Б. Потёмкин4, О.Е. Фролова
Интерференция артикуляторных моделей различных языков является существенным препятствием для овладения безакцентным иноязычным произношением. База данных звучащей русской речи, разрабатываемая в Лаборатории фонетики и речевой коммуникации филологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, включает две однотипно организованные части: орфоэпически правильное произношение и русское произношение с акцентом: образцы, записанные от носителей разных языков мира (чтение изолированных слов и предложений, неподготовленные высказывания). Многообразие позиций органов артикуляции, необходимых для формирования звуков, нормативных для разных языков, можно представить как межъязыковое пространство артикуляторных поз, в котором эти позы могут совпадать или не совпадать при произнесении русских слов, что требует перестройки всей артикуляторной базы родного языка для овладения безакцентным произношением на русском языке. Ключевые слова: иноязычный акцент, русский язык, интерференция, база данных. УДК: 1751. PACS: 43.70.Jt.
Показать АннотациюИнформационная модель слухового восприятия
Информационная модель слухового восприятия
В.Е. Гай, Н.В.Гай, О.А. Яковлев, В.Г. Сажин
В работе описывается предлагаемая модель информационных преобразований, проходящих в слуховой системе. Проводятся аналогии между процессами преобразования информации в слуховой системе и предлагаемой моделью. Указанная модель строится на принципах теории активного восприятия (ТАВ), предложенной для моделирования информационных процессов в системе зрительного восприятия. На основе предложенной модели создано несколько методов обработки звуковых сигналов: метод вычисления частоты основного тона голоса человека, метод выделения полезного сигнала. Проведённые экспериментальные исследования подтвердили эффективность предложенных методов.
Показать Аннотацию