Розенберг Л.Д. Физика и техника мощного ультразвука. Книга 1. Источники мощного ультразвука OCR

Подождите немного. Документ загружается.

Рабочая

частота

выбрана

равной

100

кгц,

что

соответствует

длине

волны

1,5

с,м,.

Так

как

при

столь

низкой

частоте

пьезокерамическая

пластинка

будет

очень

толстой

и,

следовательно,

плохо

охлаждаться,

то

вместо

цель

ной

пластины

здесь

применена

разрезная

мозаика,

выложенная

по

части

Рис.

40.

Ультразвуковой

проходной

аппарат

для

облучения

жидкости

[в

потоке

сферы

(рис.

38).

Такой прием

наряду

водо-масляным

охлаж

дением

позволяет

довести

интен

сивность

на

поверхности

излу

чателя

до

вт/с,м,2.

Поверх

ность

мозаики

составляет

100

с,м,2,

что

соответствует

из

лучаемой

мощности

1500

вт.

сожалению,

литературе

не

Рис.

41.

Трубчатый

магнитострик

ционный

излучатель

приводятся

данные

угла

раскрытия.

Если

принять,

что

рис.

выполнен

масштабе,

то

угол

раскрытия

составляет

300,

интенсивность

центре,

вычисленная

по

формуле

(42),

будет

около

525

вт/с,м,2.

Относительно

низкая

частота

малый

угол

раскрытия

определяют

большие

размеры

фов:ального

пятна.

соответствии

формулой

(6)

ради

ус

кружка

Эри

будет

То

= 1,8

с,м"

площадь

в:ружка

- 10

с,м,2.

Если

считать,

как

это

было

показано

еще

Рэлеем

[6],

что

через

площадь

основ

ного

максимума

проходит

84 %

всей

энергии

волнового

фронта,

то

средняя

интенсивность

фов:альном

пятне

будет

около

150

вт/с,м,2.

Сферический

фокусирующий

излучатель

использован

также

приборе

для

получения

мелкодисперсных

аэрозолей

для

лечебных

целей

[37].

Схема

устройства

акустической

части

этого

прибора

приведена

на

рис.

39.

Излучатель

выполнен

из

пьезоэлектрической

в:ерамики

(шьезолаю)

рабо

тает

на

частоте

2,5

гц.

Оприменении

аналогичного

излучателя

для

полу

чения

аэрозолей,

предназначенных

для

спектрального

анализа,

сообщает

ся

работе

[38].

Для

этих

целей

был

ПРИМt:Jнен

ИЗJIучатель

фокусным

расстоянием

F = 7,0

с,м

угол

раскрытия

ат

= 600,

работающий

на

часто

те

2 5

Мгц.

Полная

излучаемая

мощность

составляла

ов:оло

100

вт.

1.91.

ЦилиндричеСRие

излучатели

менее

распространены,

чем

сферичесние.

На

рис.

ПОRазан

ультраЗВУRОВОЙ

проходной

аппарат

УПХА,

разрабо

танный

НИИ

химичеСRОГО

машиностроения,

предназначенный

для

интен

сифИRации

химичеСRИХ

процессов

(полимеризации,

ОRисления,

восстанов

ления и

т.

д.),

таRже

дЛЯ

TOНROГO

диспергирования

поточном

режиме.

Основной

частью

этого

аппарата

является

трубчатый

цилиндричеСRИЙ

маг

НИТОСТРИRЦИОННЫЙ

излучатель,

работающий

на

ОRРУЖНЫХ

Rолебаниях

(рис.

41).

Внутрь

излучателя

помещается

герметизированный

ТОНRИЙ

станан

из

нержавеющей

стали,

через

RОТОРЫЙ

протенает

обрабатывае

мая

ЖИДRОСТЬ.

Излучатель

изготовляется

двух

видах:

диаметром

ста

нана

см

(собственная

частота

18 lI:elf)

150

см

(собственная

частота

кгц).

Подводимая;

излучателю

мощность

ОRОЛО

10 lI:em,

охлажде

ние

водяное.

Глава

СВЕРХМОЩНЫЕ

ФОКУСИРУЮЩИЕ

ИЗЛУЧАТЕЛИ

Общие

соображении

Описанные

излучатели

позволяют

получать

интенсивности

ПОРЯДRа

тысячи

ватт

на

Rвадратный

сантиметр.

При

этом

центре

фОRального

пятна,

если

отсутствует

Rавитация,

развиваются

ЗВУRовые

давления

ам

плитудой

50-60

аmм. Несмотря

на

внушительность

этих

цифр,

они

еще

очень

далеRИ

от

предельных.

Rритерием

здесь

может

быть

аRустичеСRое

число

Маха,

соотношение

между

Rолебательной

СRОРОСТЬЮ

распространения

звуковых волн

с,

равной

для

воды

1,5 ·105 cM/cell:.

Эле

ментарный

подсчет,

выполненный

по

формуле

(9а),

ПОRазывает,

что

для

угла

раСRРЫТИЯ,

БЛИЗRОГО

'Я/2

(это,

нан

было

ПОRазано

выше,

соответст

пует

маRСИМУМУ

усиления

по

интенсивности),

можно

написать:

v'F

РР

' (62)

где

множитель

2 -

значение

cos-

(х'т/2

при

л'/2.

Для

F=50

аmм

это

дает

= 1,67.102

см/се

11:

что

составляет

всего

10-3

от

СRОРОСТИ

ЗВУRа

поде.

Вместе

тем

опыт

ПОRазал,

что

при

таRИХ

интенсивностях

наблю

дается

ряд

явлений,

имеющих

физичеСRИЙ

интерес

успехом

применя

ющихся

праRТИRе.

Естественно

поэтому

стремление

достижению

более

ВЫСОRИХ

интенсивностей,

при

ноторых

можно

ожидать

появления

новых

эффентов.

Кан

это

следует

из

формулы

(42),

F = 'Jt

').2

Sln

(Хт.

Увеличение

интенсивности

центре

фОRального

пятна

при

оптималь

ных

углах

(Х

БЛИЗRИХ

'Я/2,

может

быть

достигнуто

либо

увеличением

полной

мощности

сходящегося

фронта,

либо

уменьшением

площади

фо

Rального

пятна,

т. е.

уменьшением

рабочей

длины

волны

л.

Последнее

менее

желательно

не

ТОЛЬRО

потому,

что

уменьшением

площади

фОRаль

ного

пятна

весьма

затрудняется

его

изучение,

но

еще

потому,

что,

нан

это

было

ПОRазано

выше,

увеличением

частоты

существенно

возрастает

1.92

поглощение

как

линейное,

так

нелинейное.

Минимально

допустимыми

точки

зрения

манипулирования

размерами,

не

считая

специальных

слу

чаев

(например

для

целей

хирургии,

когда

требуется

совсем

маленькое

пятно),

нужно

считать

несколько

квадратных

миллиметров.

Это

означает,

что

диаметр

пятна

должен

составлять

единицы

миллиметров,

что

свою

очередь

соответствует

диапазону

рабочих

частот

0,5-1,0

Мгц.

Поглоще

ние

звука

при

этих

частотах

невелико,

им,

учитывая

не

слишком

боль

шие

размеры

концентратора,

можно

пренебречь.

величение

мощности

фронта

может

быть

достигнуто

как

за

счет

по

вышения

интенсивности

звука

у поверхности

излучателя,

так

за

счет

увеличения

самой

поверхности.

Первый

способ

ограничивается

как

меха

нической

электрической

прочностью

излучателя,

так

возможностью

возникновения

кавитации

на

его

поверхности,

второй

увеличением

затрат

энергии

на

поглощение

звука

при

его

распространении

от

излучаю

щей

поверхности

до

фокуса.

Прикидочные

расчеты,

выполненные

учетом

всех

приведенных

сооб

ражений,

показали,

что

для

получения

порядка

105

вm/см

указанном

диапазоне

частот

(0,5--1,0

Мгц)

требуется

мощность

несколько

киловатт.

Задаваясь

интенсивностью

у поверхности

излучателя

10 = 1

вm!см

нетрудно

установить,

что

излучатель

должен

иметь

поверхность

несколь

ко

тысяч

квадратных

сантиметров.

Такую

большую

поверхность,

естест

венно,

получить

помощью

одной

излучающей

пластины

невозможно,

поэтому

необходимо

применение

мозаичного

излучателя.

Одной

из

серьезных

трудностей

является

получение

синфазного

про

тяженного

волнового

фронта,

особенно

при

его

больших

размерах.

Как

уже

говорилось

гл.

пьезоэлектрические

излучатели,

наряду

нор

мальным

излучением,

дают

косые

пучки,

на

образование

которых

рас

ходуется

часть

полезной

излучаемой

энергии.

работе

[29]

было

показано,

что эти

косые

пучки

могут

быть

отсечены

резонансным

фильтром

виде

полуволновой

пластины.

При

этом

оказалось,

что

при

установке

фильт

рующей

пластины

не

только

«срезаютсю)

косые

пучки,

но

возрастает

ре

гулярная

часть

излучения.

Создавалось

такое

впечатление,

что

полувол

новая

пластинка

ведет

себя

как

своеобразный

трансформатор

или

вторич

ный

излучатель,

котором

энергия

косых

пучков

каким-то

образом

перекачивается

энергию

толщинных

синфазных

колебаний.

Учитывая

это

обстоятельство,

была

предложена

конструк

ция

фокусирующего

излучателя,

позволяющего

получить ультразвуковые

колебания

высокой

интенсивности

[39].

Был

применен

отрезок

сфериче

ской

оболочки,

резонансной

по

толщине,

выполненной

из

материала

малы

ми

механическими

потерями

(алюминий),

возбуждаемой

наружной

стороны

большим

количеством

непосредственно

примыкающих

ней

ре

зонансных

пьезоэлектрических

излучателей.

Осуществление

такой

кон

струкции

осложняется

необходимостью

изготовления

очень

высокой

степенью

точности

тонкостенного

отрезка

сферы

относительно

большого

радиуса.

Но, как

показал

опыт,

электрическое

герметизированное

ме

ханическое

разделение

рабочего

акустического

объема

от

объема,

котором

находятся

излучатели,

вполне

себя

оправдало

как

конструктивно,

так

процессе

эксплуатации

установки.

ПЗdучатеdИ

фокусирование.

жидкости

Первый

излучатель

такого

рода

был

выполнен

рабочей

частотой

500

кгZf,

что соответствует

длине

волны

воде

= 0,29

см

[40].

Основу

его

составила

алюминиевая

сферическая

оболочка

внутренним

радиусом

31,4

см и

углом

раскрытия

700.

Внешний

вид

ее

показан

на

рис.

42.

Тол

щина

стенок

равна

полудлине

волны

алюминии.

1 3

ИСТОЧНИНИ

улътразвуна

1.03

l\ОНСТРУIЩИЯ

излучателя схематически

показана

на

рис.

43.

Сфериче

ская

оболочка

имеет

центр

кривизны

точке

являющейся,

таким

обра

зом,

центром

фокальной

области.

Пространство

внутри

оболочки

запол

нено

передаточной

средой,

которой

происходит

процесс

фокусирования.

Рис.

42.

Алюминиевая

сферическая

оболочка

качестве

такой

среды

выбрана

дистиллированная

дегазированная

сов

местным

воздействием

ультразвука

вакуума

вода.

Рабочее

пространство

окружающее

фокальное

пятно,

находится

внутри

стакана

отделяется

тонкой

нейлоновой

или

тефлоновой

пленкой

во

избежание

загрязнения

передаточной

среды.

стенках

стакана

для

обеспечения

визуального

на

блюдения

проведения

фото-

и киносъемок

устроены

окна,

закрытые

плоско-параллельными

стеклянными

пластинками

1.94

Рис.

43.

Схема

устройства

мощного

фокусирующего

1I3ЛУll3.теля

на

"астоту

0,5

Мгц

Излучающая

алюминиевая

оболочка

возбуждается

круrлыми

пьезо

электрическими

пластинками

из

кварца

Х-среза,

диаметром

.м.м,

рав

номерно

расположенными

количестве

200

штук

по

наружной

поверхно

сти

полусферы.

Все

кварцевые

пластинки

отшлифованы

сферически,

со

ответствии

радиусом

кривизны

наружной

поверхности

алюминиевой

оболочки,

которой

они

плотно

притерты

на

масле.

Кроме

этоrо,

все

пластины

прижаты

при

помощи

накладок

болтов

Сами

болты

под

держиваются

швеллером

10,

являющимся

одновременно

токонесущим

элементом.

Все

швеллеры

соединены

между

собой

электрически

питают

ся

от

электрическоrо

reHepaTopa

через

проходной

изолятор

находя-

u u t

щиися

нижнеи

части

установки.

Рис.

44.

Полусфера

смонтированными

на

ней

Rварцевыми

возБУЖД8ЮЩИМИ

пластинами

На

рис.

показана

полусфера

смонтированном

виде

без

кожуха.

Хорошо

видны

швеллеры,

кварцевые

пластины

прижимающие

их

бол

ты.

Пространство

(рис.

43),

котором

размещены

все

детали,

нахо

дящиеся

под

высоким

напряжением,

заполнено

кремнийорrаническим

маслом,

которое

случае

необходимости

может

охлаждаться

проточной

водой,

циркулирующей

пространстве

между

двойными

стенками

кожуха.

Так

как

эффективность

действия

концентратора

зависит

от

ero

фоку

сирующих

свойств,

которые

свою

очередь

определяются

малостью

абер

раций

фазовоrо

фронта,

то

прежде

Bcero

было

предпринято

изучение

рас

пределения

фазы

по

фронту

вблизи

излучающей

поверхности.

Это

изме

рение

производилось

при

помощи

миниатюрноrо приемника

из

керамики

титана

та

бария

диаметром

0,3

.м.м,

который

при

помощи

специальноrо

при

способления

перемещался

вдоль

излучающей

поверхности

на

расстоянии

,м,м

от

нее.

После

усиления

фаза

принятых

колебаний

сравнивалась

фазой

напряжения,

питающеrо

кварцевые

возбуждающие

пластинки.

Результаты

этоrо

эксперимента

приведены

на

рис.

45,

rде

показано

рас

пределение

фаз

вдоль

одной

из

больших

окружностей

полусферы

+ 400.

По

ос.

отложена

уrловая

координата

rрадусах;

соответствует

центральной

точке

оболочки.

По

оси

ординат

отклонение

фазы-L\<р.

Видно,

что

фазовая

аберрация

носит

двоякий

характер:

одной

стороны,

существует

случайный

разброс,

который

укладывается

полосу

шириной

250;

,цруrой

стороны,

средняя

линия

этой

полосы

не

лежит

rоризон-

З*

1.95

тально,

идет

под

некоторым

наклоном,

из

KOToporo

следует,

что

колеба

ния

точках,

лежащих

на

противоположных

краях

полусферы,

MorYT

от

личаться

на

+ 500.

Такой

систематический

набеr

может

происходить

как

вследствие

малоrо

изменения

толщины

алюминиевой

оболочки, так

результате

ошибки

при

перемещении

измерительноrо

приемника

(0,3.м.м

при

длине

штанrи

31,4

ММ).

Существенно,

однако,

то

обстоятельство,

что

систематическая

линей

ная

аберрация

не

влияет

на

структуру

фокальноrо

пятна,

может

лишь

вызвать

ero

незначительное

смещение

(на

те

же

0,3

ММ)

фокальной

плоскости.

Случайные

же

отклонения

фазы

MorYT

повлиять

на

структуру

фокальноrо

пятна

лишь

том

случае,

если

они

превышают

л/2.

Данные

из

мерений

распределения

амплитуды

показывают,

что

пределах

+ 15 %

она

остается

постоянной.

+.:1

+00

-1-20

.."",;;

,,'"

с)

~"'o"

......

.",.'"

000

.-g

о о

л~б~08В

...

о о

8 ....... 0

о о

...

.",,""-

-",,'"

O~--~~--~~~~~~~~~~~--~~--~

"40

-30

в...1

00-/0

$20

......

~ЗО

0+40

...

~...

о о

...

....

............

","'о

...

d'o

§ 8 §

.,..

0000

tfo"

ОФ

о А

...

.,..

о о о

о о

сгб'

о о

8 .........

о о о

...............

...

"..""""."..",.

-20

-40

-80

-.:1Р

Рис.

45.

Распределение

фазы

колебаний

по

поверхности

полусферы

Исследование

тонкой

структуры

фокальноrо

пятна

показало

[41],

что

распределение

звуковоrо

давления

очень

близко

расчетному.

На

рис.

показаны

расчетные

(1)

экспериментальные

(2)

данные.

Расхождение

имеет

место

лишь

во

вторичных

максимумах.

Диаметр

фокальноrо

пятна

оказался

равным

1,68

.м.м,

площадь

ero -

около

0,09

см

•

левом

верх

нем

уrлу

показан

разрез

фокальной

области

по

оси

излучателя,

полу

ченный

методом

Теплера.

Хорошо

видна

структура

фокальноrо

пятна.

Излучение

звука

снизу

вверх.

Видно

как

сходящиеся

волновые

фрон

ты,

пройдя

через

фокальное

пятно,

начинают

расходиться

(схематичес

ки

это

показано

на

рис.

5).

Полная

акустическая

мощность,

излучаемая

оболочкой,

была

измерена

при

помощи

радиометра,

плоский

диск

KOToporo

помещался

на

1.6

СМ

ниже

фокальной

плоскости,

rде

при

полной

мощности

кавитация

еще

не

возни

кает.

Для

контроля

измерения

производились

как

диском

поrлощающей

поверхностью,

так

диском

отражающей

поверхностью.

Результаты

из

мерений

показаны

на

рис.

47,

rде

по

оси

абсцисс

отложен

квадрат

напря

жепия

киловольтах,

подводимоrо

кварцевым

пластинам;

черные

круж

ки

поrлощающая

поверхность,

светлые

отражающая.

Все

точки

удовлетворительно

укладываются

на

прямую

линию.

Однако

для

получе

ния

абсолютноrо

значения

мощности

нужно

внести

еще

поправку

на

сфе

ричность

сходящеrося

фронта;

как

видно

из

снимка,

полученноrо

методом

Теплера

(рис.

46),

на

расстоянии

пяти

длин

волн,

что

соответствует

1,6

сж,

фронт

еще

полностью

сохраняет

свою сферическую

форму.

Плоский

диск

измеряет

лишь

нормальную

компоненту,

которая,

как

это

следует

из фор-

:18.

мулы

(На),

отличается

множителем

СОБ

аm12,

равным

для

рассматриваемого

случая

0,7.

Абсолютная

величина

мощности

учетом

этой

поправки

пока

зана

на

рис.

верхней

линией.

При

напряжении

"Кв

на

излучающих

пластинках

полная

излучаемая

мощность

составляет

2870

вт.

Если

учесть,

что

через

основной

дифракционный

максимум

проходит

84 %

всей

энергии

фронта,

то

средняя

интенсивность

фОI\альном

пятне

составит

27000

вт/с:м

•

Интенсивность

же

центре

фокального

пятна,

вычисленная

по

формуле

(42),

будет

около

85000

вт/с:м

•

Следует

только

помнить,

что

обе

эти

цифры

известной

степени

условны,

так

как

реаль

ных

жидкостях

порог

кавитации

лежит

существенно

ниже;

после

возник

новения

кавитации

тонкая

структура

фокального

пятна

претерпевает,

как

об

этом

будет

сказано

ниже,

весьма

существенные

изменения.

тУ

тm

Рис.

46.

Распределение

звунового

Давления

фональной

плосности

мощного

излучателя

на

частоту

0,5

Лfгц

гooo~--~--~--~+-~~--~

1000

~--~Тr~'-'"---+----t---~

4 8

12 16

Рис.

47.

Результаты

радиометриче

сних

измерений

мощного

излучателя

па

частоту

0,5

Лfгц

Интересен

вопрос

распределения

всей

излучаемой

мощности

между

уже

измеренным

полезным

излучением,

излучением

масло

механиче

скими

потерями

всей

системы

(электрическими

потерями

кварцевых

пла

стинах

можно

пренебречь).

Для

решения

этой

задачи

работе

[42]

был

предложен

способ,

соответствии

которым

измерялись

механические

добротности

резонансные

частоты

системы

четырех

различных

состоя

,ниях:

без

воды

масла,

когда

вся

излучаемая

мощность

расходуется

лишь

на

механические

потери;

водой,

без

масла;

маслом,

без

воды;

водой

маслом

(рабочее

состояние).

каждом

из

состояний

снималась

резонансная

кривая и

вычислялись

собственные

частоты

механическая

добротность.

Две

из

этих

кривых

показаны

на

рис.

48.

Полученные

таким

образом

данные

позволяют

установить

баланс

излучаемой

мощности:

65 %

идет

на

полезное

излучение,

% -

на

излучение

масло

10 % -

на

механические

потери.

На

осно

вании

этих

данных

можно

также

определить

интенсивность

поверхности

излучателя.

Преобразуя

известное

выражение

(см.

работу

[43]),

можно

получить

для

кварцевого

излучателя:

здесь

1 -

интенсивность

вт/с:м

;

РоС

волновое

сопротивление

жид

кости;

Q -

механическая

добротность;

f -

рабочая

частота

Меч;

напряжение

на излучателе

"Кв.

:1.87

Подставляя

сюда

добротность

частоту,

соответствующие

рабочему

режиму

(случай

4),

получаем

= 0,8

вт/е:м

при

= 4

кв.

Учитывая,

'ITO

излучающая

поверхность

алюминиевой

полусферы

составляет

3700

е:м

получим

для

полной

излучаемой

мощности

величину

~ЗООО

вт, что

точ

ностью

до

5 %

согласуется

результатом

радиометрических

измерений.

Подсчет

нелинейного

поглощения,

выполненный

соответствии

фор

мулой

(51),

показывает,

что

эффективность

этого

излучателя

практически

равна

100 %,

т.

е.

потери

на

нелинейное

поглощение

пренебрежимо

малы.

ВозоРК==Л

,чuсло~

=.50

d,5

г----t--+--+++---+--+-----j

450

500

550

800кгц

450

500

oooa~

18036.1""

. !

O;f7~

. I

550 800

кгц

Рис.

48.

Резонансные

кривые

мощного

излучателя

на

частоту

0,5

Мец

различных

состояниях

Созданный

Акустическом

институте

АН

СССР

мощный

фокусирую

щий

излучатель

на

частоту

1,0

Мгц

[44]

выполнен

на

том

же

принципе,

хотя

отличается

деталями

конструкции.

Так

как

увеличение

рабочей

частоты

раза

приводит

уменьшению

площади

фокального

пятна

4раза,тодля

сохранения

средней

интенсивно

сти

фокальном

пятне,

можно

было

уменьшить

вдвое

радиус

излучающей

поверхности.

Фактически

она

была

уменьшена

1,7

раза.

Вместо

кварце

вых

возбуждающих

пластин

были

взяты

пластины

из

пьезокерамики

ЦТС,

рабочие

напряжения

для

которой

лежат

пределах

десятков

вольт.

Сравнительно

высок.ая

точка

Кюри

(3300)

позволила

отказаться

от

масля

ного

охлаждения,

что

свою

очередь

устранило

необходимость

создавать

воздушные

подушки

на

задней

стороне

возбуждающих

пластин

позво

лило

упростить

их

крепление

алюминиевой

оболочке.

Отшлифованные

по

сфере

пластинки

ЦТС

были

наклеены

на

внешнюю

сторону

алюминие

вой

полусферы,

наружные

их

обкладки

соединены

монтажным

проводом.

Полусфера

наклеенными

пластинами

показана

на

рис.

49.

Для

более

плотного

заполнения

пластины

сделаны

не

круглыми,

шестиугольными.

Внутренний

радиус

полусферы

(фокусное

расстояние)

равен

18,3

е:м,

угол

раскрытия

750.

остальном

схема

излучателя

не

отличается

от

описанного

выше

кварцевого.

Распределение

фокальном

пятне

измерялось

при

помощи

миниатюр

ного

измерительного

приемника

[45]

диаметром

0,15

:м:м,

что

составляет

1.98

0,1

длины

звуковой

волны

воде.

Для

перемещения

этого

приемник

при

менялось

прецизионное

координатное

устройство

[30],

позволявшее

перемещать

приемник

трех

взаимно

перпендикулярных

направлениях

Гпс

49.

АЛЮМl1ниевая

полусфера

на

н:леенпыми

пьеЗОI{ерамическими

пласти

нами

точностью

0,01 M.7Ji.

На

рис.

показан

собранный

излучатель

укреп

пенным

на

нем

координатным

устройством.

Само

распределение

приведено

на

рис.

51,

где

сплошной

линией

пока

зана

расчетная

кривая,

кружками

экспериментальные

точки,

которые

хорошо

ложатся

на

расчетную

кривую.

Это

свидетельствует

незначи

тельной

фазовой

аберрации

волнового

фронта

малой

неравномерности

распределения

амплитуд

колебаний

вдоль

излучающей

поверхности.

Ра

диус

фокального

пятна

равен

= 0,8

мм,

площадь

его

= 2 ·10-2

с.м

•

Рис.

50.

МОЩНЫЙ

излучатель

на

частоту

1,0

Мгц

укрепленным

на

нем

измерптельным

I{оординатным

устройством

2,5

t,MM

Рис.

51.

Распределение

'звукового

давле

ния

фокальной

плоскости

мощного

излу

чателя

на

частоту

1,0

Мгц

:199

Подводимая

фокальной

области

акустическая

мощность

определя

лась

радиометрически,

на

.м.м

ниже

фокуса,

где

кавитация

заведомо

еще

не возникает.

Результаты

этих

измерений

приведены

на

рис.

52.

Как

для

излучателя,

работающего

на

частоте

0,5

Мгц,

светлые

темные

точки

соответствуют

результатам

измерений

отражающим

поглощающим

дисками,

верхняя

прямая

истинному

значению

излученной

мощности

учетом

поправки

на

сферичность

сходящегося

фронта.

При

напряжении

на

пластинах

и = 27

подходящая

фокусу

мощность

составляет

870

вт.

W,dm

800

БОО

Рис.

52.

Результа1Ы

радиометриче

СIШХ

измерений

мощного

излучателя

на

частоту

1,0

Мгц

к8

1,8к8

8 8

:I,mm

Рис.

53.

Распределение

зву:кового

давления

фо:кальной

плос:кости

мощного

'излучателя

на

частоту

0,5

гц

при

отсутствии

:кавитации

при

ее

наличии

что

соответствует

средней

интенсивности

фокальном

пятне

36 500

вт/с.м

•

При

этом

интенсивность

поверхности

излучателя

составляет

0,56

вт/с.м

так

как

излучающая

поверхность

равна

156

с.м

•

Подсчитанная

по

формуле

(42)

интенсивность

центре

фокального

пятна

получается

равной

136000

em/c.Jrt

что

соответствует

амплитуде

давления

при

отсутствии

кавитации

PF =

800

ат.м.

Проверка

на

нелинейное

поглощение,

так

же

как

предыдущем

из

лучателе,

показывает,

что

оно

пренебрежимо

мало

что

эффективность

рассматриваемого

излучателя близка

100%.

Оценка

величины

потерь,

выполненная

методом

снятия

резонансных

кривых

заполнением

излучателя

водой

без

воды,

последующим

вы

числением

соответствующих

добротностей,

показала,

что

на

полезное

из

лучение

тратится

38%

подводимой

керамическим

пластинам

колебатель

ной

мощности.

Некоторое

уменьшение

по

сравнению

К.п.Д.

предыдущей

конструкции

объясняется

увеличением

потерь,

связанных

повышением

частоты

0,5

до

1,0

Мгц,

тем,

что

керамика

вообще

обладает

б6льшими

механическими

диэлектрическими

потерями,

чем

кварц

(см.

табл.

На

примере

излучателя,

работающего

на

частоте

0,5

Мгц,

можно

про

следить

за

изменением

картины

фокальной

области,

вызываемым

появ

лением

кавитации.

На

рис.

приведены

измеренные

миниатюрным

щупом

кривые

распределения

звукового

давления

фокальной

плоскости

при

аналогичную

таблицу

работе

[44]

в:крались

не:которые

неточности,

здесь

приводятся

исправленные

данные.

200