Розенберг Л.Д. Физика и техника мощного ультразвука. Книга 1. Источники мощного ультразвука OCR
Подождите немного. Документ загружается.
тального
микроскопа
мир
с
поворотной
головкой и
сменным
набором
~бъективов
и
окуляров.
Цена
деления
нониуса
микроскопа
в
микронах
определял
ась
для
каждой
пары
объектив-окуляр
обычным
способом
по
объект-микрометру.
С
помощью
микроскопа
определялась
величина
размытия
освещенных
точек
на
поверхности
исследуемого
волновода,
находящихся
в
поле
зре
ния
микроскопа
(размытая
полоса),
т.
е.
двойная
амплитуда
колебаний
этих
точек.
С
помощью
поворотной
головки
определялся
угол
наклона
такой
размытой
полоски
по
отношению
к вертикали,
что
позволяло
рас
считать
затем
продольную
и
тангенциальную
составляющие
амплитуды
колебаний
поверхности
волновода.
Измерялись
либо
амплитуды
колеба
ний
на
свободном
конце
волновода
при
изменении
частоты
возбуждения,
Рис.
23.
Изменение
тангенциальной
х
и
продольной
у
составляющих
колеба
ний
концентратора
типа,
показанного
2
t;,HK
зо
20
10
на
рис.
21,
в
зависимости
от
частоты
-/0
-20
-30
-50
либо
распределение
амплитуд
вдоль
волновода
при
неизменной
частоте
возбуждения.
Возбуждение
осуществлял
ось
главным
образом
с
помощью
ферритовых
или
магнитострикционных
вибраторов,
а
напряжение
возбуж
дения
частотой
15-20
кгц
подавалось
от
генераторов
БАР
или
УЗГ-2,5.
Ниже
приведены
результаты
исследований
волновода
[26, 27],
пока
занного
на
рис.
211.
Технология
изготовления
такого
волновода
очень
проста
[26].
В
нем
прорезаются
постепенно
углубляющиеся
канав
ки
вдоль
стержня,
в
которые
временно
вкладываются,
например,
латун
ные
полосы.
Затем
при
нагревании
производ:ится
закручивание
стержня
i'---
.
.,.--------r
-L;=-~-----
__
.",~(
Рис.
24.
Конец
ступенчатого
волновода
и
после
окончательной
обработки
на
токарном
станке
полосы
из
кана
вок
удаляются.
Длина
второй
ступени
такого
концентратора
на
10-20%
больше,
чем
первой.
На
рис.
22,
а
показана
частотная
характеристика
концентратора.
По
оси
абсцисс
отложена
частота
j,
по
оси
ординат
-
величина
размытия,
равная
2~,
где
~
-
амплитуда
колебаний,
измеренная
на
конце
концент
ратора.
Помеченная
на
оси
абсцисс
точка
fопт
соответствует
частоте,
на
которой
производилась
сварка
алюминиевой
фольги.
1
Результаты
исследования
волноводов,
показанных
на
рис.
21, 24
и
26,
любезно
представлены
нам
М.
Г.
Сиротюком.
21
ИСТОЧНИКИ
ультразвука
321.
На
рис.
22,
б
приведена
заВlIСИМОСТЬ
угла
наклона
размытой
полоски,
видимой
в
микроскоп,
от
частоты
возбуждения
концентратора.
Для
на
глядности
внизу
показаны
картинки,
иллюстрирующие
поворот
размытой
полоски
при
изменении
частоты.
И,
наконец,
на
рис.
23
показано
из-
2/:',мл-
0<_"
4О
{1
200
/50
20
100
/0
50
/()
/5
/0
/1
/8
1.9
20
f,кгl(
-f(}
/8
19
20
f,кгц
-о(,
Рис.
25.
Частотная
характеристика
концентратора
(а)
и изменение
направления
колебаний
точек
его
поверхности
(6)
менение
тангенциальной
х
и
продольной
у
составляющих
колебаний
в
зависимости
от
частоты.
Эти
последние
графики
построены
путем
умноже
ния
величин
2s,
взятых
из
графика
рис.
22,
а,
на
sin
и
cos
соответствую
щих
углов
(рис.
22,
б).
RaK
видно
из
рис.
22,
а,
концентратор
имеет
две
резонансные
частоты
(16,5
и
18
nгц),
причем
на
первой
из
них
(рис.
23)
возбуждаются
преиму
щественно
тангенциальные
колебания
конца
стержня,
а
на
второй
-
про
дольные
колебания.
С
помощью
исследованного
концентратора
производилась
сварка
алю
миния
толщиной
0,1 + 0,1
мм
[26]
на
станке
дляj:ультразвукового
реза
ния
модели
4770.
Листочки
фольги
сваривались
за
время
менее
1
сеn
при
усилии
прижатия
концентратора
в
несколько
килограммов.
RpoMe
сварки,
~-----------~-
----~
1з-
n=
,..
,----.-r-""\..,,1
~---
88 ---------1-------
..
n
--
-!
Рис.
26.
Исследованный
ступенчатый
концентратор
исследовал
ось
ультразвуковое
резание
стекла
толщиной
5
ММ.
В
резуль
тате
оказалось,
что
скорость
резания
возрастает
в
несколько
раз
по
срав
нению
с
резанием
обычным
ступенчатым
концентратором.
В
процессе
ре
зания
наблюдался
подъем
кашицы
абразива
по
спиральным
канавкам
концентратора.
Из
приведенных
результатов
опробования
концентратора
при
резании
и
сварке
следует,
что
целесообразно
применять
его
для
практических
надоб
ностей.
RpoMe
концентратора
с
канавками,
исследовались
концентраторы
с
различного
рода
неоднородностями
стержня
на
его
конце.
На
рис.
24
показана
форма
конца
одного
из
таких
волноводов,
а
на
рис.
25,
а
и
б
-
соответственно
частотная
характеристика
концентратора
и
зависимость
углов
размытия
освещенных
точек
а'
(отсчет
углов
ведется
от
вертикали,
совпадающей
с
осью
концентратора
против
часовой
стрелки)
в
зависимо-
322
сти
от
частоты
(измерения
у
свободного
конца).
Из
этих
рисунков
ясно,
что
указанная
неоднородность
стержня
приводит
к
появлению
танген
циальной
составляющей
колебаний.
Исследование
обычного
ступенчатого
концентратора
(рис.·
26)
также
показало,
что
при
возбуждении
его
вблизи
резонансной
частоты
наблю
дается
некоторая
тангенциальная
составляющая
колебаний,
которая
до
стигает
1/з
продольной
составляющей.
Рис.
27.
Ступенчатый
концен
тратор
[28]
На
основании
приведенных
результатов
исследований
можно
сделать
вывод,
что
появление
тангенциальной
составляющей
на
конце
ступенчато
го
волновода
при
его
продольном
возбуждении
может
быть
достигнуто
либо
в
случае
возбуждения
волновода
вблизи
резонансной.
частоты,
либо
~
А
при
наличии
на
второи
ступени
волновода
участков,
имеющих
неоднород-
ность
сечения.
(О
----/~~
\0
r/
~
l'
\ I
\ I
-~---~"'C'
20
40
00
80
Рис.
28.
Распределение
кру
тильных и
продольных
колеба
ний
в
концентраторе,показан
НОМ
на
рис.
27
Из
приведенных
результатов
закономерно
вытекает
предположение
о
том,
что
существует
достаточно
обширный
класс
волноводов,
позволяю
щих
получить
тангенциальную
составляюmую
колебаний
при
продоль
ном
возбуждении.
Такое
предположение
было
высказано
в
работе
[28],
где
исследовался
ступенчатый
волновод,
показанный
на
рис.
27.
Второй
ступенью
волновода
являлось
обычное
сверло
диаметром
15
мм,
т.
е.
требо
вание,
сформулированное
в
работе
[26],-плавно
изменяющийся шаг
кана
вок
-
не
соблюдалось.
Тем
не
менее
при
возбуждении
этого
волновода
на
частоте
15,6
кгц
на
его
свободном
конце
обнаруживалась
крутильная
составляющая
колебаний
с
амплитудой
до
Sир=
15-18
мк
и
продольная
до
snp
=
10-11
МК.
Отношение
SиР/Sпр
= 1,56.
На
рис.
28
показано
распределение
амплитуд
крутильных
(1)
и
про
дольных
колебаний
(2)
вдоль
второй
ступени
волновода
(расстояния,
от
ложенные
по
оси
абсцисс,
отсчитываются
от
свободного
конца
волново
да).
На
рис.
29
схематически
показано
распределение
амплитуд
колебаний
21
источниии
тльтраэвуиа
323
по
торцу
свободного
Rонца
'волновода,
подтверждающее
наличие
в
не},{
именно
крутильных
колебаний.
С
помощью
волновода
производилась
сварка
алюминия
0,5+0,1.мж
(время
сваРRИ
2-3
ce~,
усилие
прижатия
волновода
R
деталям
-
несколь
RO
Rилограммов).
Разрушение
сваренных
соединений
происходит
с
ВЫ
рывом
по
осВ'овному
материалу.'
Рис.
29.
Схема
распределения
ко
лебаний
по
торцу
концентратора,
ПОI,азанного
на
рис.
27
в
~процессе
сварки
измерял
ось
также
распределение
продольных
и
RPY-
тильных
колебаний
вдоль
стержня.
Такое
распределение
показано
на
рис.
30
(штриховой
кривой
показаны
Rрутильные
Rолебания).
R
сожале
нию,
YCTaHoBRa
для
сварки
не
позволила
снять
распределение
вблизи
на
груженного
конца
волновода.
ОднаRО,
RaR
видно
из
рис.
30
(ср.
с
рис.
28),
распределение,
по-видимому,
сдвинул
ось
на
угол
1800,
так
что
на
на
груженном
Rонце
можно
ожидаТJ;
пучность
RРУТИЛЬНЫХ
RолебаниЙ.
Амп
литуда
RРУТИЛЬНЫХ
колебаний
уменьшилась,
а
амплитуда
продольных
Рис.
30.
Распределение
продоль
ных
и крутильных
колебаний
в
концентраторе
(рис.
27)
в
про
цессе
сварки
листовых
металлов
, 2t:.'-';HK
17
15
I,J'
11
.9
7
5
3'
1
---------~
.....
."
/>
----------------~~/
~
__
~~
__
~
__
-L
__
~
__
~
__
~~~-J
/0
20
ЗQ
'10
50
50
70
80 g{}
JV1i
Rолебаний
осталась
приблизительно
таRОЙ
же.
Кроме
того,
сравнение
ри
сунков
показывает,
что
отношение
«горб
--
впадиню>
для
крутильных
коле
баний
в
случае
сваРRИ
уменьшилось,
что
свидетельствует
об
отводе
энер
гии
крутильных
колебаний
в
наГРУЗRУ,
т.
е.
сварном
соединении.
В
заключение
интересно
привести
данные
по
исследованию
продольно
крутильных
колебаний
сверла
и
зеНRера
при
их
продольном
возбужде
нии.
В
работе
[5]
обнаружено,
что
для
сверла
получается
соотношение
~нр/~пр
= 1,56,
т.
е.
такое,
как
в
работе
[28],
адля
зенкера
~нр/~пр
~
0,6.
Меньшая
величина
~нр/~пр,
видимо,
обусловлена
небольшой
глубиной
канавок
на
поверхности
зенкера
и
меньшим
их
углом
по
отношению
R
осиZзенкера.
Сопоставление
данных
работ
[26, 28
и
5]
позволяет
заклю
чить,
что
степень
преобразования
продольных
Rолебаний
в
Rрутильные
при
продольном
возбуждении
стержней
со
спиральными
Rанавками
за
висит
главным
образом
от
угла
наклона
этих
KaHaBoR
по
отношению
к
оси
стержня,
а
также
от
глубины
канавок.
§ z.
ВЫВОДЫ
По
результатам
исследований
и
данным
работы
[5]
МОЖР1
сделать
сле
..
)J;ующие
предварительные
выводы.
1.
Создание
различных
неоднородностей
попере~gого
с)чения
второй
ступени
ступенчатого
концентратора
приводит
к
п')явлению
на
его
конце
тангенциальной
составллющей
колебаний.
'
2.
Неоднородности
се~ения
второй
ступени
типа
С',пиральных
канавок
позволлют
получить
в'ряде
случаев
п-к
колебания
на
конце
концентра
тора,
причем
крутильная
составляющая
превосходит
продольную.
3.
Во
всех
исследованных
концентраторах
шаг
спиральных
канавок
менее
Лир
/4.
4.
Степень
преобразования
продольных
колебаний
в
крутильные
с
помощью
ступенчатых
концентраторов
зависит,
по-видимому,
от
глубины
спиральных
канавок
и
их
шага
и
увеличивается
в
определенных
преде
лах
с
увеличением
глубины
канавок
и
уменьшением
их
шага.
5.
Максимальная
степень
преобразования
продольных
колебаний
в
крутильные
с
помощью
ступенчатого
концентратора
с
канавками
достига
ется
в
случае
переменного,
плавно
уменьшающегося
к
свободному
[концу
концентратора
шага
канавок.
В
заключение
заметим,
что
интересно
провести
исследования:не
толь
ко
ступенчатых
концентраторов,
но и
концентраторов
с
плавно
изменя~
ющим:ся
сечением,
также
имеющих
спиральные
канавки
на
некотором
участке концентратора.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Л. Л.
С
и л и
н,
Г.
Ф.
Б
а
л
а
н
Д
и
п,
М.
Г.
К
о
г
а
п.
Ультразвуковая
свар
ка.
Машгиз,
1962.
2.
Е.
N i
Р
Р
е
5,
J.
В.
J
о
n
е
5.
New
technique
{ог
metals
joining
in
the
эрасе
age
IV.
Ву
ultrasonics.
J.
of Metals, 16,
No
3,
244-245,
1964.
3.
Н.
L. М
с
К
а
i g,
С.
Z g 1
е
n i
с
k
i.
Ultrasonic
ring
welding... Missiles
and
Rockets, 15,
No
9. 28, 1964.
4.
Л.
О.
м
а
к
а
ров.
Устройство
для
механических
испытаний
твердых
материа
лов на
старение
и
усталость.
Авт.
свид.,
.l'I2
128188,
кл.
42
К,
41,
от
18
июля
1959
г.
5.
В.
Д.
М
а
рты
н
о
в,
Н.
Н.
И
г
н
а
т
е
н
к
о.
Влияние
ультразвуковых
коле
баний
на
процесс
резания
...
Сб.
«Применение
ультразвука
в
С.-Х.
машинострое
нии
•.
Ростовский
ун-т,
Ростов,·Дон,
1964.
6. W.
Р.
М
а
s
о
п.
Piezoelectric Cristals
and
their
Application
to Ultrasonics. New
York,
1950.
(См.
перевод:
У.
М
э
зон.
Пьезоэлектрические
кристаллы
и
их
при-
менение
в
ультраакустпке.
ИЛ,
1952). )
7.
G.
В
r
а
d f i
е
1 d. Some experiments
with
Barium
Titanate.
Nuovo Cimento, 7,
Suppl. 2, 182, 1950.
..._
8.
Н.
К
01
s k
у.
Stress waves
in
solids. Oxford, 1953.
(См.
перевод:
Г.
К
о
л
ь
с
к
и
й.
Волны
напряжения
в
твердых
телах.
ИЛ,
1955).
9. L.
J.
Р
о
с
h h
а
m m
е
т.
J.
reine angew.
Math.,
81, 324,
1876.~
10.
С.
С
h r
е
е.
Quart.
J.
Pure
and
Appl.
Math.,
23, 335, 1899.
11.
G.
Н.
W
а
t s
о
п.
А
treatise
оп
the
theory
of Bassel function5, 1945
(См.
перевод:
Г.
Н.
В
а т
с
о
н.
Теория
бесселевых
функций.
ИЛ,
1949).
12. Dr. Ludwig
В
е
r g m
а
n
п.
Der
Ultra
schalJ
und
sejne Anwendung
in
Wissen-
schaft und Technik. Ziirich, 1954.
(См.
перевод: Л.
Б
е
р
г
м
а
н.
Ультразвук
и
его
применение
в
науке
и
технике.
ИЛ,
1957).
13.
Л.
О.
М
а
к
а
р
о
n.
Крутильный
акустический
вибратор.
Автор.
свид.,
.l'I2
127487,
кл.
~2S,
21
а
2
,
8,
от
18
июля
1959
г.
14.
С.
М.
Van der
В
u r g t.
Philips
Res.
Вер.,
8,
91-132,
1953
(См.
перевод:
К.
В
а
н
Д
е
р
Б
у
Р
г
т.
Динамические
физиче
с
кие
параметры
маГНИТОСТРИКЦИОНRЫХ
про
дольных
и
крутильных
колебаний
в
ферритах.
Проблемы
современной
физики,
ом
6,
1954).
15.
Р.
Б
о
з
орт.
Ферромагнетизм.
ИЛ,
1956.
16.
В.
Г.
П
и
м
ш
т е
й
н.
Исследование
некоторых
крутильных
колебательных
си
стем.
(Дипломная
работа).
МФТИ,
1963.
325
17.
w.
Р.
М
а
s
о
n. Methods and
apparatus
employing
torsionally
vibratory
energy.
(ВеН
Teleph. Labs. Inc.).
Патент
США,
RЛ.
51-58,
.м
3131515,
заявлен
04.01,
60,
опубл.
05.05.64.
18.
Ногасе
L
а
m
ь.
ТЬе
dynamics theory of sound. London, 1931.
(См.
перевод:
г.
Л эм
б.
ДинамичеСRая
теори!!
ЗВУRа.
Физматгиз,
1960).
19.
л. д.
Роз
е
л
б
е
р
г,
В.
Ф.
К
а
з
а
н
Ц
е
в,
л.
о.
М
а
R
а
р
о
в,
д.
Ф.
я
х
и
м
о в
и
ч.
УльтраЗВУRовое
резание.
Изд-во
АН
СССР,
1962.
20.
л.
г.
М
е
р
R
У
л
о
в.
Расчет
ультраЗВУRОВЫХ
нонцентраторов.
Аиуст.
ж.,
3,
вып.
3, 230, 1957.
21.
л.
о.
М
а
R
а
ров.
Теоретическое
исследование
некоторых
крутильных
коле
бательных
систем.
Аиуст.
ж.,
7,
ом
4, 450, 1961.
22.
л.
о.
М
а
R
а
ров.
Волноводные
свойства
стержневых
концентраторов.
Сб.
«Применение
ультразвуковых
колебаний
для
исследования
свойств,
контроля
ка
чества
и обработки
металлов
и
сплавов».
Киев,
1960.
23.
л.
о.
М
а
к
а
ров.
Теоретическое
исследование
некоторых
осесииметричных
колебательных
систем,
в
которых
распространяются
упругие
волны
кручения.
От'!ет
АКИН
АН
СССР.
М.,
1960.
24.
Е.
Я
н
1{
и,
Ф.
Э
м
Д
е.
Таблицы
функций.
Физматгиз,
1959.
25.
Erwin
М
а
d
е
J u n g. Die mathematischen
Hilfsmittel
des Physikers. Berlin,
Gбt
tingen, Heidelberg, 1957.
(См.
перевод:
Э.
М
а
Д
е
л
у н
г.
Математический
аппарат
фИЗИRИ.
Физматгиз,
1961).
26.
М.
г.
С
и
р
о
тюк.
П
ревращение
акустичеСRИХ
продольных
Rолебаний
в
сдви
говые
или
Rрутильные.
Аиуст.
ж.,
5,
вып.
2, 254, 1959.
27.
М.
г.
С и
р
о
т
ю
н.
Устройство
для
превращения
акустических
продольных
ко
лебаний
в
сдвиговые
или
Rрутильные.
Авт.
свид
.
.:м
124423,
RЛ.
42
с
приорите
том
от
6
марта
1959
г.
28.
А.
М.
М
и
ц
R
е
в
и
ч.
Простой
ступенчатый
концентратор
для
получения
нру
тильных
RолебаниЙ.
Аиуст.
ж.,
10,
вып.
3, 1964.
29.
В.
Ф.
К
а
з
а
н Ц
е
в,
А.
М.
М
и
ц
R
е
в
и
ч.
ДИСКОJilЫЙ
излучатель
крутильных
колебаний.
Авт.
свид.,
кл.
42S,
от
3
марта
1966
г.
30.
А. А.
Х
ар
R
е
в
и
ч.
Теория
элеКТРОIiRустичеСRИХ
аппаратов. Связьиздат,
1940.
31.
А.
В.
Х
а
р
и
т
о
н
о
в.
Rрутильные
ультраЗВУRовые
концентраторы.
Акуст.
ж.,
7,
вып.
3, 387, 1961.
ЧАСТЬ
VII
ПРИЕМНИКВ
~ЛЬТРАЗВ~КА
R
METO~Ы
их
rрц~ировки
Е.
В.
Романенпо
Часть
VII
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
. . . . . . . . . . . . . .
329
Глава
1.
Ультразвуновые
приемниRИ
. 331
§ 1.
Сверхминиатюрные
и
миниатюрные
ШИРОRополосные
пьезоэлек-
трические
приемники
ультразвука
. . . . . . . . . . . .
..
331
§ 2.
Магнитострикционные
и
пьезоэлектрические
резонансные
прием-
ники
ультразвука
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.,
341
§
3.
Волноводные
щупы
. . .
..
. . . . . . . . . . , . . . .
..
347
§ 4.
ПриеМНИRИ
с
механической
трансформацией
УЛЬ'Iразвукового
давления
. . . . . . . . . . . . . . 349
§
5.
Радиометры.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . " 354
Глава
2.
Градуировка
ультразвуновых
приемников
. . . . . . . . . . . .
..
360
§ 1.
Использование
явления
искажения
формы
волны
Rонечной
ампли-
туды
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • • .
361
§ 2.
Метод,
основанный
на
измерении
радиационного
давления.
367
§ 3.
Абсолютная
градуировка
с
помощью
удаРНQЙ
волны
369
§ 4.
Сброс
статического
давления
. . . .
.,
J • • • 372
§ 5.
ГидростатичеСRИЙ
метод.
. . . . . 374
§ 6.
Метод
топографической
съемки
. . 375
Литература
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
ВВЕДЕНИЕ
Оценка
эффективности
использования
интенсивных
ультразвуковых
ко
лебаний
в
технологических
процессах
невозможна
без
измерения
пара
метров
ультразвукового
поля.
Иногда
для
оценки
эффективности
доста
точно
измерить
только
интенсивность
ультразвуковых
волн.
В
других
случаях
необходимо
измерять
звуковое
давление,
радиационное
давле
ние,
форму
волны
или
какой"'нибудь
другой параметр
поля.
Однако
во
всех
случаях
невозможно
обойтись
без
измерительной
аппаратуры,
гра
дуированной
должным
образом.
Под
названием
измерительная
аппаратура
здесь
понимается
весь
ко)(
плекс
приборов,
позволяющий
представить
тот
или
иной
параметр
поля
либо
в
виде
осциллограммы,
либо
в
виде
численного
значения,
отсчитан
ного
по
шкале
индикатора.
ОСНОВНЫ:М:
элементом
такого
комплекса
при
боров
является
чувствительный
элемент,
непосредственно
реагирующий
на
параметр
поля,
подлежащий
измереншо.
В
зависимости
от
метода
из
мерений
это
может
быть,
например,
световой
луч
(в
оптическом
методе),
объем
жидкости
или
твердого
тела,
нагреваемый
в
результате
поглощения
энергии
ультразвуковых
колебаний
(в
калориметрическом
и
термоэлект
рическом
методах),
пьезоэлектрик
и
магнитострикционный
элемент,
отра
жающая
(поглощающая)
пластинка
или
сфера
(в
радиометрическом
ме
тоде)
и
т.
д.
Можно
назвать
пять
основных
методов
измерения
характеристик
ультразвуковых
полей:
1)
основанный
на
использовании
пьезоэлектри
ческих
и
магнитострикционных
чувствительных
элементов,
2)
оптиче
ский,
3)
калориметрический,
4)
термоэлектрический,
5)
радиометриче
ский.
Характерной
особенностыо
первых
двух
методов
является
то,
что
они
позволяют
измерять
мгновенные
значения
таких
параиетров
ультра
звукового
поля,
как
звуковое
давление,
колебательная
скорость,
амплитуда
смещения.
Иначе
говоря, эти
методы
дают
возможность
регистрировать
форму
ультразвуковой
волны.
Третий,
четвертый
и
пятый
методы
ха
рактерны
тем,
что
с
их
помощью
можно
измерять
лишь
квадратичный
параметр
поля,
I~OTOPblM
является
энергия
волны.
Регистрация
формы
волны
этими
методами
невозможна.
Каждый
из
методов
имеет
свои
положительные
и
отрицательные
свой
ства.
1.
Пьезоэлектрические
и
магнитострикционные
чувствительные
эле
менты
практически
безынерционны,
позволяют
измерять
мгновенные
значения
ультразвукового
давления
как
в
непрерывном,
так
и
в
импульс
ном
режимах
работы,
в
оптически
прозрачных
и
непрозрачных
жидко
стях.
Амплитудная
характеристика
чувствительных
элементов
линейна
вплоть
до
ультразвуковых
давлений,
измеряемых
десятками
.атмосфер.
При
достаточно
малых
размерах
ЭJIементов
их
можно
использовать
для
анализа
формы
волны
и структуры
поля
ультразвуковых
волн.
Основной
недостаток
использования
пьеЗОЭЛeIарпческих
и
магнитострикционных
328
элементов
заключается
в
том,
что
введение
их
в
поле
в
большей
или
мень
шей
степени
искажает
последнее.
Характер
и
степень
искажения
зависят
от
формы
и
размеров
приемников
и
легко
могут
быть
оценены
[44J.
Кро
ме
того,
пр
именение
таких
элементов
для
измерений
в
активных
жидко
стях
и
в
кавитирующем
поле
требует
специальных
мер
защиты
от
разру
шения.
о
2.
Оптический
метод
основан
на
наблюдении
изменений
показателя
преломления
жидкости,
возникающих
вследствие
периодических
изме
нений
плотности
в
ультразвуковой
волне
[7,8J.
Основным
преимуществом
этого
метода
является
то,
что
в
ультразвуковое
поле
не
вводится
посторон
нее
тело,
которое
могло
бы
исказить
поле.
Этот
метод
безынерционен
и
позволяет
в
известной
степени
анализировать
форму
волны.
Однако
оптический
метод
пригоден
для
проведения
измерений
tолько
в
прозрачных
средах
при
непрерывном
режиме
работы
излучателя.
Кро
ме
того,
осуществление
оптического
метода
требует
довольно
сложной
оп
тической
установки,
абсолютная
градуировка
которой
довольно
затруд
нительна.
3.
Калориметрический
метод,
основанный
на
наблюдении
интеграль
ного
эффекта
нагревания
рабочего
объема
жидкости
в
сосуде
Дьюара,
дает
возможность
измерять
интенсивность
ультразвуковых
волн
[1
J.
Однако
калориметры
инерционны
и
не
позволяют
исследовать
форму
поля
и
волн.
Кроме
того,
чувствительность
приемных
устройств,
используемых
в
кало
риметрическом
методе,
является
функцией
частоты
и
амплитуды.
Кало
риметры
еще
в
большей
степени,
чем
пьезоэлектрические
и
магнитострик
ционные
чувствительные
элементы,
искажают
поле.
4.
Термоэлектрический
метод
основан
на
наблюдении
эффекта
нагре
вания
твердой
оболочки
термопары
вследствие
поглощения
в
ней
энер
гии
ультразвуковых
волн
[2
J.
с
его
помощью
можно
измерять
интенсив
ность
ультразвуковых
колебаний,
однако
термопары,
так
же
как
и
кало
риметры,
инерционны
и
чувствительность
их
зависит
от
частоты
и
ампли
туды
волны.
5.
Радиометрический
метод
основан
на
измерении
радиационного
дав
ления
в
поле
ультразвуковых
волн
[3, 4J.
Радиационное
же
давление
од
нозначно
связано
с
интенсивностью
волн.
Этот
метод
прост,
не
требует
сложных
радиотехнических
устройств
и
вполне
надежен.
В
тех
случаях,
когда
требуется
оценить,
например,
кавитационную
эффективность
уль
тразвукового
поля,
он
может
оказаться
незаменимым
[5, 6].
Если
радио
метр
имеет
малые
размеры,
то
с
его
помощью
можно
изучать
форму
поля.
Однако
радиометрический
метод
не
позволяет
исследовать
форму
уль
тразвуковых
волн.
Введение
радиометра
в
поле
в
той
или
иной
мере
иска
жает
это
поле.
Кроме
того,
чувствительность
радиометра
зависит
от
фор
мы
волны.
Из
всех
перечисленных
методов
наиболее
практичными
и
вполне
на
дежными
следует
признать
метод,
основанный
на
применении
пьезоэлект
рических
и
магнитострикционных
чувствительных
элементов,
и
радиомет
рический
метод.
Они,
как
правило,
дают
возможность
решать
весь
круг
задач,
которые
ставит
практика
использования
интенсивных
ультразвуко
вых
колебаний
в
технологических
целях.
В
гл.
1
описаны
конструкции
пьезоэлектрических
и
магнитострик
ционных
приемников
и
радиометров,
разработанные
в
Акустическом
институте
АН
СССР
и
в
большинстве
случаев
нашедшие
пр
именение
в
производственной
и
научно-исследовательской
практике.
В
гл.
2
дано
описание
методов
градуировки
ультраЗВУRОВЫХ
прием
ников
и
излучателей,
применявшихся
в
Институте.
Градуировка
ультразвуковых
преобразователей
представляет
собой
необходимый
и
чрезвычайно
важный
аспект
измерительной
техники.
Од
нако
опыт
показывает,
что
в
ряде
случаев
легче
изготовить
преобразова-
880