Исследование нелинейного акустического излучателя с трехчастотной волной накачки

Медведев, Виталий Юрьевич

Исследование нелинейного акустического излучателя с трехчастотной волной накачки тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.06 ВАК РФ

Медведев, Виталий Юрьевич АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Таганрог МЕСТО ЗАЩИТЫ

2003 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.06 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование нелинейного акустического излучателя с трехчастотной волной накачки»

Автореферат диссертации на тему "Исследование нелинейного акустического излучателя с трехчастотной волной накачки"

На правах рукописи

МЕДВЕДЕВ Виталий Юрьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНОГО АКУСТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ С ТРЕХЧАСТОТНОЙ ВОЛНОЙ НАКАЧКИ

Специальность 01.04.06 - Акустика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Таганрог 2003

Работа выполнена на кафедре электрогидроакустики и медицинской техники Таганрогского государственного радиотехнического университета

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор Тимошенко В.И.

Научный консультант -

кандидат технических наук, доцент Гаврилов A.M.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Рыжов В.П. (Таганрогский государственный радиотехнический университет, г. Таганрог)

кандидат технических наук Тисенбаум Ю.Л. (НИИ "Бриз", г. Таганрог)

Ведущая организация — научное конструкторско-технологическое бюро «Пьезоприбор», г. Ростов-на-Дону

Защита состоится « 4 » декабря 2003 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.259.04 в Таганрогском государственном радиотехническом университете по адресу 347922, г. Таганрог, Ростовская обл., ул. Шевченко 2, ауд. Е-306.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан « 20 » октября 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

К.Т.Н., доцент И.Б. Старченко

2.00 3-А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. К настоящему времени в области исследований нелинейных волновых процессов сформировались самостоятельные научные направления, такие как теория одномерных нелинейных волн, нелинейное взаимодействие случайных волн, нелинейная геометрическая акустика однородных и неоднородных сред, нелинейная теория звуковых пучков и т.д. Среди прикладных направлений следует отметить такие, как теоретические и экспериментальные исследования параметрических излучающих и приемных антенн, разработка методов нелинейной акустической диагностики сред и др.

Несмотря на широкий круг решенных в нелинейной акустике задач, ряд вопросов, имеющих принципиальное значение для физики нелинейных волн, исследован недостаточно. К их числу следует отнести вопросы влияния амплитудных и фазовых соотношений в исходном спектре волн конечной амплитуды на характер нелинейных взаимодействий в квадратично-нелинейных средах без дисперсии. Эти вопросы непосредственно связаны с такими явлениями как запрет генерации вторичных волн, нарушение условий фазового синхронизма взаимодействий, увеличение эффективности генерации волны разностной частоты, уменьшение нелинейного затухания волн конечной амплитуды. Работы по исследованию данного круга проблем весьма малочисленны и касаются только частных случаев.

Задача о влиянии амплитудных и фазовых соотношений на нелинейные процессы в акустических волнах с детерминированным временным спектром подробно исследована (Гаврилов A.M., Савицкий O.A.) только для вырожденного параметрического взаимодействия. Для этого случая характерна сильная зависимость нелинейных процессов от фазовых соотношений в спектре исходных волн, обусловленная кратностью их частот (со и 2со ). Однако случай вырожденного параметрического взаимодействия не раскрывает особенностей нелинейного взаимодействия волн с близкими частотами «у и ®0 ±ní2 , где п= 1, 2,..., N при щ»/2 .

В ряде работ рассмотрено нелинейное взаимодействие многочастотных волн в целях повышения эффективности генерации волн разностной частоты. Однако, несмотря на очевидную необходимость учета амплитудных и фазовых соотношений в спектре исходной многочастотной волны, этим вопросам не было уделено внимания.

Впервые влияние фазовых соотношений на нелинейное взаимодействие многочастотных узкополосных акустических волн отмечено и рассмотрено в работах Гаврилова A.M. на примере распространения трехчастотной волны конечной амплитуды с симметричным амплитудным и частотным спектром ®о, coq+í2 при щ » Q . Была показана принципиальная возможность управления процессом генерации волj ( & )• При

БИБЛИОТЕКА { СИ

о»

Ы1NVI I

этом процесс образования волны разностной частоты предложено рассматривать как результат одновременно происходящих нескольких парных взаимодействий различных спектральных компонент трехчастотной волны накачки. Это допущение стало исходным при построении модели и разработке методики изучения закономерностей нелинейного распространения многочастотных волн с произвольными амплитудно-фазовыми соотношениями в спектре.

В общем виде задача о нелинейном распространении трехчастотной волны накачки с произвольными амплитудно-фазовыми соотношениями и симметричным частотным спектром ранее не рассматривалась. Отсутствует модель нелинейного акустического излучателя с трехчастотной накачкой, описывающая зависимость процесса генерации вторичных волн от амплитудных и фазовых соотношений в спектре. В частности, не рассматривалась фазовая зависимость амплитуд компонент исходного и вторичного спектра волны накачки, не отражено влияние дифракции и диссипации в звуковых пучках на трансформацию в пространстве фазовых и амплитудных соотношений в спектре накачки. Не рассмотрено влияние частотных характеристик электроакустического тракта на амплитудно-фазовые соотношения в накачке.

Недостаточная разработанность теории работы нелинейного акустического излучателя с произвольными амплитудно-фазовыми соотношениями в спектре многочастотной накачки ограничивает его практическое использование. Знание зависимости нелинейных волновых процессов от амплитудных и фазовых соотношений в спектре исходных волн открывает новые подходы к решению многих прикладных задач линейной и нелинейной акустики, в том числе связанных с уменьшением нелинейного затухания волн конечной амплитуды, диагностикой неоднородностей акустически прозрачных сред, измерением частотных характеристик излучающих и приемных преобразователей, контролем состояния границ раздела сред.

Настоящая работа является продолжением исследований зависимости эффективности нелинейных волновых процессов от амплитудно-фазовых соотношений в спектре волны накачки и отличается от предыдущих работ целью, задачами, методами их решения и полученными результатами.

Целью диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное исследование нелинейного акустического излучателя с трехчастотной волной накачки, позволяющее выявить закономерности влияния амплитудно-фазовых соотношений в первичной волне на процессы генерации вторичных волн.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи.

1. Разработка аналитической модели нелинейного акустического излучателя с произвольными амплитудно-фазовыми соотношениями в спектре трехчастотной накачки.

2. Теоретические и экспериментальные исследования зависимости ам-

плитуд вторичных волн от амплитудных и фазовых соотношений в спектре трехчастотной накачки.

3. Исследование влияния электроакустического тракта на амплитудно-фазовые соотношения в спектре накачки и разработка принципов измерения амплитудно-частотных характеристик преобразователя накачки и звукоприемника на основе эффектов нелинейного взаимодействия акустических волн.

4. Исследование зависимости пространственных распределений амплитуд первичных и вторичных волн от амплитудных и фазовых соотношений в спектре трехчастотной накачки.

5. Исследование влияния дифракционных, диссипативных и нелинейных процессов в среде распространения волны накачки на амплитудно-фазовые соотношения в ее спектре и разработка принципов обнаружения акустических неоднородностей.

6. Разработка и использование автоматизированной измерительной установки при проведении экспериментальных исследований.

Научная новизна работы.

1. Показано, что необходимым условием проявления зависимости амплитуд вторичных волн от фазовых соотношений в спектре накачки является присутствие в среде нескольких вторичных компонент с равными частотами.

2. Получены аналитические выражения, описывающие зависимость амплитуд двухкомпонентных вторичных волн от амплитудно-фазовых соотношений в спектре трехчастотной накачки; определены условия, обеспечивающие максимальную и минимальную эффективность их генерации.

3. Экспериментально показана возможность уменьшения нелинейного поглощения трехчастотной волны накачки посредством изменения амплитудно-фазовых соотношений в ее спектре.

4. Показан механизм влияния частотозависимых нелинейных, дифракционных и диссипативных процессов на формирование пространственного распределения вторичных волн.

Практическая значимость полученных в работе результатов.

1. Предложен и апробирован метод уменьшения нелинейного затухания волны конечной амплитуды путем подбора амплитудно-фазовых соотношений в ее спектре, позволяющий увеличить дальность действия как линейных, так и нелинейных акустических излучателей.

2. Предложены и апробированы методы обнаружения акустических неоднородностей, слабо отличающихся по акустическим свойствам от окружающей среды, а также, объектов, находящихся вблизи границ раздела сред.

3. Разработаны и экспериментально подтверждены принципы измерений амплитудно-частотных характеристик излучающих и приемных электроакустических преобразователей, обеспечившие незакиг.импсть результатов измерений от частотных характеристик вспомогательных преобразователей.

4. Разработана и реализована автоматизированная измерительная установка, обеспечившая высокую производительность, точность и достоверность экспериментальных результатов, которая используется в научных исследованиях и учебном процессе.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Аналитическая модель нелинейного акустического излучателя с произвольными амплитудно-фазовыми соотношениями в спектре трехчастот-ной накачки, в которой процесс образования вторичных волн представлен как результат нескольких одновременно происходящих парных взаимодействий различных спектральных компонент исходной волны.

2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований зависимости амплитуд волн разностной и суммарной частот от амплитудно-фазовых соотношений в спектре трехчастотной накачки.

3. Результаты экспериментальных исследований влияния амплитудно-фазовых соотношений в спектре трехчастотной накачки на ее нелинейное затухание и пространственные распределения амплитуд вторичных волн.

4. Принципы измерения амплитудно-частотных характеристик излучающих и приемных преобразователей, использующие зависимость амплитуд волн разностной и суммарной частот от амплитудных соотношений в спектре волны накачки.

5. Использование зависимости амплитуд волн разностной и суммарной частот от амплитудно-фазовых соотношений в спектре трехчастотной накачки для обнаружения акустических неоднородностей слабо отличных по акустическим свойствам от окружающей среды и объектов, расположенных вблизи отражающих границ.

6. Повышение производительности, точности и достоверности экспериментальных исследований путем автоматизации измерений.

Реализация результатов работы. Полученные в ходе выполнения диссертационной работы результаты нашли практическое применение в научно-исследовательских работах предприятий НИПИ «Океангеофизика», НПП «Виброприбор-сервис», используются в научных исследованиях и учебном процессе при подготовке студентов в Таганрогском государственном радиотехническом университете и позволяют сделать вывод об эффективности практического использования полученных результатов.

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждались на следующих конференциях:

- 2-я Всероссийская научная конференция с международным участием «Экология 2002 - море и человек», Таганрог, сентябрь 2002 г.;

- 2-я Всероссийская научная конференция молодых ученых и аспирантов «Новые информационные технологии. Разработка и аспекты применения», Таганрог, ноябрь 1999 г.;

- 45-я, 46-я, 48-я научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников ТРТУ, Таганрог: апрель 2000г., апрель 2001г., апрель 2003 г.;

- 6-я международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электроника и энергетика». Москва, март 2000 г.;

- 5-я Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления». Таганрог, октябрь 2002 г.;

- Всероссийская научно-техническая конференция «Медицинские информационные системы - МИС - 2002», Таганрог, сентябрь 2002 г.;

- 13-я сессия Российского акустического общества, Москва, август 2003 г;

- Всероссийская выставка «Иннов-2003», Новочеркасск, 4-7 мая 2003 г;

- областная выставка «Научно-техническое творчество молодежи Дона», Ростов, 17 сентября 2003 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 научных работ, из них 11 статей и тезисы к докладам на научно-технических конференциях различного уровня. По результатам диссертационной работы получен 1 патент на изобретение, 1 положительное решение о выдаче изобретения, диплом за лучший доклад на 13-ой сессии РАО, диплом 2-й степени на Всероссийской выставке «Иннов-2003».

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения. Содержание диссертации изложено на 180 страницах и включает 78 рисунков и 92 наименования отечественной и зарубежной литературы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, указаны цель и основные задачи, которые необходимо решить для достижения поставленной цели, показаны научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы научные положения, выносимые на защиту, приведено краткое содержание диссертационной работы.

В первой главе сделан обзор публикаций, посвященных исследованию процессов нелинейного распространения акустических волн с учетом амплитудных и фазовых соотношений в их спектре. На основе анализа рассмотренных работ определены направления, исследование которых необходимо для получения более полной картины протекания нелинейных волновых процессов в квадратично-нелинейных средах без дисперсии.

В ряде ранее опубликованных работ прослеживается интерес к иссле-ппияниш зависимости, нелинейных волновых дроцассов о» •тппиту.щпи м-фазовых соотношений в исходном спектре как для случайных волн, так и для

волн с детерминированным временным спектром. Отмечено, что общий подход к исследованию статистических нелинейных волновых процессов, равно как и результаты, принципиально отличаются от случая нелинейного взаимодействия акустических волн с детерминированным спектром.

Наиболее подробно роль амплитудных и фазовых соотношений в детерминированных нелинейных волновых процессах рассмотрена для вырожденного параметрического взаимодействия. Проведенные исследования позволили обнаружить явления нелинейной дисперсии и нелинейной рефракции, которые, как считалось ранее, не свойственны для квадратично-нелинейных сред. Показано также, что изменением амплитудно-фазовых соотношений в первичном спектре можно формировать акустические поля с различными пространственно-временными спектрами, активно управлять процессами дифракции и рефракции звуковых лучей, осуществлять активное звукогашение и уменьшать нелинейное затухание акустических волн. Выявленные закономерности вырожденного параметрического взаимодействия обусловлены особыми частотными соотношениями в исходном спектре ( а и 2а>) и поэтому не могут быть распространены на случай узкополосных волн. В первом случае первичные и вторичные волны совпадают по частоте, что приводит к обратному влиянию вторичных волн на первичные. Для узкополосных акустических волн подобная связь отсутствует, что изменяет сам механизм влияния на процесс и результаты нелинейного взаимодействия со стороны амплитудных и фазовых соотношений в спектре накачки.

Известны исследования процесса распространения узкополосных акустических волн с многочастотным линейчатым спектром, целью которых являлось повышение эффективности генерации волн разностной частоты. Показано, что низкочастотный вторичный спектр, генерируемый такими волнами, определяется квадратом огибающей узкополосной волны накачки. Несмотря на очевидную необходимость, исследования проводились без рассмотрения произвольных амплитудных и фазовых соотношений в спектре накачки.

Влияние фазовых соотношений на нелинейные процессы в узкополосных акустических волнах ранее было рассмотрено на примере распространения трехчастотной волны с симметричным амплитудным спектром, компоненты которого связаны частотными соотношениями coq и щ ±л (щ» Î2). При распространении такой волны в квадратично-нелинейной среде образуется пара волн разностной частоты ( /2 и 2Î2), одна из которых ( П ) зависит от фазовых соотношений в спектре волны накачки. Приведенные результаты показали возможность управления ее амплитудой изменением фазового спектра накачки. Однако исследования фазовой зависимости эффективности нелинейных процессов проведены только для волн разностной частоты и при симметричном амплитудном спектре. Поскольку основная доля энергии волны накачки перераспределяется в высокочастотные компоненты вторичного

спектра, актуальным является вопрос о влиянии амплитудно-фазовых соотношений на процессы их генерации.

Общим выводом обзорной части является необходимость исследования закономерностей нелинейного распространения в квадратично-нелинейных средах узкополосной трехчастотной волны накачки с произвольными амплитудно-фазовыми соотношениями в ее исходном спектре.

Во второй главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований нелинейного акустического излучателя с произвольными амплитудно-фазовыми соотношениями в спектре трехчастотной волны накачки. Разработана аналитическая модель нелинейного акустического излучателя, учитывающая амплитудно-фазовую зависимость процесса генерации вторичных волн. Определены вторичные волны, амплитуды которых в значительной степени зависят от амплитудно-фазовых соотношений в спектре накачки. Найдены условия, обеспечивающие максимальную и минимальную эффективность их генерации.

Исходным условием задачи является наличие на входе нелинейной среды трехчастотной волны накачки:

р( I) = ро соз( со01 + щ) + рн соб( а>н1 + <Рн) + РВ СО!:( а>в1 + <Рв)> (1)

где рн , рв, ро и фН, фВ , <ро - амплитуды и начальные фазы соответственно нижней, верхней и центральной спектральных компонент, < = (/'- г/со) -время в сопровождающей системе координат; /' и х - текущее время и координата распространения волны накачки.

В процессе распространения в квадратично-нелинейной среде спектр волны накачки (1) с компонентами на частотах щ, а>ц и

тв=щ +О (щ » П) обогащается вторичными высокочастотными и низкочастотными компонентами (рис.1): Р^н - волна разностной частоты О, образованная при взаимодействии рц и рд компонент; Р^в - волна разностной частоты £2, образованная при взаимодействии р0 и рв компонент; рп = Рпн + Ров - результирующая волна разностной частоты £2 (1-я ВРЧ); Р^а - волна разностной частоты 2/2 (2-я ВРЧ); Р^ - волна удвоенной частоты 2®о (вторая гармоника компоненты р0); Р^в - волна суммарной частоты а и +о)В =2®о, образованная при взаимодействии рн и рв компонент; Рсо = Рю + Рнв " результирующая волн суммарной и удвоенной частот (в дальнейшем ВСЧ); /^я - волна удвоенной частоты (вторая гармоника компоненты рц ); Р2В - волна удвоенной частоты 2тв (вторая гармоника компоненты рв): Рсц- волна суммарной частоты (тц+юг,), образованная

при взаимодействии рн и ро компонент; Рев - волна суммарной частоты (а>0 +тв ), образованная при взаимодействии ро и компонент.

Процессы генерации и распространения вторичных волн, образованных каждой парой компонент первичного спектра в режиме заданной накачки подробно рассмотрены в литературе, в частности, в рамках решения уравнения Хохлова-Заболотской-Кузнецова (ХЗК), см. Новиков Б.К., Руденко О.В., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика. Интерес представляет случай, когда в среде генерируется п вторичных волн, имеющих одинаковую частоту. В этом случае образуется п-компонентная вторичная волна, амплитуда которой определяется суммой амплитуд п волн одинаковой частоты с учетом их фаз. Очевидно, что при распространении трехчастотной волны накачки в среде генерируется пара двухкомпонентных вторичных волн - 1-я ВРЧ ( Ра = Ран + рав ) и ВСЧ (Рсо = р20 + ). Особенность определения их амплитуд состоит в необходимости учета амплитудно-фазовых соотношений в спектре волны накачки.

Спектральный состав вторичного поля трехчастотной волны накачки

Волны

разностной частоты

■ ов- -

П 2 О

Волна накачки Ро

Рн

Волны суммарной частоты и вторые гармоники накачки

со

-г р

~ гсв

-35-3 К-У-

П П | П

2(о„ <он+а>0 2ю0 (Од+(Ов 2<ов

Рис.1.

В основу физической модели процесса генерации 1-й ВРЧ и ВСЧ положено допущение об одновременном присутствии в каждой точке области взаимодействия двух мнимых источников с одинаковыми частотами, возникающих при взаимодействии различных спектральных компонент трехчастотной волны накачки. Результирующая амплитуда этих волн зависит не только от эффективности излучения мнимых источников, но и от разности фаз между ними. Аналитически этот процесс удалось описать следующими выражениями:

^ 2

Рп ^Ф}^ +к2вф}ш + 2кнквФпнФ^со^2р + Л<ра) \ (2)

2 рс0

'20.

2 р-4 у

1 + 4кгнк\ + 4кнкв ^со5{2Р + Аерсо) , (3)

где - кц = рн /р0 и кв = рв/ро - параметры, характеризующие амплитудные соотношения в спектре волны накачки; , Ф^д, Ф2о > фнв ~ пространственные множители, описываемые решением уравнения ХЗК; Дфп, Дфсо ~ разность дифракционных фазовых набегов компонент, образующих 1-ю ВРЧ и ВСЧ соответственно; е - нелинейный параметр; р - плотность среды; с0 и а - скорость и коэффициент поглощения звука в среде; Р = {<рн + <рв)/2-<Ро -фазовый инвариант, характеризующий фазовые соотношения в спектре волны накачки и не зависящий от координаты и текущего времени.

Для заданной координаты выражения (2) и (3) описывают амплитудно-фазовые характеристики (АФХ) 1-й ВРЧ и ВСЧ, связывающие их амплитуды с амплитудно-фазовыми соотношениями в спектре накачки. Анализ АФХ показал, что эффективность генерации двухкомпонентных вторичных волн может меняться в широких пределах в зависимости параметров кн, к в и р.

При р = пж (« = 0, 1, 2,...) генерация обеих двухкомпонентных вторичных волн идет с наибольшей эффективностью, поскольку обе компоненты (рпн и рпв Д™ 1" ВРЧ, Р2о и Рнв для ВСЧ) синфазны. Результирующие амплитуды этих волн равны сумме амплитуд образующих их компонент. В зависимости от величины кц и кв изменяется соотношение вкладов, вносимых каждой из компонент в амплитуду 1-й ВРЧ и ВСЧ.

При р = я12 + пя (п = 0, 1, 2,...) компоненты, образующие 1-ю ВРЧ и ВСЧ, оказываются противофазными, что делает процесс генерации этих волн неэффективным, поскольку результирующая амплитуда равна разности амплитуд компонент. Подбором величин кн и кв, определяющих амплитудные соотношения в спектре накачки, можно обеспечить равенство амплитуд компонент ( Рдн = РдВ, Р20 = Рнв), что приведет к их полной компенсации -режим фазового запрета. В этом случае 1-я ВРЧ и ВСЧ в среде не образуются, не смотря на наличие необходимых для этого условий — присутствие в среде порождающих их первичных волн р0(щ), рн(щ-0) и рв(а>о +. Запрет на генерацию 1-й ВРЧ наступает при условии к^=кв, а для ВСЧ - при кцкд =1/2 . Совмещение этих условий позволяет исключить нелинейную генерацию обеих этих волн (кц = кв = ), рис.2.

При 0 < /3 <к/2 компоненты 1-й ВРЧ и ВСЧ имеют между собой сдвиг фаз, зависящий от величины р. Результирующие амплитуды определяются амплитудами соответствующих компонент и разностью фаз между ними.

Предложенная модель процесса генерации 1-й ВРЧ и ВСЧ трехчастот-ной волной накачки дает хорошее согласие теоретических и экспериментальных результатов. Проведенные исследования объясняют механизм влияния амплитудно-фазовых соотношений в спектре волны накачки на генерацию двухкомпонентных вторичных волн и позволяют объяснить особенности взаимодействия акустических волн с более сложным спектральным составом, например узкополосной волны с пятью частотами ®о, щ+О и <yg ± Ш .

Амплитудно-фазовые характеристики

а) 1-я ВРЧ б) ВСЧ

Эксперимент - точки; расчет - линия; ао/2я= 1400 кГц; кн=кд = № z = 85 см.

Рис. 2.

Установив механизм влияния амплитудно-фазовых соотношений в спектре накачки на процесс генерации двухкомпонентных вторичных волн, важно оценить происходящие при этом изменения в процессах оттока энергии накачки в другие вторичные волны. Подобная задача представляет практический интерес, поскольку запрет генерации двухкомпонентных вторичных волн при условии сохранения баланса мощностей, позволяет предсказать рост эффективности генерации однокомпонентных вторичных волн за счет уменьшения нелинейного затухания волны накачки.

Для исследований этого вопроса необходимо рассмотреть влияние амплитудно-фазовых соотношений в спектре трехчастотной накачки на пространственные распределения амплитуд первичных и однокомпонентных вторичных волн. Для этого необходимы высокие точность, разрешающая способность и производительность измерений, что потребовало разработки специализированной экспериментальной установки.

В третьей главе описан принцип работы и основные функциональные возможности экспериментальной установки, реализующей автоматизированные электрические и акустические измерения, в том числе и пространственные распределения акустических полей.

Одним из критериев, определяющих достоверность экспериментальных результатов, является выполнение единства условий их получения. При проведении акустических измерений приходится учитывать значения параметров среды и измерительной аппаратуры, которые могут изменяться во времени. Автоматизация экспериментальных исследований позволила значительно сократить временные затраты на проведение измерений (время измерения одной точки 3 сек.), резко увеличить массив измеряемых данных и уменьшить шаг сканирования для всех характеристик. Программно-управляемый алгоритм многократных измерений каждой точки позволил минимизировать случайную погрешность. Благодаря реализации относительных измерений систематическая погрешность амплитудных и фазовых измерений составила менее 1%. Динамический диапазон измерений по амплитуде составляет не менее 40 дБ. Частотный диапазон усилителя мощности лежит в пределах от 500 до 3000 кГц.

Использование экспериментальной установки обеспечило: измерение пространственных характеристик акустических полей (продольных, поперечных и угловых); измерение амплитудно-частотных, амплитудно-фазовых и амплитудных характеристик акустических полей; формирование трехчастот-ного сигнала накачки с управляемым амплитудно-фазовым спектром; высокую разрешающую способность координатных устройств с электронным отсчетом координат; автоматизированный процесс измерений амплитуд, разности фаз и частоты; программно-управляемый алгоритм измерений и самокалибровку измерительного тракта; обработку результатов измерений в стандартных математических прикладных программах (МаЛСаё, МаЛЬаЬ).

Благодаря автоматизации измерений и вычислений разработанная установка устранила влияние субъективного фактора, обеспечив высокую производительность и достоверность результатов измерений.

В четвертой главе выполнен анализ влияния передаточной характеристики излучающего преобразователя на спектр волны накачки. Для этого разработаны принципы измерения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) излучающего и приемного преобразователей на основе нелинейного взаимодействия акустических волн. Выполнен анализ влияния нелинейных, дифракционных и диссипативных процессов на результаты измерений. Проведен анализ погрешностей. Разработаны и реализованы на практике установки для измерения АЧХ излучающего и приемного преобразователей.

Амплитудно-фазовые соотношения в спектре трехчастотной волны накачки, и как следствие, амплитуды и фазы вторичных волн, могут существенно меняться при изменении частот накачки из-за влияния частотной зависимости передаточной характеристики излучающего преобразователя. В таких условиях сложно обеспечить излучение акустической волны с заданным спектром, что является ключевым вопросом в рамках проводимых исследова-

ний. Возникла необходимость определения реальной передаточной характеристики преобразователя накачки. Для ее измерения предложено использовать связь амплитуд первичных, а через них и вторичных волн, с АЧХ преобразователя. Чтобы исключить влияние фазо-частотной характеристики (ФЧХ) преобразователя использованы вторичные волны, амплитуда которых не зависит от ФЧХ, например, 2-я ВРЧ, генерируемая трехчастотной волной накачки. Ее амплитуда в процессе перестройки центральной частоты накачки (при условии 2/3 = const) изменяется, повторяя изменения АЧХ излучающего преобразователя, рис. 3. Преимущество такого подхода перед известными методами состоит в отсутствии зависимости получаемых результатов от АЧХ используемого звукоприемника и приемного электрического тракта.

Погрешность метода зависит от величины обобщенной расстройки Е, , определяемой отношением ширины спектра волны накачки к полосе пропускания преобразователя: £ = > где Q и о)р -

добротность и резонансная частота излучателя; Oj * частота 2-й ВРЧ. В проведенных экспериментах использовался преобразователь с параметрами «9 и fp = 1400 кГц, частота 2-й ВРЧ П.1 /2 it = 60 кГц, максимальная погрешность составила 6.8%. Увеличение точности можно обеспечить уменьшением частоты 2-й ВРЧ: при Oil2л = 15 кГц погрешность метода менее 1%.

Проводимые в рамках диссертационной работы экспериментальные исследования включают измерения в широком диапазоне разностных частот, для чего требуется знание АЧХ приемного преобразователя.

В данной работе предложен метод измерения АЧХ звукоприемников в низкочастотной области, основанный на одновременной регистрации амплитуд волн разностной и суммарной частот при излучении бигармонической волны накачки с фиксированной центральной частотой щ = const (рис. 4). При изменении частоты ВРЧ суммарная частота остается неизменной {соц +соц = 2<ио ), а изменение амплитуды ВСЧ повторяет изменения амплитуды ВРЧ, обусловленные АЧХ излучателя. Отношение амплитуд этих волн на выход» звукоприемника определяет е» АЧХ не- разностных частотах if не зависит от АЧХ излучателя. Среди преимуществ данного подхода перед из-

Рис.З.

вестными следует отметить отсутствие влияния АЧХ излучающего преобразователя на результаты измерений.

Погрешность измерений в этом случае возникает из-за различий пространственных распределений волн суммарной и разностной частот. В данной работе для учета этих распределений использовались известные решения уравнения ХЗК для случая нелинейного акустического излучателя с двухчас-тотной волной накачки. На рис. 5 приведены АЧХ используемого в экспериментах цилиндрического звукоприемника (3x3 мм2) с учетом (кривая 1) и без учета (кривая 2) пространственных множителей. Изрезанный характер АЧХ звукоприемника в исследуемой полосе частот объясняется радиальными ре-зонансами пьезоэлемента, резонансами конструкции акустического узла приемника и АЧХ электрического приемного тракта.

Схема измерения АЧХ приемника

<2>0 9 сопи

АЧХ приемника

О 50 100 150 200 250 300 350 400 Г. кГц

Рис. 5.

Предложенные принципы измерений АЧХ излучающих и приемных преобразователей продолжают развитие одного из перспективных направлений практического использования нелинейных волновых процессов - акустических измерений.

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований зависимости пространственных распределений амплитуд первичных и вторичных волн от амплитудно-фазовых соотношений в спектре накачки. Разработаны принципы обнаружения акустических неоднородностей в звуко-прозрачных средах, использующие механизм нарушения условий фазового запрета 1-й ВРЧ и ВСЧ. Экспериментально подтверждена возможность использования режима фазового запрета нелинейного акустического излучателя с трехчастотной волной накачки для создания средств обнаружения акустических неоднородностей.

Пространственные распределения амплитуд и фаз вторичных волн в значительной степени определяются дифракцией и затуханием компонент

волны накачки. Поэтому вторичные волны, имеющие одинаковые частоты, но образованные при нелинейном взаимодействии разных частотных компонент накачки, имеют различные пространственные распределения амплитуд и фаз. Эти отличия приводят к частичному нарушению условий фазового запрета генерации 1-й ВРЧ и ВСЧ.

На рис. 6 показаны экспериментальные осевые распределения амплитуд и разности фаз для двух компонент 1-й ВРЧ (рис.б-а, -в) и ВСЧ (рис.6-б, -г). Различие распределений амплитуд и фаз наблюдается в пределах нескольких длин зон дифракции волны накачки (= 85 мм). При переходе в режим

фазового запрета (кн =кв = и Р = л¡2) вблизи излучателя образуется незначительное по амплитуде поле с максимумом на расстояниях ъ ~ .

Осевые распределения компонент 1-й ВРЧ и ВСЧ

О 100 200 300 400 500 Z.MM 0 100 200 300 400 500 600 700 Z.MM

а) Амплитуда компонент 1-й ВРЧ: б) Амплитуда компонент ВСЧ:

точки - Рпв , линия - Рпи ; 1-4 - Рнв; пунктир - Р2о;

1- 50 кГц, 2- 80 кГц, 3-100 кГц, 1 и 1' - 100 кГц, 2 и 2' - 60 кГц,

2- 4-120 кГц, 5-150 кГц 3 и 3' - 40 кГц, 4 и 4' - 30 кГц.

в) Разность фаз между компонентами 1-й г) Разность фаз между компонентами ВРЧ- 1 - 80 кГц. 2- ! 00 кГц. 3- 150 кГц ВСЧ" 1 - 100 кГц. 2- 60 кГц. 3-40 кГц

Рис.6.

Максимальная амплитуда этого поля для ВСЧ (рис.6-б, кривые Г-41) составила 9% и для 1 -й ВРЧ - 5% относительно амплитуд соответствующих волн при отсутствии запрета ( р = 0 ). В дальней зоне, где дифракция волн накачки закончилась, осевые распределения амплитуд и фаз двух компонент 1-й ВРЧ и ВСЧ совпадают, что приводит к их полному подавлению.

Аналогичная картина наблюдается в режиме фазового запрета и в по> перечном распределении амплитуд 1-й ВРЧ и ВСЧ. На периферии пучка образуется незначительное остаточное поле (единицы процентов) с максимумом , на расстояниях г ~2а из-за различия характеристик направленности волн накачки с частотами coq и coq ± П. Все это указывает на возможность практически полного подавления генерации двухкомпонентных волн вторичных волн в пучке.

Экспериментально исследовались степень и характер влияния амплитудно-фазовых соотношений в исходной волне на процессы нелинейного затухания накачки и генерации однокомпонентных вторичных волн. Сравнивались два случая, когда в среду поочередно излучались две трехчастотные волны с одинаковым амплитудным спектром. В первом случае (kff = kg = \/ Jl, р = л/2 ) все возможные каналы оттока энергии во вторичные волны перекрыты, а во втором - наоборот, все вторичные волны генерируются максимально эффективно (кц =kg = l/V2, р = 0 ).

На рис.7-а приведены нормированные экспериментальные осевые распределения амплитуды центральной компоненты накачки (щ), из которых следует, что с увеличением амплитуды излучаемой волны нелинейное затухание накачки растет. При квадратуре фазового спектра (р = х/2) эти потери всегда заметно меньше. Это указывает на то, что влияние амплитудно-фазовых соотношений распространяется не только на вторичные волны, но также и на волну накачки.

Аналогичные закономерности получены для 2-й ВРЧ, боковых компонент исходного спектра, их вторых гармоник и волн комбинационных частот.

В табл. 1 приведены амплитуды первичных и вторичных волн (в децибелах), измеренные на расстоянии z = 8/^ = 68 см при различных фазовых

Осевые распределения амплитуды

Линия - Р=л/2\ точки - Р=0 1 - Umn=25 В; 2 - 50 В; 3 - 75В Рис.7.

соотношениях в спектре трехчастотной волны накачки, т.е. для квадратурной КМ (£// = кв =\j4l, Р = л)2) и амплитудной модуляции (AM) l/>/2, = 0), в сравнении с двухчастотной (БМ) накачкой (kf{ =кв = °°), в спектре которой отсутствует волна частотой юд > т-е- РО = 0 • Измерения проводились в воде с плоским излучателем диаметром 2а = 18 мм на частотах coJ2k= 1400 кГц и Г2!2к= 80 кГц в импульсном режиме (скважность 50). Амплитуды напряжений боковых компонент сигнала накачки на излучателе оставались неизменными U^ =V в = 75 В.

Таблица 1.

Сравнение давлений первичных и вторичных волн__

РН Р0 Рв ha Рсн Рев PlH PlB

рБМ/рКМ дб 0,68 - 0,92 1 - - 0 1,27

рКМ/рАМ дб 0,77 0,88 1,28 1,94 4 5,5 12 24

Согласно табл.1, все компоненты первичного и вторичного спектров чувствительны к фазовым соотношениям в накачке. Причем количество первичных компонент и фазовые соотношения между ними предопределяют интенсивность перекачки энергии во вторичные волны. Таким образом, режим фазового запрета, прекращая генерацию 1-й ВРЧ и ВСЧ, ослабляет процессы нелинейного затухания волны накачки, создавая этим условия для более эффективной генерации однокомпонентных вторичных волн.

Чувствительность компонент первичного и вторичного спектра к амплитудно-фазовым соотношениям в трехчастотной накачке может быть использована в средствах технической диагностики акустических сред. Наибольшей чувствительностью обладают двухкомпонентные вторичные волны, «подавление» которых в режиме фазового запрета можно рассматривать как установление своеобразного состояния неустойчивого равновесия. Нарушить это равновесие может любое, даже незначительное изменение амплитудных или фазовых соотношений в спектре накачки, что сразу же приводит к началу генерации 1-й ВРЧ и ВСЧ. Например, появление в области нелинейного взаимодействия любых неоднородностей, вызывающих изменение амплитудно-фазовых соотношений в спектре накачки, провоцирует генерацию 1-й ВРЧ и ВСЧ. Нарушение условий фазового запрета может произойти по различным причинам: рассеяние и дифракция волны накачки на акустических неодно-родностях; различие фазовых набегов для разных компонент накачки при прохождении через участок среды со скоростью, отличной от скорости звука в окружающей среде (слой) и др.

Чувствительность 1-й ВРЧ и ВСЧ к нарушению условий фазового запрета предложено использовать в устройствах, реагирующих на присутствие

неоднородностей, в том числе и слабо отличающиеся по акустическим свойствам от окружающей среды. Здесь могут быть реализованы две схемы про-звучивания: теневой (рис. 8-а) и зеркально-теневой способы (рис. 8-6). Независимо от выбранной схемы признаком наличия неоднородности является появление 1-й ВРЧ и ВСЧ в точке расположения звукоприемника.

Схемы прозвучивания среды при обнаружении неоднородностей

Преобразователь / накачки

Неоднородность Волновой фронт Гидрофон \

Акустически мягкая или жесткая граница

НеоднородностьN4

Преобразователь'идрофон / накачки

а) Теневой способ

Рис. 8.

Запрет генерации ВРЧ и ВСЧ

Генерация 1-й ВРЧ и ВСЧ

б) Зеркально-теневой способ

Первый вариант метода обнаружения неоднородностей состоит в регистрации 1-й ВРЧ и (или) ВСЧ в области, где их амплитуды в режиме фазового запрета малы или равны нулю. Семейства экспериментальных осевых распределений 1-й ВРЧ (рис.9-а) и ВСЧ (рис.9-6) показывают диапазон изменения их амплитуд за неоднородностью в виде пластины, нормально ориентированной к акустической оси излучателя, рис.8-а. В эксперименте использовалась пластина из огрстекла 500x500x8 мм3. Частота 1-й ВРЧ О¡2л = 80 кГц. Стрелками на рис. 9 показаны уровни шумов приемного тракта установки (иш ) при измерениях 1-й ВРЧ и ВСЧ.

Независимо от местоположения пластины (0.5/^, ¡¿, 23¡¿¡, 5 сразу за нею происходит накопительный рост амплитуды этих волн. На достаточно большом расстоянии от преобразователя накачки (г > 10/^) их амплитуды существенно превышают уровень шумов и легко регистрируется. Данный подход может быть использован в гидроакустических просветных системах контроля морских акваторий, диагностике газовых пузырьков, теневом методе дефектоскопии.

Второй вариант (зеркально-теневой способ) открывает возможность обнаружения неоднородностей, расположенных вблизи отражающей поверхности. Решить эту задачу традиционными методами локации практически невозможно из-за маскировки слабого полезного эхо-сигнала от объекта мощным эхо-сигналом от поверхности.

Осевые распределения амплитуд 1-й ВРЧ и ВСЧ при внесении неоднородности в область взаимодействия накачки

Га/Га™

Гсо/Гсо,

1 о

О I

001

О 100 200 300 400 500 600 700 800 г. мм

О 100 200 300 400 500 600 700 800 2, мм

а) 1-я ВРЧ

б) ВСЧ

Рис. 9. Динамика амплитуд при отсутствии (жирная линия ) и наличии пластины (1 - г = 0.51с/;2- г = « 85 мм;3 - 2 = 2/</; 4 - г = 3/</; 5 - г = 5/^).

При отражении от акустически мягких или акустически жестких плоских границ изменений амплитудно-фазовых соотношений в спектре накачки не происходит. Поэтому в режиме фазового запрета эхо-сигналы 1-й ВРЧ и ВСЧ от плоских границ раздела отсутствуют. При появлении неоднородности на пути распространения волны накачки из-за процессов рассеяния и дифракции происходит нарушение условий фазового запрета. Независимо от места расположения (на границе раздела или в непосредственной близости от нее) сразу за неоднородностью начинается генерация 1-й ВРЧ и ВСЧ.

Экспериментальная проверка этого метода на примере 1-й ВРЧ подтвердила возможность обнаружения неоднородности в виде полупогруженной металлической сферы, расположенной на границе вода-воздух. Получено, что при прочих равных условиях в режиме фазового запрета обеспечивается больший диапазон изменения ее амплитуды (в 4 - 10 раз), чем при традиционном зеркально-теневом методе. Данный вариант может быть использован в гидроакустике при поиске объектов, лежащих на дне или обнаружении плавающих объектов с подводных носителей и в дефектоскопии для контроля поверхностных и подповерхностных дефектов.

В заключении сформулированы основные результаты выполненных исследований и выводы по работе.

В приложении приведены акты внедрения результатов работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основные теоретические и практические результаты, полученные в диссертационной работе, состоят в следующем:

1. Предложена и разработана аналитическая модель нелинейного акустического излучателя, учитывающая влияние амплитудно-фазовых соотношений в спектре трехчастотной волны накачки на эффективность генерации двухком-понентных вторичных волн - 1-ю ВРЧ и ВСЧ. Показано, что в процессе их генерации одновременно участвуют две различные пары спектральных компонент исходной волны. Найдены условия, обеспечивающие максимальную и минимальную (фазовый запрет) эффективность генерации 1-й ВРЧ и ВСЧ.

2. Результаты экспериментальных исследований влияния амплитудно-фазовых соотношений в спектре трехчастотной накачки на пространственные распределения амплитуд первичных и вторичных волн. Показано, что частотно-зависимые нелинейные и дифракционные процессы в пучке трехчастотной накачки в режиме фазового запрета приводят к возникновению остаточного поля 1-й ВРЧ и ВСЧ в ближней зоне и на периферии пучка в дальней зоне излучателя.

3. Проведены экспериментальные исследования пространственных распределений амплитуд первичных и однокомпонентных вторичных волн, которые, как считалось ранее, не подвержены влиянию фазовых соотношений в спектре накачки. Показано, что при больших амплитудах волны накачки, потери, связанные с нелинейным затуханием, уменьшаются в режиме фазового запрета генерации 1-й ВРЧ и ВСЧ.

4. Предложены принципы обнаружения акустических неоднородностей, использующие механизм нарушения условий фазового запрета 1-й ВРЧ и ВСЧ. Экспериментально подтверждена возможность обнаружения акустических неоднородностей, слабо отличных по акустическим свойствам от окружающей среды, и объектов, расположенных вблизи границ раздела сред.

5. Предложены и разработаны методы измерения амплитудно-частотных характеристик излучающего и приемного преобразователей на основе нелинейного взаимодействия акустических волн. Получены выражения для оценки погрешностей, определены критерии выбора параметров измерительного сигнала. Разработана и практически реализована установка для измерения этих характеристик.

6. Разработана автоматизированная экспериментальная установка, обеспечивающая высокую производительность, точность и достоверность электрических и акустических измерений. Разработаны и апробированы методики экспериментальных исследований нелинейного распространения трехчастотной волны накачки.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Гаврилов A.M., Медведев В.Ю. Исследование амплитудно-фазовых характеристик нелинейного акустического излучателя с трехчастотной накачкой. Известия ТРТУ. Материалы 2-й Всероссийской научной конференции с международным участием «Экология 2002 - море и человек». Таганрог: Изд-во ТРТУ. 2002. №6. С. 53-57.

2. Гаврилов A.M., Медведев В.Ю., Батрин А.К. Зависимость амплитудно-фазовой характеристики нелинейного акустического излучателя от амплитудных и фазовых соотношений в спектре накачки. Материалы 2-й Всероссийской научной конференции с международным участием «Экология 2002 - море и человек». Таганрог: Изд-во ТРТУ. 2002. №6. С. 57-62.

3. Медведев В.Ю., Батрин А.К. Исследование амплитудной и фазовой характеристик первичных преобразователей ультразвуковых диагностических систем. - Вторая всероссийская научная конференция молодых ученых и аспирантов «Новые информационные технологии. Разработка и аспекты применения», Таганрог, 11-12 ноября 1999 г.-с.25.

4. Гаврилов A.M., Медведев В.Ю. О влиянии частотных характеристик электроакустического тракта на параметры амплитудно-модулированной волны. Известия ТРТУ. Материалы 45-й научно-технической и научно-методической конференций профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников ТРТУ. Таганрог: Изд-во ТРТУ. 2000. №1. С. 106-107.

5. Медведев В.Ю., Батрин А.К. Исследование влияния частотных характеристик электроакустического тракта параметрического гидролокатора на параметры излучаемой амплитудно-модулированной волны. - 6-я международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электроника и энергетика». Москва, 1-2 марта 2000г. - с. 16-17.

6. Гаврилов A.M., Медведев В.Ю. О критериях искажения спектра амплитудно-модулированной накачки в режиме излучения. Известия ТРТУ. Материалы 46-й научно-технической и научно-методической конференций профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников ТРТУ. Таганрог: Изд-во ТРТУ. 2001. №1. С. 106.

7. Медведев В.Ю., Батрин А.К. Результаты экспериментального исследования амплитудно-фазовых характеристик нелинейного акустического излучателя. 5-я Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления». Таганрог, 10-11 октября 2002г. - с. 238.

8. Гаврилов A.M., Медведев В.Ю., Батрин А.К. Автоматизация измерений частотных характеристик электрического импеданса пьезоэлементов и пьезопреобразова-телей. Известия ТРТУ. Материалы всероссийской научно-технической конференции «Медицинские информационные системы». Таганрог: Изд-во ТРТУ. 2002. №5. С. 125 - 131.

9. Гаврилов A.M., Медведев В.Ю., Батрин А.К. Частотные характеристики электрического импеданса пьезопреобразователя при различных условиях нагрузки. Известия ТРТУ. Материалы всероссийской научно-технической конференции «Медицинские информационные системы». Таганрог. Изд-ии ТРТУ. 2002. Ms5. С. 132 - 140

10. Гаврилов A.M., Медведев В.Ю., Батрин А.К. Автоматизация лабораторных измерений частотных характеристик пьезоэлементов и пьезопреобразователей. — Из-

вестия ВУЗов, Сев.-Кав. Регион, Юбилейный выпуск. Ростов-на-Дону: Изд-во РГУ. 2002 г., с. 82 - 87.

11. Гаврилов A.M., Медведев В.Ю., Батрин А.К. Автоматизированная установка для измерения частотных характеристик электрического импеданса пьезоэлемен-тов. Известия ТРТУ. Материалы 48-й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников ТРТУ. Таганрог: Изд-во ТРТУ. 2003. №1. С. 100-103.

12. Гаврилов A.M., Медведев В.Ю. О влиянии амплитудно-фазового спектра на нелинейное распространение трехчастотной волны. Труды XIII сессии Российского акустического общества, т.1. - М.: ГЕОС, 2003, с. 130-133.

13. Гаврилов A.M., Медведев В.Ю., Батрин А.К. Автоматизированный комплекс для измерений частотных характеристик пьезоэлементов и пьезопреобразовате-лей. Труды XIII сессии Российского акустического общества, т.2. - М.: ГЕОС, 2003, с. 6-10.

14. Гаврилов A.M., Медведев В.Ю., Батрин А.К. Разработка и исследование двухчастотного пьезопреобразователя с перестраиваемыми параметрами. Труды XIII сессии Российского акустического общества, т.2. - М.: ГЕОС, 2003, с. 259-262.

15. Гаврилов A.M., Медведев В.Ю. Экспериментальное исследование взаимосвязи исходного спектра и нелинейных процессов в волнах конечной амплитуды. Известия ТРТУ. Материалы научно-технической конференции «Нелинейные акустические системы». Таганрог: Изд-во ТРТУ. 2003. №6. С. 11-17.

16. Гаврилов A.M., Медведев В.Ю. Характеристики нелинейного акустического излучателя в режиме фазового запрета волны разностной частоты. Известия ТРТУ. Материалы научно-технической конференции «Нелинейные акустические системы». Таганрог: Изд-во ТРТУ. 2003. №6. С. 78 - 84.

17. Патент РФ №2205421. Акустический локатор./Гаврилов. A.M., Медведев В.Ю., Батрин А.К. Б.И. 2003г.

18. Положительное решение на изобретение №2002107901/09(008220) от 28.03.2002. Акустический локатор./ Гаврилов. А.М., Медведев В.Ю., Батрин А.К.

Личный вклад автора в научных работах состоит в следующем:

в [1, 2, 7, 12] - выполнены теоретические и экспериментальные исследования амплитудно-фазовых характеристик нелинейного акустического излучателя и анализ результатов;

в [3, 4, 5, 6] - выполнен анализ влияния амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик пьезоэлектрических преобразователей на прохождение трехчастотного сигнала;

в [8, 9, 11, 13] - разработан алгоритм работы автоматизированной установки; разработана структура и изготовлен действующий образец;

в [10, 14] - проведены экспериментальные исследования частотных характеристик преобразователей; выполнен анализ результатов;

в [15, 16] - выполнены экспериментальные исследования пространственных распределений амплитуд первичных и вторичных волн нелинейного акустического излучателя с трехчастотной накачкой и анализ результатов;

в [17, 18] - техническое решение устройства.

2. о оЗ-Д I éj(2.

Р16 7 1 2

РЬдлилылви Tai anpuiinuio iскудщктвеииоге ркдиотехничееногеунивсрептета Зак. №_. Тираж 100 экз

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Медведев, Виталий Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. РОЛЬ АМПЛИТУДНЫХ И ФАЗОВЫХ СООТНОШЕНИЙ

В НЕЛИНЕЙНЫХ ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССАХ.

1.1. Обзор работ, посвященных исследованию процессов нелинейного распространения акустических волн с учетом амплитудно-фазовых соотношений в их спектре.

1.2. Основные задачи теоретических и экспериментальных исследований

2. ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЛИНЕЙНОГО АКУСТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ

С ТРЕХЧАСТОТНОЙ ВОЛНОЙ НАКАЧКИ.

2.1. Модель нелинейного акустического излучателя с произвольными амплитудными и фазовыми соотношениями * в спектре трехчастотной волны накачки.

2.2. Исследование амплитудно-фазовой характеристики волны разностной частоты.

2.3. Исследование амплитудно-фазовой характеристики волны суммарной частоты.

Выводы.

3. РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.

3.1. Автоматизация акустических измерений.

3.2. Автоматизированная установка для измерений частотных характеристик электрического импеданса пьезоэлектрических преобразователей.

4 3.3. Экспериментальное исследование влияния нагрузки на частотные характеристики излучающего преобразователя.

Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКОГО ТРАКТА НА СПЕКТР ТРЕХЧАСТОТНОЙ ВОЛНЫ НАКАЧКИ И РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗЛУЧАЮЩЕГО И ПРИЕМНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ.

4.1. Исследование влияния электроакустического тракта на спектр трехчастотной волны накачки.

4.2. Разработка принципов измерения амплитудно-частотной характеристики излучающего преобразователя.

4.3. Разработка принципов измерения амплитудно-частотной характеристики приемного преобразователя.

4.4. Исследование влияния нелинейных и дифракционных процессов ф на результаты измерений частотных характеристик излучающих и приемных преобразователей.

Выводы.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЛИНЕЙНОГО АКУСТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ В

РЕЖИМЕ ФАЗОВОГО ЗАПРЕТА И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОБНАРУЖЕНИЯ

АКУСТИЧЕСКИХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ СРЕДЫ И ПОДВОДНЫХ

ОБЪЕКТОВ.

5.1. Исследование пространственного распределения амплитуды волны разностной частоты в режиме фазового запрета. ф 5.2 Исследование пространственного распределения амплитуды волны суммарной частоты в режиме фазового запрета.

5.3 Исследование взаимосвязи исходного спектра и нелинейных процессов в волнах конечной амплитуды.

5.4. Методы использования нелинейного акустического излучателя, работающего в режиме фазового запрета, для обнаружения акустических неоднородностей среды и подводных объектов.

Выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Исследование нелинейного акустического излучателя с трехчастотной волной накачки"

Вопросы, связанные с нелинейным взаимодействием акустических волн представляют для исследователей определенный интерес, вызванный большой практической значимостью многих задач гидроакустики, неразрушающего контроля, измерительной и медицинской техники, в которых подобные процессы играют важную роль. Широкому использованию эффектов нелинейного взаимодействия способствует сочетание таких свойств, которые невозможно получить при использовании традиционных методов акустических исследований.

К настоящему времени в области исследований нелинейных волновых процессов сформировались самостоятельные научные направления, такие как теория одномерных нелинейных волн, нелинейное взаимодействие случайных волн, нелинейная геометрическая акустика однородных и неоднородных сред, нелинейная теория звуковых пучков и т.д. Среди прикладных направлений можно назвать такие, как теоретические и экспериментальные исследования параметрических излучающих и приемных антенн, разработка методов нелинейной акустической диагностики сред и др.

Несмотря на широкий круг решенных в нелинейной акустике задач, ряд вопросов, имеющих принципиальное значение для физики нелинейных волн, исследован недостаточно. К их числу можно отнести вопросы влияния амплитудных и фазовых соотношений в исходном спектре волн конечной амплитуды на характер нелинейных взаимодействий в квадратично-нелинейных средах без дисперсии. Эти вопросы непосредственно связаны с такими явлениями, как запрет генерации вторичных волн, нарушение условий фазового синхронизма взаимодействий, уменьшение нелинейного затухания волн конечной амплитуды. Работы по исследованию данного круга проблем весьма малочисленны и касаются только частных случаев.

Вопросы, связанные с фазовой зависимостью эффективности нелинейных волновых процессов, уже рассматривались при взаимодействии акустических волн со случайными и детерминированными параметрами временного спектра.

Подходы, применяемые при анализе нелинейного взаимодействия случайных волн, принципиально отличаются от способов рассмотрения детерминированных процессов, поскольку оперируют не значениями параметров взаимодействующих волн, а их статистическими отклонениями. Кроме этого задачами статистической теории параметрических антенн являются исследования стабильности их работы и свойств возбуждаемого шумового поля, в то время как в детерминированных нелинейных волновых процессах интерес представляет вопрос о распределении энергии между первичными и вторичными волнами.

Задача о влиянии амплитудных и фазовых соотношений на нелинейные процессы в акустических волнах с детерминированным временным спектром подробно исследовалась (Гаврилов A.M., Савицкий О.А.) только для вырожденного параметрического взаимодействия. Для этого случая характерна сильная зависимость нелинейных процессов от фазовых соотношений в спектре исходных волн, обусловленная кратностью их частот (со и 2со). Однако случай вырожденного параметрического взаимодействия не раскрывает особенностей нелинейного взаимодействия акустических волн с близкими частотами coq и щ ±nQ, где п= 1,2,.,N при щ »Q.

Впервые влияние фазовых соотношений на нелинейное взаимодействие многочастотных узкополосных акустических волн было отмечено и рассмотрено в работах Гаврилова A.M. на примере распространения трехчастотной волны конечной амплитуды с симметричным амплитудным и частотным спектром щ, coq ± Q при со о » /2. Была показана принципиальная возможность управления процессом генерации волны разностной частоты Q. При этом процесс образования волны разностной частоты предложено рассматривать как результат одновременно происходящих нескольких парных взаимодействий различных спектральных компонент трехчастотной волны накачки. Это допущение стало исходным при построении модели и разработке методики изучения закономерностей нелинейного распространения многочастотных волн с произвольными амплитудно-фазовыми соотношениями в спектре.

В общем виде задача о нелинейном распространении трехчастотной волны накачки с произвольными амплитудно-фазовыми соотношениями и симметричным относительно щ частотным спектром ранее не рассматривалась. Отсутствует модель нелинейного акустического излучателя с трехчастотной накачкой, описывающая зависимость процесса генерации вторичных волн от амплитудных и фазовых соотношений в спектре. В частности, не рассматривалась фазовая зависимость амплитуд компонент исходного и вторичного спектра волны накачки, не отражено влияние дифракционных и диссипативных процессов в звуковых пучках на трансформацию в пространстве фазовых и амплитудных соотношений в спектре накачки. Не рассмотрено влияние частотных характеристик электроакустического тракта на амплитудно-фазовые соотношения в накачке.

Целью диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное исследование нелинейного акустического излучателя с трехчастотной волной накачки, позволяющие выявить основные закономерности влияния амплитудно-фазовых соотношений в спектре исходной волны на процессы генерации вторичных волн.

Для достижения поставленной цели в работе решаются задачи:

- разработка аналитической модели нелинейного акустического излучателя с произвольными амплитудно-фазовыми соотношениями в спектре трехчастотной накачки;

- теоретические и экспериментальные исследования зависимости амплитуд вторичных волн от амплитудных и фазовых соотношений в спектре трехчастотной накачки;

- исследование влияния электроакустического тракта на амплитудно-фазовые соотношения в спектре накачки и разработка принципов измерения амплитудно-частотных характеристик преобразователя накачки и звукоприемника на основе эффектов нелинейного взаимодействия акустических волн;

- исследование влияния амплитудно-фазовых соотношений в спектре трехчастотной волны накачки на пространственные распределения амплитуд ее первичных и вторичных компонент;

- исследование влияния дифракционных, диссипативных и нелинейных процессов в среде распространения волны накачки на амплитудно-фазовые соотношения в ее спектре и разработка принципов обнаружения акустических неодно-родностей;

- разработка и использование автоматизированной измерительной установки при проведении экспериментальных исследований.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- показано, что необходимым условием проявления зависимости амплитуд вторичных волн от фазовых соотношений в спектре накачки является присутствие в среде двух и более вторичных компонент с одинаковыми частотами;

- получены аналитические выражения, описывающие зависимость амплитуд двухкомпонентных вторичных волн от амплитудно-фазовых соотношений в спектре трехчастотной накачки; определены условия, обеспечивающие максимальную и минимальную эффективность их генерации;

- экспериментально показана возможность уменьшения нелинейного поглощения трехчастотной волны накачки посредством изменения амплитудно-фазовых соотношений в ее спектре;

- показан механизм влияния частотозависимых нелинейных, дифракционных и диссипативных процессов на формирование пространственного распределения вторичных волн.

Практическая значимость результатов работы состоит в следующем:

- предложен и апробирован метод уменьшения нелинейного затухания волны конечной амплитуды путем подбора амплитудно-фазовых соотношений в ее спектре, позволяющий увеличить дальность действия гидроакустических средств как с линейными, так и нелинейными излучателями;

- предложены и апробированы методы обнаружения акустических неоднород-ностей, слабо отличающихся по акустическим свойствам от окружающей среды, а также, объектов, находящихся вблизи границ раздела сред;

- разработаны и экспериментально подтверждены принципы измерений амплитудно-частотных характеристик излучающих и приемных электроакустических преобразователей, обеспечившие независимость результатов измерений от частотных характеристик вспомогательных преобразователей;

- разработана и реализована автоматизированная измерительная установка, обеспечившая высокую производительность, точность и достоверность экспериментальных результатов, которая используется в научных исследованиях и учебном процессе.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Аналитическая модель нелинейного акустического излучателя с произвольными амплитудно-фазовыми соотношениями в спектре трехчастотной накачки, в которой процесс образования вторичных волн представлен как результат нескольких одновременно происходящих парных взаимодействий различных спектральных компонент исходной волны.

5. Методы обнаружения акустических неоднородностей, в том числе и расположенных вблизи отражающих границ, основанные на зависимости амплитуд волн разностной и суммарной частот от амплитудно-фазовых соотношений в спектре трехчастотной волны накачки.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения.

Заключение диссертации по теме "Акустика"

Выводы

Проведенные экспериментальные исследования пространственных характеристик НАИ открыли ряд особенностей процесса нелинейного взаимодействия трехчастотной волны накачки в условиях, реализующих фазовый запрет генерации 1-й ВРЧ и ВСЧ. Основные результаты следующие: - условия фазового запрета на процесс генерации 1-й ВРЧ и ВСЧ из-за влияния частотно-зависимых нелинейных, дифракционных и диссипативных процессов не могут быть обеспечены в равной степени для всей области взаимодействия НАИ, поскольку перечисленные процессы приводят к заметному изменению в пространстве амплитудно-фазовых соотношений в спектре трехчастотной накачки;

- вдоль акустической оси преобразователя накачки запрет генерации 1-й ВРЧ и ВСЧ наступает по мере прекращения дифракционных процессов в волне накачки (z > 3). В ближней зоне (z «нелинейные и дифракционные процессы в накачке наиболее интенсивны, вследствие чего здесь наблюдается максимальная амплитуда остаточного поля 1-й ВРЧ и ВСЧ. Максимум амплитуды остаточного поля зависит от коэффициента снижения Ф и во всех рассмотренных случаях не превысил 5% для 1-й ВРЧ и 9% для ВСЧ от соответствующей амплитуды при отсутствии фазового запрета;

- поперечное распределение амплитуды остаточного поля 1-й ВРЧ и ВСЧ зависит от расстояния до преобразователя накачки: на малых расстояниях (z = /j) максимум поперечного распределения находится на акустической оси НАИ; в дальней зоне НАИ (z = 5/j) - максимум остатка смещается на периферию пучка (г « 2а);

- режим фазового запрета, прекращая генерацию 1-й ВРЧ и ВСЧ, за счет перекрытия возможных каналов оттока энергии во вторичные волны в 2 раза ослабляет процессы нелинейного затухания трехчастотной волны накачки. Энергия, расходуемая волной накачки на генерацию 1-й ВРЧ и ВСЧ, в режиме фазового запрета перераспределяется по однокомпонентным вторичным волнам и частично остается в исходной волне;

- независимо от способа, за счет уменьшения количества компонент первичного спектра или введения режима фазового запрета, сокращение числа каналов оттока энергии из накачки приводит к сохранению энергии в первичных волнах и увеличению амплитуд вторичных волн. При этом нелинейное затухание трехчастотной волны остается всегда больше, чем в случае двухчастотной волны, т.е. увеличение числа компонент в первичном спектре сопровождается увеличением числа каналов оттока энергии и, как результат, нарастают потери в первичной волне.

В рамках практического использования нелинейного акустического излучателя, работающего в режиме фазового запрета, предложены принципы обнаружения акустических неоднородностей близко расположенных к границам раздела или слабо отличающихся по акустическим свойствам от окружающей среды. В основе их работы положена чувствительность двухкомпонентных вторичных волн (1-я ВРЧ и ВСЧ) к нарушению амплитудно-фазовых соотношений в спектре трехчастотной накачки.

Экспериментальные исследования прохождения через плоский слой и отражения от акустически мягкой границы трехчастотной волны накачки показали, что использование режима фазового запрета при прочих равных условиях вызывает большее изменение амплитуд двухкомпонентных вторичных волн на присутствие неоднородности, чем традиционные методы. Например, при обнаружении металлического отражателя, расположенного на границе вода-воздух, диапазон изменения амплитуды 1-й ВРЧ в режиме фазового запрета в 4 - 10 раз больше, чем при использовании зеркально-теневого метода.

174

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подробные выводы по результатам теоретических и экспериментальных исследований приведены в процессе изложения материала в конце соответствующих разделов. Заключительные выводы по проделанной работе следующие:

- предложена и разработана аналитическая модель нелинейного акустического излучателя, учитывающая влияние амплитудно-фазовых соотношений в спектре трехчастотной волны накачки на эффективность генерации двухкомпонент-ных вторичных волн - 1 -ю ВРЧ и ВСЧ. Показано, что в процессе их генерации одновременно участвуют две различные пары спектральных компонент исходной волны. Найдены условия, обеспечивающие максимальную и минимальную (фазовый запрет) эффективность генерации 1-й ВРЧ и ВСЧ;

- экспериментальные исследования влияния амплитудно-фазовых соотношений в спектре трехчастотной накачки на пространственные распределения амплитуд первичных и вторичных волн, показали, что частотно-зависимые нелинейные и дифракционные процессы в пучке трехчастотной накачки в режиме фазового запрета приводят к возникновению остаточного поля 1-й ВРЧ и ВСЧ в ближней зоне и на периферии пучка в дальней зоне излучателя;

- проведены экспериментальные исследования пространственных распределений амплитуд первичных и однокомпонентных вторичных волн, которые, как считалось ранее, не подвержены влиянию фазовых соотношений в спектре накачки. Показано, что при больших амплитудах волны накачки, потери, связанные с нелинейным затуханием, в режиме фазового запрета генерации 1-й ВРЧ и ВСЧ уменьшаются на 6 дБ;

- предложены принципы обнаружения акустических неоднородностей, использующие механизм нарушения условий фазового запрета 1 -й ВРЧ и ВСЧ. Экспериментально подтверждена возможность обнаружения акустических неоднородностей, слабо отличных по акустическим свойствам от окружающей среды, и объектов, расположенных вблизи границ раздела сред;

- предложены и разработаны методы измерения амплитудно-частотных характеристик излучающего и приемного преобразователей на основе нелинейного взаимодействия акустических волн. Получены выражения для оценки погрешностей, определены критерии выбора параметров измерительного сигнала. Разработана и практически реализована установка для измерения этих характеристик;

- разработана автоматизированная экспериментальная установка, обеспечивающая высокую производительность, точность и достоверность электрических и акустических измерений. Разработаны и апробированы методики экспериментальных исследований нелинейного распространения трехчастотной волны накачки.

По теме диссертации опубликовано 18 научных работ, из них 11 статей и тезисы к докладам на научно-технических конференциях различного уровня. По результатам диссертационной работы получен 1 патент на изобретение, 1 положительное решение о выдаче изобретения, диплом за лучший доклад на 13-ой сессии РАО, диплом 2-й степени на Всероссийской выставке «Иннов-2003».

Автор выражает благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору Владимиру Ивановичу Тимошенко за помощь в организации научной работы, а также глубокую признательность сотрудникам кафедры ЭГА и МТ за моральную поддержку. Особую благодарность автор выражает научному консультанту кандидату технических наук, доценту Александру Максимовичу Гаврилову за постановку задачи и помощь в ее решении.

176

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Медведев, Виталий Юрьевич, Таганрог

1. Боббер Р. Дж. Гидроакустические измерения. - М.: Мир, 1974. - 368 с.

2. Бронштейн И. Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов,- 13-е изд., исправленное,- М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986.-544 с.

3. Бунимович С., Яйленко Л. Техника любительской однополосной связи. М.: ДОСААФ, 1970.-312 с.

4. Гаврилов A.M. Амплитудные характеристики параметрической антенны с ам-плитудно-модулированной накачкой. Известия СКИЦ ВШ, Естественные науки, 1990, №3, с. 70-73.

5. Гаврилов A.M. Зависимость характеристик параметрической антенны от фазовых соотношений в спектре накачки. Акуст. ж., 1994, т.40, № 2, с. 235 - 239.

6. Гаврилов A.M. и др. Экспериментальное исследование параметрического излучателя с амплитудно-модулированной накачкой//Прикладная акустика. 1987. Вып. 12. С. 40-43.

7. Гаврилов A.M. Исследование и разработка параметрической антенны с амплитудно-модулированной накачкой для изучения характеристик морского дна. Автореф. дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук. - ЛЭТИ, 1988.

8. Гаврилов A.M. Геометрическая дисперсия скорости звука в ограниченных пучках. Известия ТРТУ, Таганрог: Изд-во ТРТУ. 2003. № 6 (35).- С. 130 — 136.

9. Гаврилов A.M. Методы измерения геометрической дисперсии в звуковых пучках. Известия ТРТУ, Таганрог: Изд-во ТРТУ. 2003. № 6 (35).- С. 98 - 102.

10. Гаврилов A.M., Германенко О.Н., Савицкий О.А. Об одной возможности использования второй гармоники для измерения нелинейного параметра сред. -Акуст. ж., 1995, т.41, №3, с. 500-501.

11. Гаврилов A.M., Германенко О.Н., Савицкий О.А. Взаимосвязь между акустической нелинейностью и температурой среды. Акуст. ж., 1995, т.41, №3, с. 501 -503.

12. Гаврилов A.M., Гончаренко В.Р., Тимошенко В.И., Соколов Р.А. Экспериментальное исследование параметрического излучателя с амплитудно-модулированной накачкой. В кн.: Прикладная акустика. - Таганрог: 1987, вып. XII, с. 40-43.

13. Гаврилов A.M., Медведев В.Ю. Исследование амплитудно-фазовых характеристик нелинейного акустического излучателя с трехчастотной накачкой. Известия ТРТУ. Таганрог: Изд-во ТРТУ. 2002. №6(29). С. 53-57.

14. Гаврилов A.M., Медведев В.Ю., Батрин А.К. Зависимость амплитудно-фазовой характеристики нелинейного акустического излучателя от амплитудных и фазовых соотношений в спектре накачки. Известия ТРТУ. Таганрог: Изд-во ТРТУ. 2002. №6(29). С. 57-62.

15. Гаврилов A.M., Медведев В.Ю., Батрин А.К. Автоматизация лабораторных измерений частотных характеристик пьезоэлементов и пьезопреобразователей. Известия ВУЗов, Сев.-Кав. Регион, Юбилейный выпуск 2002, с. 82 - 87.

16. Гаврилов A.M., Савицкий О.А. К вопросу об использовании эффекта вырожденного параметрического усиления. Акуст. Ж., 1992, № 4, с. 671-677.

17. Гаврилов A.M., Савицкий О.А. Активное подавление нелинейного поглощения звука в квадратично-нелинейных средах без дисперсии. Акуст. Ж., 1997, № 1, с. 42-47.

18. Глозман И.А. Пьезокерамика. М., 1972.

19. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. -4-е изд. -М.: Радио и связь, 1986. 512 с.

20. ГОСТ 12370-80. Материалы пьезокерамические. Методы испытаний. М., 1980.

21. Гурбатов С.Н., Демин И.Ю., Малахов А.Н. Влияние фазовых флуктуаций на характеристики параметрических антенн. Акуст. ж., 1980, 26, 3, с. 399-405.

22. Домаркас В.И., Кажис Р.-И. Ю. Контрольно-измерительные пьезоэлектрические преобразователи. Вильнюс: Издательство «Минтис», 1975. -256 с.

23. Заболотская Е.А., Хохлов Р.В. Квазиплоские волны в нелинейной акустике ограниченных пучков / Акустический журнал, 1969.-Т.15. -Вып.1.- С.40-47.

24. Зарембо Л.К., Красильников В.А. Введение в нелинейную акустику. М., Наука, 1966.

25. Зарембо Л. К. Теоретические основы нелинейной акустики. Учебное пособие. Таганрог: Изд-во ТРТУ. 1976. 90 с

26. Зарембо Л.К. О нелинейном искажении плоской волны в недиссипативной среде. Акуст. ж., 1961, т. 7, № 2, с. 189 - 194.

27. Зарембо Л.К., Тимошенко В.И. Нелинейная акустика. М.: Из-во МГУ, 1984.-103 с.

28. Зарембо JI.К., Чунчузов И.П. Параметрическая трансформация характеристики направленности дипольного источника мощного акустического шума. Вестник МГУ. Серия физика, астрономия, 1978,19,4, с.120-124.

29. Кикучи Е. Ультразвуковые преобразователи. Москва: Изд-во Мир, 1972г. -420 с.

30. Колесников А.Е. Ультразвуковые измерения. — М.: Издательство стандартов, 1970.-238 с.

31. Кузнецов В.П. Уравнения нелинейной акустики / Акустический журнал, 1970.- Т. 16.- Вып.4.- С.548.

32. Ловягин В.А. К вопросу об определении эквивалентных параметров добротных пьезоэлектрических преобразователей из круговых диаграмм. // Акустика и ультразвуковая техника. Киев, 1970. № 5., С. 38 42.

33. Манаев Е. И. Основы радиоэлектроники. М.: Радио и связь, 1985.

34. Момот Е.Г. Проблемы и техника синхронного приема. М.: Связьиздат, 1961.-172 с.

35. Несмашный Е.В., Розанов М.М., Яблоник J1.M. Измерение электроакустических параметров пьезопластин, применяемых в ультразвуковой дефектоскопии // Дефектоскопия. 1973. №3. С. 64 70.

36. Новиков Б.К., Руденко О.В., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика, Л., 1981.264 с.

37. Новиков Б.К., Тимошенко В.И. Параметрические антенны в гидролокации. -Л., Судостроение, 1989. 256 с.

38. Новиков Б.К. Взаимодействие акустических волн и теория параметрических излучателей ультразвука.- Автореферат диссертации на соискание уч. степени канд. физ.-мат. наук, МГУ, 1976.

39. Новиков Б.К., Руденко О.В. Генерация низкочастотных гармоник в поле мощной амплитудно-модулированной волны. Акуст. ж., 1977, 23, 5, с. 797-804.

40. Патент РФ №2205421. Акустический локатор./Гаврилов. A.M., Медведев В.Ю., Батрин А.К. Б.И. 2003г.

41. Петин О.П., Крамаров Ю.А., Петин Г.П. Установка для измерения адми-тансно-частотных характеристик пьезопреобразователей. // Пьезокерамические материалы и преобразователи. Ростов-н/Д, 1977. С. 22 25.

42. Подводные электроакустические преобразователи. Справочник. Под. ред. В. В. Богородского. Л.: Судостроение, 1983. - 248 с.

43. Положительное решение на изобретение №2002107901/09(008220) от 28.03.2002. Акустический локатор./ Гаврилов. A.M., Медведев В.Ю., Батрин А.К.

44. Пьезокерамические преобразователи: Справочник/В .В. Гонопольский и др. Л.: Судостроение, 1984. - 256 с.

45. Руденко О.В., Солуян С.И. Теоретические основы нелинейной акустики. М., Наука, 1975г.

46. Руденко О.В., Солуян С.И., Хохлов Р.В. К нелинейной теории параксиальных звуковых пучков /Доклады АН СССР, 1975.-Т.225.- Вып. 5.- С. 1053-1056.

47. Руденко О.В., Солуян С.И. Теоретические основы нелинейной акустики.-М.: Наука, 1975.-288 с.

48. Руденко О.В. и др. Теория волн. М.: Наука, - 1975г.

49. Рыбачек М.С., Селин Е.П. К учету фазовых соотношений при взаимодействии широкополосных сигналов. Прикладная акустика, Таганрог, ТРТИ, 1985, вып. XI, с. 18-22.

50. Рыбачек М.С., Селин Е.П. Исследование параметрического излучателя со сложным сигналом накачки. Прикладная акустика, Таганрог, ТРТИ, 1983, вып. IX, с. 23 - 27.

51. Савицкий А.О. Исследование вырожденного параметрического взаимодействия в квадратично-нелинейных средах без дисперсии. Автореф. дисс. на соискание ученой степени канд. физ.-мат. наук. - МГУ, 1996.

52. Скучик Е. Основы акустики. М., Мир, 1976.

53. Степанов Н.С. Об одном параметрическом явлении в акустике. Акуст. Ж., 1962, 8, 1, с. 139- 140.

54. Таранов Э. С., Тюрин A.M., Сташкевич А.П. Гидроакустические измерения в океанологии. JL: Гидрометеоиздат, 1972. - 328 с.

55. Яковлев Л.А. К вопросу об определении свойств пьезокерамических пластинок, используемых в искателях дефектоскопов. // Дефектоскопия. 1976. № 5. С. 32-35.

56. Яковлев Л.А., Киров Е.А. Ультразвуковой способ определения пьезоэлектрических и упругих постоянных пьезоматериалов. // Заводская лаб. 1971. № 12. С. 1460-1463.

57. Яковлев J1.A., Серебрянникова Н.П. Ультразвуковые исследования характеристик пьезокерамики. // Дефектоскопия. 1980. № 7. С. 52 576.

58. Berktay Н.О. Possible exploitation of Nonlinear acoustics in underwater transmitting applications / J. Sound Vib., 1965.- N2,- P.435-461.

59. Clinch I. R. Optimal primary spectra for parametric transmitting arrays, JASA, 1975,6, p. 1127-1132.

60. Eller A.J. Improved efficiency of on acoustic parametric source / J.Acoust.Soc.Amer., 1975.- V.58.-N5.- P.l 193-1200.

61. Guerra G.R. Non-linear sonar fundamental characteristics. Analis de fisid, 1973.-V.69.- N4-6.- P.167-178.

62. Konrad W.L. Design and application of high powes parametric sonars.- IEEE International Conference of Engineering in the Ocean Environmental, 1973.- P.310-315.

63. Lockwood J.C. Dick parametric acoustic array / J.Acoust.Soc. Amer., 1974.-V.56.- N4.-P. 1293-1294.

64. Mellen R.H., Konrad W.L. Parametric sonar transmission.- Noval Underwater system Center.- New London, Gorm. Tech. Memo, 1970.- P.2070-2303.

65. Mellen R.H., Konrad W.L., Nelson J.L. Saturation effects in the Westervelt end-firre parametric radiator / J.Acoust.Soc.Amer., 1972.- N51.- P.82 (A).

66. Merklinger H.M. Improved efficiency in the parametric transmitting array / J.Acoust.Soc.Amer, 1975.- V.58.- N4.- P.784-787.

67. Merklinger H.M. Improved efficiency in the parametric transmitting array / J.Acoust.Soc.Amer., 1975.- V.58.-N4.-P.784-787.

68. Moffett M.B., Westervelt P.J., Beyer R.T. Large-amplitude pulse propogation-A transient effect / J.Acoust.Soc.Amer., 1970.- N47.-P.1473-1474.

69. Moffett M.B., Westervelt P.J., Beyer R.T. Large-amplitude pulse propogation -Atransient effect, II / J.Acoust.Soc.Amer., 1971.- N49.- P.339-343.

70. Muir T.G, Blue Т.Е. Experiments on the acoustic modulation of large-amplitude waves / J.Acoust.Soc.Amer., 1969.- N46.- P.227-232.

71. Tjotta J.H., Tjotta S Nonlinear interaction of two collinear spherically spreading sound beams / J.Acoust.Soc.Amer., 1980.- V.67. N2.-P.484-490.1. T.19.- Вып.6.- C.871-876.

72. Westervelt P. J., Parametric Acoustic Array, JASA, 1963, 35, p. 535 537.

73. Westervelt P.J. Parametric End-Fire Array / J.Acoust.Soc.Amer., 1960, 32.-P.934.

74. Westervelt P.J. Parametric Acoustic Array / J.Acoust.Soc.Amer., 1963, 35.-P.535-537.

75. Willette T.G., Moffett M.B., Konrad W.L. Differency frequency harmonics from saturation-limited parametric acoustic sources 6-th International Sumposium on Nonlinear Acoustics, Moscow, 1976.- V.I.- P.308-319.

76. Willette J.G., Moffett M.B. Harmonics of the difference frequency in saturation-limited parametric sources / J.Acoust.Soc.Amer., 1977.- V.62.- N6.- P. 1377-1381.