Исследование акустической монохроматической волны, дифрагировавшей на цилиндрических трубках Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 535.417

ИССЛЕДОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКОЙ МОНОХРОМАТИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ, ДИФРАГИРОВАВШЕЙ НА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ТРУБКАХ

Станислав Олегович Алебастров

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, студент

Юрий Цыдыпович Батомункуев

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент, e-mail: [email protected]

Александра Алексеевна Дианова

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант, e-mail: [email protected]

Николай Николаевич Достовалов

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант, e-mail: [email protected]

Павел Сергеевич Орлов

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, студент

Экспериментально исследуется пространственное распределение амплитуды колебаний акустической монохроматической волны, дифрагировавшей на цилиндрических трубках.

Ключевые слова: акустическая волна, элемент, дифракционный элемент.

RESEARCH OF ACOUSTIC MONOCHROMATIC WAVE DIFFRACTED BY THE CYLINDRICAL TUBES

Stanislav O. Alebastrov

Siberian State University of Geosistems and Technology, 10 Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russian Federation, student

Yury Ts. Batomunkuev

Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., associate professor, е-mail: [email protected]

Alexandra A. Dianova

Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., postgraduate, student, е-mail: [email protected]

Nikolai N. Dostovalov

Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., postgraduate, е-mail: [email protected]

Pavel S. Orlov

Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., student

The spatial distribution of the amplitude of the acoustic oscillations of a monochromatic wave diffracted by cylindrical tubes is experimentally investigated.

Key words: holographic optical elements, higher order aberrations.

В настоящее время уделяется большое внимание изучению характеристик дифракционных элементов, имеющих микронные размеры. Как правило, они представляют собой зонные пластинки с относительно малым количеством зон Френеля [1]. Столь малые размеры этих элементов приводят к необходимости разработки и использования микромеханических и микроэлектронных измерительных датчиков для исследования их оптических характеристик. Кроме этого существует проблема применимости для расчета изображающих свойств и аберраций таких элементов известных методов, как метод характеристической функции или лучевой метод [2]. В то же время в качестве физических аналогий можно рассмотреть акустические дифракционные элементы с подобными дифракционными структурами и исследовать пространственное распределение амплитуды колебаний акустического поля дифрагировавшей ультразвуковой волны. Именно это и являлось целью работы.

В работе были рассчитаны и изготовлены тонкостенные цилиндрические трубки с разными радиусами и толщиной. Диаметры цилиндрических трубок равны диаметрам четных зон Френеля, а длины трубок рассчитывались по формуле

Lm = 2[1 - (1 - 1/(m+1))1/2]a,

где Lm - длина трубок, m - номер четных зон Френеля, а - расстояние от центра трубок до источника волны и до плоскости наблюдения дифракционной картины. В первом приближении длина Lm трубок не зависит от длины волны. Из этих трубок может быть составлена модель объемной зонной пластины с переменной толщиной, у которой две соседние зоны Френеля отделены тонкими цилиндрическими (или коническими) трубками.

В работе выполнены измерения пространственного распределения амплитуды колебаний акустического поля дифрагировавшей ультразвуковой волны с частотой 40 кГц на цилиндрических трубках с диаметрами 101 мм, 144 мм, 177 мм, 205 мм, 230 мм, равными диаметрам первых пяти четных радиусов зон Френеля. Длины трубок равны соответственно: 111 мм, 64 мм, 45 мм, 35 мм, 29 мм.

На рисунке представлены графики соответственно распределения амплитуды и интенсивности колебаний акустического поля дифрагировавшей волны на цилиндрической трубке диаметром 144 мм. Источник волны расположен на оси трубки на расстоянии 300 мм от центра трубки, а плоскость наблюдения удалена от центра трубки на 300 мм и перпендикулярна ее оси. Пунктирами

указана величина амплитуды колебаний ультразвуковой волны в плоскости наблюдения при отсутствии трубки. В работе обсуждаются полученные экспериментальные результаты. Указывается, что расположение возникающих боковых максимумов и минимумов дифракционной картины, не может быть объяснено простой моделью интерференции двух волн, отраженной от трубки сходящейся волны и расходящейся волны от источника.

Расстояние, мм а)

Рис. Графики распределения в плоскости наблюдения ультразвуковой волны: а) амплитуды колебаний; б) интенсивности колебаний

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Батомункуев Ю. Ц., Мещеряков Н. А. Расчет рентгеновской голограммной линзы для нанометрового диапазона спектра // Вестник НГУ. - Сер. «Физика». - 2009.- Т. 4, вып. 2. - С. 3-7.

2. Ган М. А. Теория и методы расчета голограммных и киноформных оптических элементов. - Л., ГОИ. - 1984. - 140 с.

© С. О. Алебастров, Ю. Ц. Батомункуев, А. А. Дианова, Н. Н. Достовалов, П. С. Орлов, 2016