Параметрические антенны в исследовании обратного рассеяния звука Текст научной статьи по специальности «Физика»

Секция акустического и медицинского приборостроения

УДК 534.222.2

И. Б. Аббасов, И. А. Кириченко, В. И. Тимошенко

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ АНТЕННЫ В ИССЛЕДОВАНИИ ОБРАТНОГО РАССЕЯНИЯ ЗВУКА

Обратное объемное рассеяние звука в силу природы своего возникновения всегда содержит некоторую информацию о неоднородностях морской среды, вызвавших рассеяние акустических волн. Это определяет значительный интерес к физическим свойствам акустических полей, рассеиваемых в океане в обратном направлении.

Случайные изменения параметров морской среды вызываются пространственно-временными флюктуациями температуры, турбулизованностью воды, присутствием дискретных неоднородностей, главным образом пузырьков воздуха и морских организмов.

При экспериментальном изучении акустических свойств объемного рассеяния наибольшее распространение получили дистанционные методы, в этом случае точка излучения-приема вынесена далеко за пределы рассеивающего слоя и размеры одновременно рассеивающего объема превышают радиус неоднородностей.

Для исследования обратного объемного рассеяния звука широко применяются эхолоты. Они позволяют производить измерения и наблюдать пространственную изменчивость рассеянного акустического поля. Однако использование обычных судовых эхолотов имеет ряд недостатков. Одним из них является то, что они дают возможность представить, только качественную картину рассеивающих слоев. Другим недостатком является невозможность получения частотной зависимости акустических свойств рассеяния, т.к. эхолоты работают, как правило, на одной — двух дискретных частотах.

Поэтому для количественных измерений необходима специальная аппаратура, избавленная .от этих и других недостатков, таких, например, как существование боковых лепестков диаграммы направленности.

От этого недостатка можно избавиться применением параметрических излучающих антенн, имеющих очень низкий уровень бокового излучения и обладающих широкополосностью, что необходимо для измерений частотной зависимости обратного рассеяния [1].

Количественной мерой объемного рассеяния является коэффициент объемного рассеяния, характеризующий мощность, рассеиваемую единичным объемом среды.

Коэффициент обратного объемного рассеяния звука от гидрофизических неоднородностей среды и звукорассеивающих слоев определяется соотношением [2]

где V/ — мощность рассеянного сигнала; I — интенсивность падающей волны; V — рассеивающий объем.

Величины рассеивающего объема определяются параметрами сигнала и характеристиками источника и приемника звука, а именно длительностью импульса и шириной характеристики направленности.

Если принимается эхосигнал от всего «озвученного» объема, или , другими словами, если характеристика направленности приемной антенны не меньше чем излучающей, то справедливо следующее выражение:

2 Р1 К1

7Пк

Л Ро ©§,7 С т

где Рх — амплитуда давления рассеяного сигнала в точке приема, совпадающей с точкой расположения излучающей антенны; К — расстояние от параметрической антенны до «озвучиваемого» объема; Ро — амплитуда давления падающей волны, приведенная к расстоянию 1 м; 0ц,7 — полуширина характеристики направленности излучающей антенны; с — скорость звука; т —длительность импульса.

В случае, когда неоднородности водной среды имеют правильную геометрическую форму: сферы или цилиндра, можно провести исследование обратного рассеяния акустического поля параметрической антенны от этих объектов. Тогда для рассмотрения задачи обратного рассеяния от сферических рассеивателей, можно продолжить анализ, который был проведен в работе [3].

В этой работе была рассмотрена постановка задачи исследования рассеяния поля параметрической антенны на сферических рассеивателях при нахождении их в области нелинейного взаимодействия исходных волн накачки. Используя метод последовательных приближений для нахождения вторичного поля давления, нами было получено аналитическое решение объемного интеграла для разностной частоты С1 вторичного акустического поля. Полученное аналитическое выражение для составляющеого давления

Рд* (г) вторичного поля по разностной частоте, характеризующего взаимодействие между падающими плоскими волнами накачки в сферическом объеме вокруг рассеивателя, имеет следующий вид:

р'2'(г\ ------- гр<2' + р12) _ Р<2) _ р(2) ] (2)

2 зт2© 1 12 , анЬ

где С\—амплитудный коэффициент, независящий от угловых координат; © —угол между центром сферической системы координат и точкой наблюдения;

(21 [exp(-isud) - exp(-isii'ct)] _ 2 i,su

p = -CHI

sn = (/c, f fa) cos© - /с(sin© + cos©);

d—радиус сферического объема вокруг рассеивателя; а — радиус сферического рассеивателя; fa; кг, к—волновые числа волн накачки и разностной частоты соответственно.

В случае, когда радиус сферического рассеивателя а = 0, сферическая область нелинейного взаимодействия трансформируется в сферический объем с радиусом d и выражение (2) принимает вид

э,2) , ■ _ _ [ехр (-г.9п с2) - ехр(— г| <2)],

оц1а = о “ ;2г-А.и 1

• I

- ехр( /я,, с*)------------ , .

(«п-9)

(3)

Выражение (3) представляет собой описание характеристики направленности сферической антенны с непрерывным распределением элементов по ее поверхности, с радиусом о! и с некоторым амплитудным коэффициентом. Полученный вывод подтверждает правильность проведенных теоретических расчетов и описывает характеристику направленности переизлучающей антенны, имеющей сферическую форму, и находящейся вокруг сферического рассеивателя, что логически вытекает из постановки задачи.

Учитывая, что характеристики поля параметрической антенны, в которой находится рассеиватель, зависят от многих свойств исследуемой среды, необходимо принимать во внимание процесс образования и распространения волн разностной частоты в данной среде.

Поэтому использование в качестве источника звука параметрических излучающих антенн требует учета ряда особенностей при измерении коэффициента обратного объемного рассеяния. Входящая в выражение (1) амплитуда давления падающей волны имеет специфический закон распространения, обусловленный тем, что в пределах зоны нелинейного взаимодействия происходит подкачка энергии в волну разностной частоты со стороны волн накачки.

Кроме этого возникает необходимость рассмотрения погрешностей, возникающих при измерениях. Одними из составляющих погрешностей являются отличия реальных характеристик параметрических антенн от расчетных по принятым моделям. Эти отличия могут возникать в результате изменения среды, в которой происходит взаимодействие сигналов накачки, и отличия характеристик трактов формирования и приема от идеальных.

В работе [4] было показано, что наибольшее влияние на характеристики параметрических антенн оказывает изменение скорости звука. На рисунке приведены рассчитанные осевые распределения волны разностной частоты для различных скоростей звука.

Осевые распределения для различных значений скоростей звука с: 1 ■ 1480 м/с; 2 —1500 м/с; 3 — 1520 м/с; 4 — 1540 м/с.

Изменение скорости звука, плотности и затухания звука в среде могут влиять на процесс нелинейного взаимодействия и, следовательно, на характеристики параметрических антенн.

Анализ решения задачи обратного рассеяния звука от гидрофизических неоднородностей й от неоднородностей, имеющих правильную геометрическую форму, позволяет сделать вывод о возможности эффективного использования параметрических антенн для исследования Мирового океана.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Новиков Б. К., Тимошенко В. И. Параметрические антенны в гидролокации. Л.: Судостроение, 1990. 250 с.

2. Акустика океана/Под ред. Л. М.Бреховских. М.: Наука, 1974. 694 с.

3. Аббасов 11. С., Заграй Н. П. Исследование вторичных акустических полей рассеянии на сфере//Материалы XXXIX научно-технической конференции. Таганрог; 199;;. с. 12о—12а

4. Воронин В. А., Кириченко И. А. Влияние изменения скорости звука на погрешность измерения обратного объемного рассеяния параметрическим измерительным комплексом//Материалы XXXIX научно-технической конференции. Таганрог; 1993. С. 123—124.

УДК 615.47:616.6

В. П. Устииов, С. С. Слива

УСТРОЙСТВО И ТЕХНИКА РЕАЛИЗАЦИИ МЕТОДИКИ РЕКТАЛЬНОГО ИНДУКТОТЕРМОДИАДИНАМОФОРЕЗА ПРИ ХРОНИЧЕСКОМ ПРОСТАТИТЕ

С целью создания новых средств эффективного лечения хронического простатита был разработан специальный медицинский аппарат, позволяющий обеспечить воздействие лекарственного электрофореза в сочетании с высокочастотной (13,6 мГц) магнитотерапией на предстательную железу ректально, т. е. при непосредственном к ней топографо-анатомическом расположении.

Предпосылками к этому явились выраженные противовоспалительные и противоотечные свойства диадинамических токов при электрофорезах, а также противовоспалительные и обезболивающие свойства индуктотермии, которая дополнительно способствует лучшему этиотропному воздействию лекарственных препаратов на воспалительный процесс в предстательной железе и усилению фагоцитарной активности лейкоцитов.

Комплексное воздействие диадинамофореза и индуктотермии ректально позволяет достигнуть более оптимальных условий дренирования и глубокого переноса (проникновения) лекарственных веществ.

Аппарат для лечения хронического, простатита методом ректального ин-дуктотермодиадинамофореза приведен на рисунке. Он содержит два электрода: наружный и ректальный, которые подключены через электрические разъемные соединения к специальному источнику питания.

Наружный электрод на рисунке показан для удобства в сечении и состоит из диэлектрической пластины с нанесенной на ее поверхности электрической контактной частью в виде соединенных между собой плоских проводников.