Применение высших гармоник сигналов параметрических антенн к исследованию движущихся гетерогенных жидкостей Текст научной статьи по специальности «Физика»

МИС-98

III. Ультразвуковые и акустические приборы в медико-биологической практике

УДК 534.222

ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСШИХ ГАРМОНИК СИГНАЛОВ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ АНТЕНН К ИССЛЕДОВАНИЮ ДВИЖУЩИХСЯ ГЕТЕРОГЕННЫХ

ЖИДКОСТЕЙ

Бурьков Д.В., Старченко И.Б.

Таганрогский государственный радиотехнический университет, кафедра ЭГА и МТ; 347922, Россия, Таганрог, Некрасовский, 44; тел./факс: (86344)6 - 17 - 95; E-mail: [email protected].

Параметрические антенны (ПА) представляют собой класс приборов интроскопии, использующий нелинейность среды распространения акустических сигналов , являющейся активной частью антенны (наряду с преобразователем накачки), в которой формируются ее пространственные характеристики (осевое распределение уровня звукового давления, диаграмма направленности, и др.) Преимущества использования ПА в различного рода исследованиях, в том числе и в биомедицинской сфере, делают ее весьма привлекательным, однако мало изученным в предлагаемом аспекте инструментом. Достоинства ПА [1] следующие: малые габариты, практически полное отсутствие боковых лепестков в диаграмме направленности в широком диапазоне разностных частот, относительная простота перестройки частоты, линейная АЧХ и др.

Ограничивающим фактором использования ПА в биомедицине являются большие интенсивности первичных волн накачки, необходимые для обеспечения процесса нелинейного взаимодействия: уровни первичных давлений волн накачки р01,02 имеют порядок 105 Па и выше. Соответственно, интенсивность

^oio2 = Рот1 / Р° ~ (ю5) /15 • 106 = 0,67Вт/М = 0,67Вт/ см1 ■

Такие значения интенсивностей находятся на грани предельных для целей терапии [2] при условии работы в непрерывном режиме. Однако, если использовать короткоимпульсный режим , то применение ПА становится более обоснованным и безопасным для биообъекта. Если же проводить лабораторные исследования свойств биожидкостей, то ПА можно и нужно использовать. Такие исследования проводились российскими и зарубежными исследователями [3].

При работе ПА в среде образуется набор акустических сигналов с различными частотами: f01, f02 - частоты первичных волн; F-=f01 - f02 - разностная частота, обычно являющаяся основной рабочей; f+=f01 + f02 - суммарная частота; 2f01, 2f02 - вторые гармоники частот накачки и др. Поскольку вышеперечисленные сигналы образуются в среде при работе ПА, то можно воспользоваться любыми из них, соответственно для различных целей. В данной работе предлагается использовать вторые гармоники первичных сигналов ПА по следующим причинам: во-первых, в ближней зоне уровень звукового давления второй гармоники превышает уровень сигнала накачки до расстояния порядка длины зоны затухания 1з практически на порядок [4]; во-вторых, ширина диаграммы направленности второй гармоники На уровне 0,7 в ближней зоне в V2 раз уже диаграммы направленности по разностной частоте [4]; в-третьих, исследования биологических объектов в основном проводятся именно в ближней зоне, где вторые гармоники могут проявить свои преимущества.

Далее, биожидкости, например, кровь, находятся в постоянном движении, поэтому для изучения закономерностей их поведения, их акустических характеристик и распространения в них акустических сигналов, необходимо использовать уравнения движущихся жидкостей [5].

Известия ТРТУ

Очень часто биожидкости имеют неоднородный или гетерогенный состав: представляют собой смеси, взвеси и т.д. Для описания свойств таких жидкостей используют волновое уравнение для неоднородной среды [6].

Таким образом, суммируя вышесказанное предполагается следующая математическая модель параметрического излучателя в неоднородной движущейся среде. Составим следующее неоднородное волновое уравнение

1 /9^ р

V 2р--------- = §гаа (1п р)§гаа (р) + Q

С

где р- уровень звукового давления; с- скорость звука в среде распространения;

I - время;

р плотность среды распространения звуковых волн;

Q - добавка, учитывающая движение среды:

Q = -

+

(и Ур)

где Л - вектор скорости движения среды.

Решая полученное уравнение методом последовательных приближений и выделяя интересующие компоненты сигнала, можно получить решение относительно уровня звукового давления р, на основе которого проводить анализ характеристик антенны и свойств биожидкостей.

2

с

ЛИТЕРАТУРА

1.Новиков Б.К., Руденко О.В., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика. Л., Судостроение, 1980, 254 с.

2. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Под ред Голяминой И.П. М.: Сов. Энциклопедия. 1979. 400 с.

3. Кириченко И.А., Старченко И.Б. Особенности применения параметрических излучателей в эхоскопии внутренних органов человека. \\Сб. Трудов НТК «Медицинские информационные системы». Таганрог. 1996.

4. Старченко И.Б. Исследование и внедрение гармоник исходных сигналов параметрических антенн при наличии границ и объектов в области нелинейного взаимодействия. Автореферат диссерт. на соискание ученой степени канд. техн. наук. 1996. 18 с.

5. Блохинцев Д.И. Акустика неоднородной движущейся среды. М.: Наука. 1981. 208 с.

6. Скучик Е.. Акустика. Т.1. М.: Мир. 1979.