Влияние геометрической дисперсии на нелинейное взаимодействие звуковых волн в пучке Текст научной статьи по специальности «Физика»

Таким образом, использование одновременного ректального воздействия на предстательную железу больного диадинамофорезом и индуктотермией возможно за счет выполнения электродов в виде диэлектрических пластин с нанесенными на поверхности параллельными проводниками, с катушкой индуктивности, позволяет по сравнению с прототипом повысить эффективность лечения и обеспечить безопасность при проведении процедур.

УДК 534.222

А. М. Гаврилои, О. А. Савицкий

ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ДИСПЕРСИИ НА НЕЛИНЕЙНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЗВУКОВЫХ ВОЛН В ПУЧКЕ

Известно,что эволюция нелинейных волновых процессов в большой степени зависит от дисперсионных свойств среды.Источником дисперсии могут стать и геометрические условия распространения волн [1]. Дисперсионные свойства присущи всем звуковым полям с ограниченной областью распространения, например, в волноводах, вблизи отражающих границ и т.д. Звуковые пучки являются более сложным видом поля, однако и здесь в области френелевой дифракции волна распространяется в канале ограниченных размеров, что предопределяет наличие дисперсии.В работе экспериментально исследуется влияние геометрической дисперсии в звуковом пучке на нелинейное взаимодействие волн в случае вырожденного параметрического взаимодействия (ВПВ) двух волн «1 и

В эксперименте использовался круглый поршневой излучатель диаметром 30 мм, создававший поля ииг на частотах / = 1,396 и 2/ = 2,792 МГц в воде [2]. Измерения производились слабонаправленным звукоприемником диаметром 1,о мм.

Для получения информации о характере дисперсии проводились измерения осевой зависимости приведенной разности фаз излучаемых волн Дф21 = ф2-2ф1 так называемого фазового инварианта от расстояния х до излучателя. Эта зависимость, измеренная в режиме малых амплитуд (2сЛс|,2 « 1), приведена на рис. 1 (кривая 1). Здесь же (кривая 2) приведена

ч (Сц; — Сгги)

пространственная зависимость дисперсионного числа и (х) =------------, по-

'-'Ю

лученная из Д ф^ (х). Из поведения Е)(х) можно заключить, что геометрическая дисперсия в пучке проявляется в ограниченной пространственной области, примыкающей к излучателю,является пространственно зависимой и знакопеременной. А из сравнения О(х) с осевыми распределениями амплитуд и •сг (кривые 3, 4) следует, что протяженность области с дисперсией определяется размерами областей Френеля волн г>, и г>2. Из Дф21(х) видно, что геометрическая дисперсия значительно изменяет фазовые соотношения в спектре волн г>] и и-2, что, в свою очередь, отражается на характере их нелинейного взаимодействия.

На рис. 2 представлены полученные в эксперименте пространственные зависимости среднего по расстоянию х коэффициента нелинейного поглощения (Хер (х) для одиночной волны конечной амплитуды г>1 (кривая 1, а) и при ВПВ с ДФ21 (0) = я (кривая 1, б), при этом 2еКе! = 58 и 2еКе2 = 88. Здесь же

Известия ТРТУ

Специальный выпуск

Рис. 1 Рис. 2

для сравнения приведены результаты расчета аср (х) в плосковолновом приближении с учетом геометрического расхождения (кривые 2, а, 2, б, соответственно). Видно, ЧТО влияние геометрической дисперсии на волну «1 в рассматриваемых случаях различно. Это можно объяснить тем, что в первом случае области наибольшего проявления нелинейных эффектов (максимальные амплитуды второй и высших гармоник) и сильной дисперсии разнесены в пространстве. Там, где имеется дисперсия, амплитуды высших гармоник и нелинейное поглощение VI малы. Наоборот, на больших расстояниях дисперсия исчезает и развиваются каскадные процессы генерации высших гармоник, (Хер (х) возрастает. В результате, начиная с некоторого расстояния (х > 30, см. на рис. 2), аСр(х) ведет себя так же, как в одномерной волне. Во втором случае амплитуды взаимодействующих волн VI и гь сравнимы на небольших расстояниях от излучателя и области максимального проявления . Нелинейности и дисперсии совпадают. Характер .'зависимости осСр(х) здесь качественно изменяется, она становится осциллирующей, что свойственно нелинейно-дисперсионным средам, где нарушается фазовый синхронизм волновых взаимодействий. Наличие знакопеременных осцилляций Оср (х) указывает на пространственное изменение направления энергообмена между волнами VI И V2, что напрямую следует из корреляции Д ф^| (х) И (Хер (х). Необходимо также отметить своеобразный эффект «запоминания». В области, где геометрическая дисперсия практически отсутствует (х > 0,5 м), волна «1 «помнит» о ее существовании еще на значительном расстоянии. Здесь поведение (Хер (х) существенно отличается от расчетного, учитывающего геометрическое расхождение в отсутствии дисперсии. Величина осср (х) не нарастает, как предсказывает модель одномерных взаимодействий, а остается практически постоянной на значительном расстоянии от излучателя. Это можно объяснить определенными амплитудно-фазовыми соотношениями в спектре исходных волн и продуктов их взаимодействия, которые формируются в области с геометрической дисперсией.

Как показало проведенное исследование, геометрическая дисперсия может качественно изменить картину нелинейных процессов не только в области ее действия,но и за ее пределами, нарушить фазовый синхронизм, повлиять на поле взаимодействующих волн.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Виноградова М. Б., Руденко О. В., Сухорукое А. П. Теория волн.М.: Наука, 1979.

2. Гаврилов А. М., Савицкий О. А. Экспериментальное исследование вырожденного параметрического взаимодействия в воде//Известия вузов. Северо-кавказский регион. Сер. Естественные науки. 1993, №1—2.

УДК 534.204.1

А. М. Гаврилов, О. Н. Гсрманепко ЭХОЛОКАТОР ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ МОРСКИХ ГРУНТОВ

Известны гидролокационные устройства для классификации морских грунтов,- работа которых основана на измерении удлинения эхосигналов относительно длительности посылки. По величине удлинения эхоимпульса можно, например, определить степень жесткости морского дна. Эта информация имеет важное значений при оценке перспективных для рыбного промысла районов [1]. Недостатком подобных известных устройств является низкая точность оценки жесткости отражающей границы. Это вызвано систематической погрешностью измерения удлинения эхосигнала, которая обусловлена конечный углом раскрыва характеристики направленности (ХН) приемной и излучающей антенн. При излучении импульса посылки длительностью То длительность эхосигнала увеличивается, и относительное удлинение эхо-сигнала от абсолютно жесткой границы по отношению к посылке может оказаться существенным:

§ _ 2Н(1 - cosQ) = t( 1 - cos0)

С() T0COS© Т|| eos(-)

где с0 — скорость звука в воде; 2 0 — ширина ХН приемно-излучающей антенны; t — время распространения акустического сигнала; Н — глубина. Например, при то = 1 мс, 0 = 2° и Я = 1000 м удлинение составит 5 = 81% и с увеличением ширины ХН будет расти. Для устранения данной систематической погрешности в эхолокатор для распознавания морских грунтов предло-'жено ввести блок, формирующий опорные импульсы, длительность которых будет увеличиваться пропорционально времени распространения сигнала. Разработана структурная схема корректирующего устройства, дан анализ его работы.

Разработанное устройство может быть использовано для классификации морских грунтов, измерения параметров поверхностного волнения, неразрушающего контроля протяженных поверхностей, поиска объектов перед границей и внутри ее (придонных рыб, трещин и непроклеев многослойных конструкций, крепления ребер жесткости оболочек, объектов подводной археологии, морской геологии, донных мин, подводных трубопроводов и др.). .

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Логинов К. В., Шишло Ю. В. Применение гидроакустических поисковых приборов и сетевых зондов на промысле. Мурманск. Кн. изд-во, 1971. 152 с.