Зайцев Б.Д. «Возможные применения пьезоэлектрических резонаторов с поперечным электрическим полем» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустоэлектроника", с. 30-37 (2014)

В последние годы в связи с разработкой различных акустоэлектрических датчиков исследователи стали обращать особое внимание на пьезоэлектрические резонаторы с поперечным электрическим полем. В работе рассматриваются их возможности для анализа свойств жидкости и для измерения микроперемещений. В литературе возможности этих резонаторов для создания жидкостных датчиков продемонстрированы достаточно убедительно. Традиционно исследовалось изменение резонансной частоты от вязкости и проводимости контактирующей жидкости. Однако вариации резонансной частоты при изменении свойств жидкости в широких пределах оказались очень незначительными. Например, максимальное изменение резонансной частоты составляет всего 1–2% при изменении вязкости от 1 до 10000 мПА×с и проводимости в пределах 100–10000 мкС/см. Однако, если в качестве информационного параметра взять модуль электрического импеданса или адмиттанса на фиксированной частоте вблизи резонанса, то чувствительность датчика можно существенно повысить. Изменение указанного параметра может достигать 30 и 70% при изменении вязкости и проводимости в указанных выше пределах. Второе применение основано на том факте, что электрическое поле резонатора проникает за пределы пьезоэлектрической пластины. Были проведены эксперименты по изучению влияния зазора между свободной стороной резонатора и электрически проводящей или диэлектрической пластиной на частоты параллельного и последовательного резонансов. Показано, что на этой основе возможно создание измерителей микроперемещений с температурной компенсацией, которые могут быть использованы для непрерывного контроля деформаций и раскрытия трещин различных конструкций, элементов мостов и зданий, а также для измерения небольших перемещений двух объектов относительно друг друга. Оказалось, что частота параллельного резонанса однозначно связана с шириной зазора в пределах 0–300 мкм при использовании проводящей пластины. Частота последовательного резонанса от зазора не зависит, но зависит от температуры. Таким образом, частота последовательного резонанса позволяет определить температуру и сделать необходимые корректировки. Если вместо проводящей пластины использовать диэлектрическую пластину, например из поликора, то диапазон измеряемых зазоров увеличивается до 0–2.5 мм. При этом частота последовательного резонанса также зависит только от температуры. Следовательно, меняя материал пластины, можно менять диапазон изменения ширины зазора.

Ронкин М.В., Калмыков А.А. «Цифровые методы оценки времен прохождения ультразвуковых локационных сигналов» Датчики и системы, № 8, с. 11-16 (2014)

Рассмотрены цифровые методы обработки ультразвуковых сигналов, а также проведено их математическое моделирование и сравнение в программном пакете “MatLab”. На основе анализа предложен разработанный авторами алгоритм, позволяющий увеличить точность измерений в случае высоких шумов.

Цысарь С.А., Сапожников О.А., Крейдер У. «Нелинейная акустическая голография для исследования терапевтических источников мощного ультразвука» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Биомедицинские приложения", с. 62-66 (2014)

Ультразвуковые методы широко используются в медицинской диагностике и терапии. Мощный ультразвук (УЗ) в ряде случаев может служить альтернативой традиционным хирургическим методам лечения. Тем не менее, серьезным препятствием для широкого клинического использования УЗ в терапевтических целях является то, что до сих пор не существует разработанных метрологических методов для калибровки мощных акустических источников. Современные методы характеризации ультразвуковых полей не позволяют проводить прямые измерения в мощных УЗ системах в рабочем диапазоне мощностей и не могут дать полную информацию о пространственном распределении параметров интенсивных полей. Акустическая голография является методом, который способен предоставить подробную информацию о распределении колебательной скорости на поверхности источника и найти пространственно-временную структуру излучаемого акустического поля. На сегодняшний день голография использовалась только для линейного поля, т.е. в случае низкой интенсивности излучения, что характерно в основном для диагностических устройств. Однако в ультразвуковой терапии используются источники, работающие при высокой интенсивности, и характер распространения излучаемых ими волн является нелинейным. Нелинейная акустическая голография основана на измерении двумерных распределений амплитуды и фазы акустического давления для всех гармоник, присутствующих в спектре сигнала. На основе полученных данных с использованием интеграла Рэлея или других алгоритмов имеется возможность провести расчет распространения акустического поля для математической реконструкции распределения колебательной скорости на поверхности источника. Нелинейные расчеты распространения поля основаны на численном решении волнового уравнения Вестервельта. Разработанный метод нелинейной акустической голографии является эффективным инструментом для характеризации терапевтических источников ультразвука при работе на высоких мощностях, когда характеристики колебания поверхности источника могут значительно отличаться от вибрационных характеристик на низких уровнях мощности. В работе развиты численные алгоритмы нелинейного распространения акустического поля в условиях обращения времени, а также представлены результаты физических экспериментов по нелинейной голографии реальных терапевтических источников.

Ипатов М.С., Остроумов М.Н., Соболев А.Ф. «Определение импеданса образцов ЗПК [звукопоглощающей конструкции] на интерферометре при нормальном падении звука в расширенной области частот» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Аэроакустика", с. 55-62 (2014)

В настоящее время при определении импеданса образцов звукопоглощающей конструкции в интерферометре при нормальном падении звука используется двухмикрофонный метод. В данной работе предлагается при определении импеданса учитывать кроме нулевой моды первую азимутальную моду, используя с этой целью вместо двух четыре микрофона, расположенные на боковой стенке интерферометра. В этом случае верхняя граничная частота измерений повышается до частоты, соответствующей возникновению второй азимутальной моды. Коэффициент отражения определяется из решения системы из трех линейных алгебраических уравнений относительно комплексных передаточных функций между опорным микрофоном и остальными тремя. Показано, что в используемом интерферометре четырех микрофонов вполне достаточно, чтобы определять импеданс в том диапазоне частот, который необходим при расчетах эффективности систем шумоглушения авиационного двигателя в контрольных точках на местности. При этом поперечные размеры трубы интерферометра позволяют сохранить характерные структурные параметры реальных звукопоглощающих конструкций.

Смагин Н.В., Крутянский Л.М., Брысев А.П. «Измерение коэффициента акустического поглощения в неоднородных средах и биологических тканях с помощью обращенных ультразвуковых волн» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустические измерения", с. 10-16 (2014)

Проведено сравнительное экспериментальное исследование двух методов измерения коэффициента акустического поглощения: стандартного метода, основанного на регистрации амплитуды прошедшей через образец волны, и его модификации с применением фазосопряженных (обращенных) ультразвуковых волн. В качестве конкретного примера реализации стандартного метода использована техника сравнения с эталоном. Показано, что искажение волнового фронта зондирующего пучка, вызванное наличием в тестовых объектах структурных неоднородностей либо рассеивателей, приводит к появлению существенной погрешности измерения стандратным методом. В то же время, применение обращенных волн позволяет практически полностью скомпенсировать данную погрешность в случае чисто фазовых неоднородностей тестовых объектов или присутствия невысоких концентраций рассеивателей с размерами порядка длины волны. В других случаях, в том числе и при измерениях поглощения в неоднородных биотканях, метод с использованием обращения волнового фронта позволяет получить более достоверную оценку диссипативных потерь.

Гончаренко Б.И., Ермолаева Е.О. «Особенности метрологического обеспечения измерения шумов в аэроакустике» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустические измерения", с. 43-48 (2014)

Проводимые в последние годы сотрудниками кафедры акустики работы по изучению «шумового загрязнения» территорий жилой застройки, находящихся вблизи железных дорог и трамвайных путей, а так же экспериментальные исследования звукового поля локальных шумовых зон (гоночная трасса, аэропорт, полигон) подтверждают необходимость нормирования, как уровней звукового давления, так и колебательной скорости частиц среды в целях контроля за уровнем шумности на низких звуковых частотах. Анализируются способы градуировки приемников градиента звукового давления в ближнем поле на воздухе в звукозаглушенной камере и в реальных помещениях.

Ашанин В.Н., Мельников А.А. «Прецизионный ультразвуковой измеритель уровня разделения сред в резервуарах» Датчики и системы, № 7, с. 39-42 (2014)

Представлен краткий анализ влияния методических составляющих погрешности на точность измерения уровня разделения сред. Предложен способ измерения уровня, отличающийся высокой точностью измерения и простотой технической реализации. Приведен пример реализации микропроцессорного измерителя уровня, представлены его метрологические характеристики. Ключевые слова: измеритель уровня, методическая погрешность, микропроцессор, переотраженный сигнал, ультразвук, электроакустический преобразователь.

Козлов Н.В., Шувалова Д.А. «Экспериментальное измерение инерционных колебаний границы раздела несмешивающихся жидкостей в горизонтальной цилиндрической полости при вращении» Современные проблемы науки и образования, № 6, http://www.science-education.ru/pdf/2014/6/1396.pdf (2014)

Экспериментально изучается динамика границы раздела двух несмешивающихся жидкостей различной плотности в горизонтальной цилиндрической полости при вращении. Под действием центробежной силы жидкости распределяются в виде вложенных цилиндров – столб легкой жидкости занимает устойчивое положение вдоль оси вращения полости. В системе отсчета полости вектор силы тяжести вращается, что приводит к колебаниям внутренней жидкости. При этом ось столба легкой жидкости движется по окружности. На границе раздела при этом распространяется инерционная волна малой амплитуды, которая генерирует медленное отстающее движение. Волна проявляет себя в радиальном смещении столба легкой жидкости относительно оси полости. Это смещение стационарно в лабораторной системе отсчета. При повышении интенсивности дифференциального вращения наблюдается возрастание амплитуды колебаний столба легкой жидкости. По достижении критической скорости вращения на границе развивается возмущение в виде гребней, вытянутых вдоль оси вращения. Рассматривается методика измерения амплитуды колебаний границы раздела. Изучено влияние скорости вращения полости на амплитуду волны, которая возбуждается на цилиндрической границе раздела. Проводится сравнение экспериментальных значений амплитуды с теоретическими.

Алешин Ю.К., Ксенофонтов Д.М., Чоба М.А., Платонов В.Н., Ануфриев Ю.В. «Анализ изменения акустических характеристик аморфных металлических покрытий» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145306 (2014)

Аморфные металлические пленки в технологическом плане наиболее экологичны и позволяют использовать материалы в широком диапазоне применений. Изменение фазового состава подобных стекол и возможность неразрушающего измерения их акустических характеристик является темой для данного экспериментального исследования.

Гончаренко Б.И., Ермолаева Е.О. «Об особенностях измерений на низких звуковых частотах в аэроакустике» Ученые записки физического факультета МГУ, № 6, с. 146325 (2014)

Проводимые в последние годы сотрудниками кафедры акустики работы по изучению «шумового загрязнения» территорий жилой застройки, находящихся вблизи железных дорог и трамвайных путей, а так же экспериментальные исследования звукового поля локальных шумовых зон (гоночная трасса, аэропорт, полигон) подтверждают необходимость нормирования, как уровней звукового давления, так и колебательной скорости частиц среды в целях контроля за уровнем шумности на низких звуковых частотах. Анализируются способы градуировки приемников градиента звукового давления в ближнем поле на воздухе в звукозаглушенной камере и в реальных помещениях.

Гончаренко Б.И., Гордиенко В.А. «Некоторые аспекты регистрации импульсных низкочастотных сигналов в воздухе при использовании комбинированной приемной системы» Вестник Московского университета. Серия 3: Физика. Астрономия, № 4, с. 21-26 (2014)

Обсуждаются особенности формирования и распространения акустических и сейсмических импульсных сигналов на относительно небольшие расстояния при различных условиях их возбуждения на основе регистрации совместных данных о поле давления и поле колебательных скоростей. Показано, что "затяжной" характер сигналов (особенно при малых углах вылета снарядов) связан с интенсивным взаимодействием возбужденной выстрелом волны с землей и многократными переотражениями этих сигналов. Использование сигналов, регистрируемых с каналов векторного приемника, позволяет получить информацию о пространственном распределении сигналов. При разрыве снаряда в воздухе от падающей на поверхность земли звуковой волны зарождается сейсмоакустическая волна, которая первой регистрируется каналами комбинированного приемного модуля (КПМ).

Шульгина Ю.В., Солдатов А.И., Солдатов Д.А., Шульгин Е.М. «Определение временного положения эхоимпульса методом двухчастотного зондирования» Контроль. Диагностика, № 13, с. 152-154 (2014)

Мошкин В.В., Мошкина А.В., Преображенский В.Л., Pernod P. «Каскадная генерация волны с обращенным фронтом в магнитоупорядоченной акустической среде» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145320 (2014)

Экспериментально и теоретически исследован каскадный процесс генерации второй акустической гармоники с одновременным параметрическим обращением ее волнового фронта в кристалле антиферромагнетика α-Fe₂O₃ в поперечном электромагнитном поле. Определены необходимые условия генерации при изменениях направления намагничивания относительно кристаллографических осей и направления распространения поперечного звука. Наблюдаемый эффект обусловлен магнитоупругим взаимодействием и описывается в рамках теории гигантского эффективного упругого ангармонизма магнетиков.