Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

06.14 Акустоэлектроника

 

Анисимкин В.И., Воронова Н.В. «Управление энергетическими потоками акустических волн в пьезоэлектрических кристаллах» Радиотехника и электроника, 65, № 1, с. 96-99 (2020)

Исследована возможность управления энергетическими потоками поверхностных (ПАВ) и нормальных (НАВ) акустических волн в пьезоэлектрических кристаллах без изменения ориентации кристаллов. Показано, что угол Φ между направлением потока энергии и волновой нормалью ПАВ скачкообразно меняется при металлизации поверхности, а величина скачка зависит от значения коэффициента электромеханической связи волны и его анизотропии в плоскости распространения. Для НАВ угол Φ дополнительно зависит от номера моды, толщины пластины и длины акустической волны. Благодаря этому излучение мод разных номеров периодическим встречно-штыревым преобразователем (ВШП) на разных частотах осуществляется веерообразно.

Радиотехника и электроника, 65, № 1, с. 96-99 (2020) | Рубрики: 06.02 06.14

 

Zolotova O.P., Burkov S.I. «Features of the metallization influence on phase velocities of acoustic waves in piezoelectric plates» Журнал Сибирского Федерального университета. Математика и физика, 12, № 6, с. 718-727 (2019)

Выполнен анализ влияния нагрузки в виде двух металлических слоев на изменение фазовой скорости дисперсионных мод упругой волны Лэмба и SH-волны в структурах вида "Me/ZnO/Me" и "Me/AlN/Me" в зависимости от частоты упругой волны и отношения толщин слоев металла и пьезоэлектрика. В качестве материалов металлического слоя (Me) использовали алюминий (Al), молибден (Mo) и платину (Pt). Только моды упругой волны Лэмба обладают локализованными максимумами чувствительности S для всех типов структур. Системы с низкими значениями акустических импедансов материалов слоев и пластин обладают максимальными значениями S при металлизации тонкими слоями, а также имеют минимальные отличия профилей компонент векторов смещений упругой волны. Системы с максимально различными значениями акустических импедансов материалов слоев и пластин обладают максимальными значениями S при металлизации толстыми слоями, а также имеют максимальные отличия профилей компонент векторов смещений упругой волны.

Журнал Сибирского Федерального университета. Математика и физика, 12, № 6, с. 718-727 (2019) | Рубрики: 06.14 14.02

 

Turchin P.P., Burkov S.I., Turchin V.I., Yurkevich S.V., Sukhodaev P.O., Raikova I.S. «Electromechanical properties and anisotropy of acoustic waves characteristics in single crystals YAl3(BO3)4» Журнал Сибирского Федерального университета. Математика и физика, 12, № 6, с. 756-771 (2019)

Эхо-импульсным ультразвуковым методом измерены скорости объемных акустических волн в базовых и повернутых срезах и рассчитаны значения CEijkl и eijk в монокристаллах YAl3(BO3)4. Величины пьезомодулей dijk этих монокристаллов определены квазистатическими измерениями, диэлектрических постоянных εσij – методом плоского конденсатора. Экспериментальные значения материальных постоянных применены для исследования анизотропии характеристик акустических волн в монокристаллах YAl3(BO3)4.

Журнал Сибирского Федерального университета. Математика и физика, 12, № 6, с. 756-771 (2019) | Рубрика: 06.14

 

Turchin P.P., Turchin V.I., Yurkevich S.V., Sukhodaev P.O., Raikova I.S. «Application of DMA 242 C for quasi-static measurements of piezoelectric properties of solids» Журнал Сибирского Федерального университета. Математика и физика, 13, № 1, с. 97-103 (2020)

Разработана экспериментальная установка для квазистатических измерений пьезомодулей dijk на основе возможностей прецизионных изменений механических напряжений прибором DMA 242 C в диапазоне частот 0–100 Гц. В измерительной схеме применен специальный держатель образцов и усилитель заряда. Выполнены измерения значений пьезомодулей тригональных пьезоэлектриков La3Ga5SiO14 (P321) and YAl3(BO3)4 (R32). Результаты исследований коррелируют с данными других авторов.

Журнал Сибирского Федерального университета. Математика и физика, 13, № 1, с. 97-103 (2020) | Рубрика: 06.14

 

Бритенков А.К., Боголюбов Б.Н., Фарфель В.А. «Электроакустические характеристики экспериментального преобразователя продольно-изгибного типа со сложной формой излучающей оболочки» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010106-1_-2010106-5 (2020)

Разработанный компактный гидроакустический излучатель с цельнометаллическим корпусом сложной формы из титана лишён проблем с герметизацией, традиционных для преобразователей такого типа, имеет большую эффективную площадь излучающей поверхности и чувствительность при одинаковых размерах с аналогами. Испытания экспериментального излучателя с активным элементом из 8 пьезокерамических колец показали, что на резонансе 1,7 кГц в воде такой излучатель имеет КПД около 30%, излучает акустическую мощность на уровне 70 Вт, демонстрируя ресурс не менее 1010 циклов. Высокая удельная мощность (более 300 Вт/м3) при ширине полосы 25% позволяет применять подобный излучатель для малогабаритных и миниатюрных гидроакустических систем, модемов и устройств управления в диапазоне частот от 1,6–2,5 кГц и до 12–18 кГц.

Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010106-1_-2010106-5 (2020) | Рубрика: 06.14

 

Бритенков А.К., Канаков О.И. «Влияние первичных параметров соединительного кабеля на точность измерений электроакустических характеристик мощных низкочастотных гидроакустических излучателей» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010303-1_-2010303-5 (2020)

Специфика разработки низкочастотных гидроакустических излучателей под конкретные задачи накладывает жёсткие требования к обеспечению заданных электроакустических параметров преобразователя, что требует точного измерения характеристик при проведении испытаний. Использование длинного кабеля от системы возбуждения до излучателя без учёта электрических характеристик такой линии приводит с одной стороны, к уменьшению точности измерений, а с другой – к отсутствию оптимального согласования системы возбуждения и низкочастотного излучателя, снижая эффективность работы излучающего комплекса в целом. Исследования влияния кабеля длиной 1 км на результаты измерений электроакустических характеристик излучателя и параметров его эквивалентной схемы показали, что вносимые погрешности при измерении резонансной частоты и ширины полосы частот в диапазоне до 1 кГц несущественны, однако значения напряжения и тока системы возбуждения значительно отличаются от значений тока и напряжения на излучателе. КПД и чувствительность излучателя оказываются занижены по отношению к его реальным характеристикам. В работе приведены рекомендации по методике измерений и обработке экспериментальных данных с учётом первичных параметров кабеля для различных метрологических задач гидро- и электроакустики, радио- и электротехники для любых нагрузок в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот.

Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010303-1_-2010303-5 (2020) | Рубрика: 06.14

 

Крохмаль А.А., Сапожников О.А., Цысарь С.А., Кудан Е.В., Нежурина Е.К., Хесуани Ю.Д., Парфенов В.А. «Биофабрикация кольцеобразного конструкта из тканевых сфероидов в магнитоакустическом поле» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010902-1_-2010902-4 (2020)

Предложен новый метод биофабрикации тканеинженерных конструктов из тканевых сфероидов, основанный на манипулировании сфероидами с помощью магнитного и акустического полей. В отличие от большинства современных методов, использующих каркасы для придания тканевому конструкту нужной формы, в предложенном методе фабрикация производится левитирующими сфероидами. Эффект левитации достигается за счет сильного градиента магнитного поля и разницы парамагнитных восприимчивостей сфероидов и раствора, в котором они находятся. Конструкт был сформирован в области, где гравитация была компенсирована вертикальной компонентой магнитной силы, и из-за магнитного градиента в горизонтальной плоскости тканевые сфероиды перемещались навстречу друг другу, поднимаясь над дном контейнера. В свою очередь, акустическое поле формировало структуру собираемого тканеинженерного конструкта. Одной из наиболее желаемых форм является трубка или кольцо (как предельный случай трубки), так как именно такую форму имеют сосуды в тканях человека. Такая форма была сфабрикована с помощью цилиндрического пьезоэлектрического преобразователя, который создавал стоячее цилиндрическое ультразвуковое поле в своей внутренней области. Акустическая радиационная сила действовала от пучности к узлу, формируя кольцо из тканевых сфероидов. Удерживание сфероидов в такой ловушке в течение 18–20 часов привело к их слиянию в сплошную живую ткань в форме кольца. Изменение частоты и амплитуды ультразвуковой волны позволило регулировать диаметр и толщину конгломерата сфероидов.

Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010902-1_-2010902-4 (2020) | Рубрики: 06.14 06.16

 

Петросян С.А., Цысарь С.А., Свет В.Д., Сапожников О.А. «Акустическая визуализация объектов в жидкостях с помощью матрицы из стержневых волноводов» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2011501-1_-2011501-7 (2020)

На данный момент существует несколько акустических методов визуализации для исследования непрозрачных жидкостей с тепловыми неоднородностями, например, агрессивных химически активных жидкостей и расплавленных металлов, где применение электромагнитных волн зачастую затруднено или просто невозможно, а применение акустических преобразователей для приёма ультразвуковой (УЗ) волны сопряжено с рядом практических трудностей. Главной проблемой при этом является защита пьезопреобразователя от воздействия агрессивной среды и относительно низкая чувствительность высокотемпературных приёмных пьезодатчиков, что затрудняет использование традиционных систем ультразвуковой визуализации. В работе предлагается метод обнаружения и визуализации объектов с использованием сканирующей эхо-импульсной системы, акустические сигналы в которой принимаются через волноводы в виде стальных стержней. Излучение зондирующего импульса в жидкость можно осуществить, используя высокотемпературный пьезоизлучатель, который способен выдержать такие жёсткие условия, либо через стержневой волновод, один конец которого находится в среде с безопасными для работы условиями. На этом конце располагается источник УЗ сигнала. Другой конец погружается в агрессивную жидкость и подводится к участку визуализации для его зондирования. Для регистрации ультразвукового эхо-сигнала, отраженного от объекта исследования, используется многоканальная волноводная система в виде набора металлических стержней, один торец которой находится вблизи объекта визуализации, обеспечивая широкий угол обзора и высокое разрешение. Стержни являются достаточно длинными, так что второй торец приёмной системы находится вне агрессивной жидкости, где уже можно принимать сигналы традиционными методами.

Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2011501-1_-2011501-7 (2020) | Рубрики: 06.14 06.17

 

Николаевцев В.А., Сучков С.Г., Селифонов А.В., Сучков Д.С. «Волна И. Анисимкина как длинноволновая ветвь низшей моды Лэмба» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2011601-1_-2011601-4 (2020)

Исследованы эффективность и селективность возбуждения волны И. Анисимкина в пластине закаленного стекла клиновидным ультразвуковым преобразователем с фазированной решеткой пьезопреобразователей. Установлено, что мода И. Анисимкина в изотропной пластине является вырождением не высшей, а основной симметричной моды Лэмба в длинноволновой области. Построена карта зависимости эффективности возбуждения волн Лэмба и И. Анисимкина от частоты и разности фаз между элементами фазированной решетки. Показано, что эффективное селективное возбуждение волны И. Анисимкина невозможно клиновидным преобразователем с одиночным пьезопреобразователем без использования фазированной решетки.

Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2011601-1_-2011601-4 (2020) | Рубрика: 06.14

 

Антипов М.В., Юртов И.В., Утенков А.А., Федосеев А.В., Огородников В.А., Михайлов А.Л. «Особенности работы пьезоэлектрических датчиков при линейном нарастании давления» Журнал экспериментальной и теоретической физики, 157, № 4, с. 617-623 (2020)

Электрическая реакция и процессы, происходящие в пьезоэлементах, подвергающихся воздействию импульсного давления, обычно описываются для двух крайних случаев: когда время изменения давления гораздо больше времени пробега звуковой волны через пьезоэлемент, при этом давление во всем пьезоэлементе можно считать одинаковым, - режим тонкого датчика, и при нагружении ударной волной прямоугольной формы, когда фронт ударной волны разделяет пьезоэлемент на сжатую и несжатую зоны, – режим толстого датчика. В первом случае напряжение на пьезоэлементе и возникающие в нем электрические поля прямо зависят от подключаемой электрической нагрузки, а выделяемый заряд пропорционален прикладываемому давлению (в линейной области). Во втором случае генерируемый пьезоэлементом ток пропорционален давлению ударно-волнового нагружения, а поля в объеме пьезоэлемента возникают даже в случае короткого замыкания его электродов. В данной работе рассмотрен случай электрической реакции пьезоэлектриков на воздействие давления, значительно изменяющегося за время, соизмеримое со временем пробега звуковой волны по пьезоэлементу. Такая ситуация возникает, например, когда на пьезодатчик налетает высокоскоростной поток частиц, образующийся при выходе ударной волны на свободную поверхность металлической пластины (пыление) [e20049-1,e20049-2,e20049-3,e20049-4]. Расчеты, проведенные в рамках разработанной математической модели, показали, что при нарастающем давлении на пьезоэлемент в его объеме возникают неоднородные по толщине пьезоэлемента электрические поля, величины которых зависят от скорости нарастания давления, а выделяемый электрический заряд пропорционален среднему давлению в пьезоэлементе. При определенных условиях эти поля могут достигать значений, приводящих к возникновению пробойных явлений в пьезоэлементе и к искажению генерируемых сигналов. Приведены экспериментально наблюдавшиеся случаи проявления пробойных эффектов при воздействии на пьезоэлементы быстро нараставших давлений. DOI: 10.31857/S0044451020040045

Журнал экспериментальной и теоретической физики, 157, № 4, с. 617-623 (2020) | Рубрика: 06.14

 

Кулак Г.В., Крох Г.В., Николаенко Т.В., Шакин О.В. «Дифракция бесселевых световых пучков на поверхностных ультразвуковых волнах Гуляева–Блюстейна в кубических пьезоэлектрических кристаллах» Проблемы физики, математики и техники, № 1, с. 50-54 (2020)

Показано, что для акустооптической дефлекции и модуляции бесселевых световых пучков, дифрагированных на поверхностных акустических волнах Гуляева–Блюстейна, следует наряду с прошедшими дифракционными порядками использовать и отраженные дифракционные порядки. Акустооптическая дифракция бесселевых световых пучков может применяться для диагностики поверхностных волн Гуляева–Блюстейна в кубических пьезоэлектрических кристаллах. Дифракция бесселевых световых пучков низших порядков на кристаллических структурах: воздух–GaAs–AlGaAs может быть использована для создания многокоординатных акустооптических дефлекторов и модуляторов.

Проблемы физики, математики и техники, № 1, с. 50-54 (2020) | Рубрики: 06.14 06.17

 

Кузнецова И.Е., Смирнов А.В., Плеханова Ю.В., Решетилов А.Н., Ван Г.-Ц. «Влияние апертуры встречно-штыревого преобразователя на характеристики его выходного сигнала в пьезоэлектрической пластине» Известия РАН. Серия физическая, 84, № 6, с. 790-793 (2020)

Исследовано влияние апертуры и количества пар электродов встречно-штыревых преобразователей (ВШП) на характеристики возбуждаемых акустических сигналов A1 и SH1 в YX-пластине LiNbO3. Обнаруженные зависимости интенсивности сигналов от параметров эксперимента показывают возможность миниатюризации интегральных датчиков, состоящих из решетки сенсоров на основе линий задержки или одиночных ВШП резонаторов.

Известия РАН. Серия физическая, 84, № 6, с. 790-793 (2020) | Рубрика: 06.14

 

Антонов С.Н. «Базовая технология широкополосной высокоэффективной акустооптической ячейки (дефлектора) на кристалле парателлурита» Приборы и техника эксперимента, № 6, с. 82-89 (2019)

Технология создания широкополосного высокоэффективного пьезопреобразователя для генерации медленной акустической моды в акустооптическом кристалле парателлурита основана на акустическом согласовании преобразователя из ниобата лития с парателлуритом методом гальванического нанесения промежуточного слоя олова. Для отвода тепла от преобразователя без акустического демпфирования используется тонкий теплопроводящий слой жидкости между теплоотводом и пьезопреобразователем. Создан широкополосный высокоэффективный дефлектор с центральной частотой ультразвука 37 MГц, частотной полосой более 30 MГц и эффективностью дифракции более 90% на длине волны 1.06 мкм. Достигнут стабильный непрерывный режим работы дефлектора при интенсивностях акустической волны более 20 Вт/см2.

Приборы и техника эксперимента, № 6, с. 82-89 (2019) | Рубрика: 06.14

 

Черепанцев А.С., Салтыков В.А. «Широкополосный акселерометр для исследования высокочастотных собственных шумов Земли» Приборы и техника эксперимента, № 1, с. 130-135 (2020)

Рассмотрена физико-математическая модель акселерометра для регистрации сверхмалых колебаний поверхности (10–10–10–11 м) в диапазоне частот десятки герц, работающего на основе S-моды изгибных колебаний. Результаты моделирования позволили не только сравнить основные расчетные характеристики с экспериментальными параметрами имеющегося макета акселерометра, но и исследовать изменение свойств акселерометра при изменении механических и электрических параметров конструкции. Возможность включения последовательной серии биморфных элементов позволяет повысить чувствительность на выходе преобразователя до 10 В·с2/м в рабочей полосе частот 10–100 Гц, что более чем на порядок превышает чувствительность имеющихся в настоящее время широкополосных систем, выполненных на основе пьезокерамических преобразователей. Резонансная частота акселерометра 520 Гц, поперечная чувствительность ≤1%. Описаны методика и особенности опытной регистрации сейсмических шумов акселерометром на сейсмостанции “Начики” на Камчатке. Показана эффективность использования системы регистрации для наблюдения приливных эффектов в сейсмических шумах.

Приборы и техника эксперимента, № 1, с. 130-135 (2020) | Рубрики: 06.14 09.10 14.02

 

Фремд В.М. «Симметричные трёхкомпонентные вращательные пьезосейсмометры» Сейсмические приборы, 55, № 4, с. 40-50 (2019)

Рассмотрены возможности конструктивной реализации вращательных сейсмометров с использованием принципиально новых двух- и четырёхэлементных пьезодатчиков вращений. На основе подробного рассмотрения существующих пьезоакселерометров для сильных землетрясений предложены конструкции трёхкомпонентных вращательных пьезоакселерометров с симметричным относительно вертикали расположением компонент. Приведен расчёт прибора, пригодного для скважинных наблюдений. Отмечена перспективность использования новых современных пьезоматериалов.

Сейсмические приборы, 55, № 4, с. 40-50 (2019) | Рубрики: 06.14 09.08