Царев А.В. «Численное моделирование методом конечных разностей во временной области компактных акустооптических фильтров на основе многоотражательного расширения пучка» Квантовая электроника, 37, № 4, с. 393-398 (2007)

Обсуждаются результаты численного моделирования нового типа акустооптических (АО) перестраиваемых фильтров, основанных на эффекте многоотражательного расширения пучка в волноводных структурах. Рассмотрена реализация фильтров в планарных волноводах на основе тонких покрытий халькогенидного стекла (As₂S₃) на ниобате лития (LiNbO₃). Анализ работы устройств основывался на численных экспериментах методом конечных разностей во временной области (FDTD) с использованием лицензионного программного обеспечения FullWAVE от компании RSoft Design Group, Inc. Показано, что предлагаемые оптические элементы обладают очень высокими дисперсионными свойствами, позволяющими при предельно малых габаритах самого АО фильтра обеспечить узкую линию фильтрации в полосе перестройки более 100 нм (на длине волны 1.54 мкм). Важно, что удельная ширина линии (в единицах обратной длины устройства) на порядок меньше теоретического предела для существующих типов АО фильтров, реализованных в том же материале обычным путем, без многоотражательного расширения пучка.

Болотина И.О., Евтушенко Г.С., Солдатов А.И., Цехановский С.А. «Определение местоположения источников сигналов акустической эмиссии с помощью фазированной антенной решётки» Известия Томского политехнического университета, 306, № 1, с. 59-63 (2003)

Предлагается метод обработки сигналов преобразователей фазированной антенной решётки и на его основе устройство для определения координат источников сигналов акустической эмиссии. Сигналы акустической эмиссии принимаются преобразователями, представляющими собой две ортогонально ориентированные линейные фазированные антенные решётки. Выходная информация формируется перемножением двух сигналов, каждый из которых образуется как сумма произведений сигналов преобразователей каждой антенной решётки, а местоположение источника акустической эмиссии определяют по визуализируемому двумерному изображению акустического поля зоны контроля.

Коротин П.И., Потапов О.А., Соков А.М., Фикс Г.Е., Фикс И.Ш., Циберев А.В. «Экспериментальные исследования активного гашения звукового поля на дискретных частотах» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Шумы и вибрации", с. 19-27 (2014)

Для решения задач активного гашения звука (задач управления волновыми полями) разрабатывают и используют так называемые ''интеллектуальные'' покрытия, позволяющие управлять импедансом поверхности, окружающей источник звука, или область пространства, где необходимо обеспечить снижение интенсивности звука. Создание таких покрытий встречает существенные технические проблемы, что затрудняют их практическое внедрение. В работе применительно к задачам звукоизоляции установок, для которых основной вклад в общий уровень шума сосредоточен в низкочастотных дискретных спектральных компонентах, описана практическая реализация системы активного гашения (компенсации) звука во внешнем пространстве с уменьшением общего уровня излучения. Принцип работы системы можно назвать стандартным: создание поля, инверсного по отношению к полю, первичного источника излучения квазимонохроматических сигналов. Одной из особенностей системы является то, что измерительная и компенсирующая поверхности находятся в непосредственной близости. Инверсное поле создается с помощью системы актуаторов – управляемых излучателей, по сигналам приемников давления. Алгоритм компенсации заключается в следующем. По измеренному приемниками полю в некоторый момент времени, определяется величина напряжения, подаваемого на актуаторы (корректирующее воздействие), которое суммируется с "текущим" значением напряжения, и подается на актуаторы в следующий момент времени. Это воздействие происходит дискретно (в эксперименте – примерно один раз в секунду). Основой системы являлся управляемый многоканальный цифровой генератор, формирующий сигналы, подаваемые на актуаторы на нескольких дискретных частотах, выбранных для компенсации. Экспериментальные исследования эффективности системы проводились в акустической безэховой камере. Система компенсации конструктивно представляла собой 64 приемника давления, расположенных на сферической поверхности диаметром 1 метр и 30 излучателей расположенных на гранях куба вписанного в эту поверхность. Внутри находился первичный источник излучения. Для устранения влияния разного рода переотражений, неидентичности актуаторов и т.д. предварительно производилась акустическая калибровка системы. Эффективность компенсации оценивалась по интегральному снижению поля на удаленной контрольной поверхности. Средняя величина компенсации уровня излучения на частотах диапазона 400–800 Гц составила примерно 10 дБ. Эксперименты подтвердили устойчивость работы системы компенсации по отношению к изменениям амплитуды и фазы излучения первичного источника и нестационарности его положения.

Ципилев В.П. «Стенд для исследования кинетики взрывного разложения конденсированных сред при воздействии импульсов лазерного излучения» Известия Томского политехнического университета, 306, № 4, с. 99-103 (2003)

Представлено описание стенда для исследования кинетики взрывного разложения взрывчатых веществ при воздействии импульсов лазерного излучения. Разработанный стенд позволяет с наносекундным временным разрешением синхронно изучать движение передней (облучаемой) поверхности образца, свечение взрывного разложения и детонационного фронта, электропроводность и акустический отклик образца, свечение разлетающихся продуктов взрыва. Стенд позволяет проводить раздельно исследования процессов, протекающих в зоне облучения лазерным пучком и за пределами этой зоны при вариации плотностей мощности лазерного воздействия от допороговых до многократно превышающих пороговые величины.

Цукерников И.Е., Шубин И.Л., Тихомиров Л.А., Невенчанная Т.О. «Разработка национального стандарта на требования к качеству и критериям тестирования программного обеспечения для расчетов уровня шума на местности» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Шумы и вибрации", с. 49-55 (2014)

В настоящее время в России для ускорения и упрощения акустических расчетов внешнего шума используются разнообразные программные продукты как отечественной, так и зарубежной разработки. Зачастую при применении этих программных продуктов не представляется возможным проверить корректность реализации алгоритмов расчетов и правильность полученных результатов. В связи с этим в международной организации по стандартизации в 2012 г. поставлена тема по разработке стандарта, устанавливающего требования к качеству данных программных продуктов и регламентирующего критерии их тестирования. Аналогичная тема включена в план национальной стандартизации на 2013–2014 гг. В ее рамках разработан проект стандарта, который, позволял бы оценить способ реализации в программном обеспечении используемых на территории Российской Федерации расчетных методик, и сделать сами расчеты максимально открытыми и прозрачными. В настоящем докладе описаны результаты выполненной работы, рассмотрены основные положения проекта стандарта. Рассмотрен также вопрос создания единого формата данных, который позволял бы синхронизировать и осуществлять перенос результатов и исходных данных между различными программными средствами.

Цукерников И.Е., Шубин И.Л., Тихомиров Л.А., Невенчанная Т.О. «Разработка национального стандарта на требования к качеству и критериям тестирования программного обеспечения для расчетов уровня шума на местности» Ученые записки физического факультета МГУ, № 6, с. 146303 (2014)

В настоящее время в России для ускорения и упрощения акустических расчетов внешнего шума используются разнообразные программные продукты как отечественной, так и зарубежной разработки. Зачастую при применении этих программных продуктов не представляется возможным проверить корректность реализации алгоритмов расчетов и правильность полученных результатов. В связи с этим в международной организации по стандартизации в 2012 г. поставлена тема по разработке стандарта, устанавливающего требования к качеству данных программных продуктов и регламентирующего критерии их тестирования. Аналогичная тема включена в план национальной стандартизации на 2013–2014 гг. В ее рамках разработан проект стандарта, который, позволял бы оценить способ реализации в программном обеспечении используемых на территории Российской Федерации расчетных методик, и сделать сами расчеты максимально открытыми и прозрачными. В докладе описаны результаты выполненной работы, рассмотрены основные положения проекта стандарта. Рассмотрен также вопрос создания единого формата данных, который позволял бы синхронизировать и осуществлять перенос результатов и исходных данных между различными программными средствами.

Цыганов М.А., Бикташев В.Н., Бриндли Дж., Холден А.В., Иваницкий Г.Р. «Волны в кросс-диффузионных системах – особый класс нелинейных волн» Успехи физических наук, 177, № 3, с. 275-300 (2007)

Представлен обзор работ по исследованию возбудимых пространственно распределенных систем с кросс-диффузией компонентов. Особое внимание уделено характерным для этих систем новым волновым явлениям, таким как квазисолитонное и полусолитонное взаимодействие волн возбуждения помимо стандартного несолитонного взаимодействия, сопровождающегося взаимной аннигиляцией волн. Показана связь различных режимов взаимодействия с вариациями формы профиля волн. Примером кросс-диффузионных систем являются популяционные системы с таксисом. На основании исследований математических моделей и экспериментов с бактериальными популяциями волны в возбудимых кросс-диффузионных системах можно выделить в особый класс нелинейных волн.

Дембелова Т.С., Цыренжапова А.Б., Макарова Д.Н., Дамдинов Б.Б., Бадмаев Б.Б. «Акустическое исследование сдвиговых вязкоупругих свойств коллоидных суспензий наночастиц» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Физическая акустика", с. 13-17 (2014)

Акустическим резонансным методом измерен комплексный модуль сдвига коллоидных суспензий наночастиц диоксида кремния в полимерной жидкости ПЭС-2 в зависимости от угла сдвиговой деформации. Для исследования в качестве вибратора применен пьезокварцевый кристалл с резонансной частотой 73 кГц. Показано изменение вязкоупругих свойств суспензий по сравнению с базовой жидкостью в зависимости от концентрации и размеров наночастиц.

Дембелова Т.С., Цыренжапова А.Б., Макарова Д.Н., Дамдинов Б.Б., Бадмаев Б.Б. «Акустическое исследование сдвиговых вязкоупругих свойств коллоидных суспензий наночастиц» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145301 (2014)

Акустическим резонансным методом измерен комплексный модуль сдвига коллоидных суспензий наночастиц диоксида кремния в полимерной жидкости ПЭС-2 в зависимости от угла сдвиговой деформации. Для исследования в качестве вибратора применен пьезокварцевый кристалл с резонансной частотой 73 кГц. Показано изменение вязкоупругих свойств суспензий по сравнению с базовой жидкостью в зависимости от концентрации и размеров наночастиц.

Цырюльников И.С., Маслов А.А., Миронов С.Г., Поплавская Т.В., Кириловский С.В. «Об эффективности метода звукопоглощающих покрытий в колебательно-возбужденном гиперзвуковом потоке» Письма в Журнал технической физики, 41, № 4, с. 61-67 (2015)

Приведены результаты экспериментального исследования воздействия пористой звукопоглощающей вставки на интенсивность пульсаций давления на поверхности пластины под углом атаки 10.2°, обтекаемой высокотемпературным гиперзвуковым потоком углекислого газа. Экспериментально определен модовый состав возмущений в ядре потока импульсной аэродинамической трубы, выявлено доминирование акустических возмущений быстрой моды. Показано, что в случае воздействия на ударный слой акустических возмущений быстрой моды звукопоглощающая вставка ослабляет интенсивность пульсаций давления на поверхности пластины по сравнению со сплошной поверхностью. Результаты экспериментов сопоставлены с данными численного моделирования.

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.

Николаева А.В., Цысарь С.А., Сапожников О.А. «Акустическая радиационная сила при падении ультразвукового пучка на сферический твердотельный рассеиватель в жидкости» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Нелинейная акустика", с. 45-52 (2014)

Рассматривается проблема прецизионного измерения акустической радиационной силы при падении ультразвукового пучка на мишень в виде твердотельного шарика. На основе известных аналитических соотношений разработана численная модель для расчета силы в случае сферического рассеивателя произвольного размера при падении плоской гармонической волны. Описаны экспериментальные исследования по измерению радиационной силы в широком диапазоне интенсивностей падающей волны с использованием двух методов, различающихся по способу контроля положения мишени. Приведены схемы экспериментальных установок, методы измерений радиационной силы, графически представлены полученные экспериментальные данные и проведен анализ результатов.

Цысарь С.А., Сапожников О.А., Крейдер У. «Нелинейная акустическая голография для исследования терапевтических источников мощного ультразвука» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145345 (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.

Анненкова Е.А., Сапожников О.А., Цысарь С.А. «Модель пузырька газа миллиметрового размера в биоткани и особенности построения ультразвукового изображения» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Биомедицинские приложения", с. 31-37 (2014)

Долгое время неинвазивная хирургия, использующая высокоинтенсивный фокусированный ультразвук (HIFU: High Intensity Focused Ultrasound), основывалась на тепловом эффекте – нагревании и разрушении ткани, вызванными поглощением ультразвука. Если тепловое разрушение преобладает при умеренных уровнях интенсивности в фокусе, то более высокие интенсивности могут привести к другим биологическим эффектам. Если температура поднимается до 100°С в процессе действия ультразвука, в ткани возникают пузырьки из-за кипения, вносящие дополнительное механическое разрушение. Так как выяснилось, что образование пузырьков пара при кипении кардинальным образом меняет процесс воздействия ультразвука на биологическую ткань, то встал вопрос важности диагностирования данных пузырьков в организме пациента при проведении терапии мощным фокусированным ультразвуком. Исследование именно таких, непростых как в теоретическом, так и в экспериментальном изучении объектов с размерами порядка или даже меньше разрешающей способности ультразвукового диагностического сканера проводится в данной работе. Важно отметить, что пузырьки газа миллиметровых размеров, возникающие при кипении ткани, являются сильными рассеивателями, в то время как при рассмотрении человеческих органов рассеяние достаточно мало, и построение ультразвукового изображения базируется на слабых рассеянных сигналах. В современных сканерах сигналы от сильных рассеивателей ограничиваются, что приводит к тому, что разные по силе рассеиватели выглядят на изображении идентично, в виде ярких пятен одинакового размера. Соответственно, по таким изображениям пузырьков нет возможности определить их истинный размер. В связи с данной проблемой было проведено несколько этапов исследования. Была предложена и исследована модель неподвижного пузырька в виде пенопластового сферического образца. Разработана программа, выполняющая два режима работы ультразвукового сканера: с падающей плоской волной и с падающей сфокусированной волной. Результаты расчетов данной программы подтвердили, что объекты меньше разрешающей способности прибора имеют ультразвуковые изображения, превышающие истинные размеры рассматриваемого объекта. Проведены эксперименты с реальным ультразвуковым сканером и моделями из пенопласта, подтверждающие данные особенности. А также проделаны теоретические расчеты для абсолютно мягкой сферы, которые показали, что возможен способ определения истинного размера рассеивателя на ультразвуковом изображении не по размеру изображения, а по его яркости.