Помазанов А.В., Волик Д.П., Шибаев С.С. «Акустооптические дефлекторы акустооптического частотомера» Известия Южного федерального университета. Технические науки, № 6, с. 160-171 (2020)

Методы функциональной электроники, к которым относится и акустооптический (АО) метод обработки радиосигналов, прочно занимают лидирующие позиции даже по сравнению с методами цифровой обработки сигналов, когда требуется за минимальное время в широкой полосе анализа с высокой точностью определить частотные и временные параметры нескольких одновременно действующих на входе радиоприёмного устройства сигналов. С развитием технологий и новых материалов их применение становится ещё более актуальным так как по интегральному показателю, учитывающему потребляемую мощность, габаритные размеры, массу акустооптические измерители занимают первые места среди прочих типов измерителей параметров радиосигналов. Акустооптические частотомеры как вид акустооптических измерителей параметров радиосигналов прочно занимают своё место в технике оценки параметров радиосигналов благодаря уникальным характеристикам – многосигнальность, разрешающая способность, сравнительно малые массогабаритные характеристики и потребляемая электрическая мощность при приемлемом динамическом диапазоне входных радиосигналов и точности оценки частоты. Данные устройства способны практически мгновенно осуществлять перенос радиосигнала из временной области в частотную и находят применение в системах пассивного радиоконтроля, для которых важными параметрами являются не только диапазон рабочих частот, частотное разрешение, точность измерения частоты и фазы анализируемых радиосигналов, а также энергопотребление, масса и габариты, которые становятся существенными при использовании радиотехнических измерителей в мобильных и космических измерительных комплексах. По этой причине во многих странах мира акустооптические частотомеры с успехом применяются в авиационной и космической технике. Технические параметры АО частотомеров такие как полоса рабочих частот, неравномерность коэффициента передачи до детекторного тракта, эффективность акустооптического взаимодействия и другие во многом определяются параметрами акустооптических дефлекторов (АОД). Из всех конструктивных элементов АО частотомеров АОД является самым дорогостоящим. С технологической точки зрения наряду с полупроводниковыми лазерами, фотоприёмными устройствами АОД при изготовлении так же требуют применение высоких технологий. Наряду с задачей разработки и изготовления АОД не маловажной и технически достаточно сложной, что отражается на стоимости образцов АОД, является задача разработки методов расчёта, контроля и измерения параметров АОД. Авторы настоящей работы, являясь сотрудниками лаборатории «Нанофотоники и оптоэлектроники» Южного федерального университета, решили задачу расчёта технических и технологических параметров АОД двух диапазонов частот, разработали конструкторскую документацию, по которой были изготовлены образцы АОД, разработали методику испытаний АОД на соответствие требуемым техническим параметрам, провели испытания, по результатам которых осуществили корректировку параметров электродинамической структуры АОД. Приводятся расчёт параметров и математическое моделирование электродинамической структуры АОД, методика измерения параметров АОД, структурная схема измерительной установки, реализующей предложенный метод, результаты экспериментальных исследований образцов АОД двух диапазонов частот. Показано, что корректировка электродинамической структуры позволяет в ограниченных пределах изменять параметры АОД. Следовательно, с помощью лишь подстроечной ёмкости нельзя согласовать полученные параметры с данными ТЗ, а необходимо выполнить корректировку топологии согласующей системы. Теоретические расчёты и моделирование были подтверждены результатами экспериментальных исследований, изготовленных в соответствии с разработанной документацией образцов АОД.

Малыхин А.Ю., Скрылёв А.В., Панич А.А. «Терапевтический фокусирующий ультразвуковой преобразователь» Известия Южного федерального университета. Технические науки, № 6, с. 213-221 (2020)

Настоящее исследование выполнено на стыке двух направлений: инженерно-технологического и биомедицинского, в результате которого разработан терапевтический фокусирующий ультразвуковой преобразователь, предназначенный для выявления и неинвазивного лечения новообразований. Принцип действия заключается в излучении ультразвуковых колебаний высокой интенсивности в пятно фокуса (High Intensity Focused Ultrasound – HIFU). Это позволяет точечно воздействовать на выбранные области и проводить абляцию воспалённых, либо чужеродных тканей без открытого хирургического вмешательства. На основе характеристик пьезокерамических материалов, выпускаемых в НТБ «Пьезоприбор» выполнено математическое моделирование HIFU-преобразователя. Основу составляет пьезокерамический элемент, выполненный в форме тонкостенного сегмента сферы с центральным отверстием, изготовленный из пьезоматериала П П-35. Центральное отверстие диаметром 41,4 мм предназначено для датчика визуализации, выполняющего роль «наводчика» сфокусированного ультразвукового пучка. Принцип работы преобразователя заключается в следующем: фокусное пятно с максимальным акустическим давлением находится в области, захватываемой УЗИ-совместимым датчиком. Изображение передаётся на монитор, после чего принимается решение на какие области и с какой интенсивностью воздействовать ультразвуковым преобразователем. Изучены амплитудно-частотные характеристики преобразователя. Получены зависимости активной проводимости от частоты в свободном и нагруженном на воду состояниях. Измерены уровни акустического давления в пятне фокуса. Построены диаграммы распределения интенсивности излучения в плоскости и в трехмерном пространстве, проведены работы по воздействию ультразвукового преобразователя на различные органические материалы и ткани: органическое стекло толщиной 10 мм, мышечная ткань курицы. Получены зависимости силы воздействия от подводимой к преобразователю мощности, а также частоты задающего сигнала. Экспериментально показана возможность использования преобразователя в составе комплекса HIFU-терапии. Сформулированы выводы о перспективах использования одноэлементных фокусирующих ультразвуковых преобразователей и многоэлементных с распределённым пятном фокуса.