Машошин А.И., Цветков А.В. «Методика расчёта глубины проникновения в грунт при морской сейсморазведке» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 17, № 1, с. 95-103 (2024)

Приведена упрощённая методика расчёта глубины проникновения в грунт при морской сейсморазведке, разработанная в интересах обоснования технических характеристик элементов подводного робототехнического комплекса, предназначенного для проведения сейсморазведки подо льдом и включающего: комплект автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА), оснащенных геофонами либо короткими сейсмокосами (стримерами) с датчиками-гидрофонами, а также средствами высокоточного позиционирования; подводную доктанцию, обеспечивающую доставку АНПА в район проведения работ, управление ими, а также буксировку низкочастотных гидроакустических излучателей; береговую инфраструктуру для обслуживания АНПА и док-станции. Разработанная методика учитывает давление, создаваемое гидроакустическим излучателем, а также потери энергии зондирующего сигнала вследствие расширения фронта волны, прохождения сигнала в грунт и обратно, пространственного затухания при распространении сигнала в воде и в грунте, отражения от линзы, содержащей нефть либо газ. Приведены примеры расчёта глубины проникновения в грунт для условий мелкого и глубокого морей в зависимости от давления, создаваемого излучателем, буксируемым на глубине 100 м, при использовании приёмной антенны из гидрофонов, сформированной на глубине 100 м, а также приёмной антенны из геофонов, лежащей на дне. Качественно оценена адекватность разработанной методики путём сравнения результатов расчёта с имеющимися экспериментальными данными. Ключевые слова: морская сейсморазведка, донное зондирование, гидроакустический излучатель

Циберкин К.Б., Тюлькина И.В. «Структура двумерных течений у границы раздела жидкости и насыщенной пористой среды» 9-я Международная конференция – школа молодых ученых «Волны и вихри в сложных средах». Москва, 05–07 декабря 2018 г., с. 165-168 (2018)

Игошин В.Д., Никитина А.Д., Цимоха М.А., Тофтул И.Д., Петров М.И., Фризюк К.С. «Образование исключительных точек при нарушении симметрии резонатора» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 1010-1015 (2023)

Рассматривается образование исключительных точек при нарушении симметрии системы в одиночных акустических резонаторах, которые являются элементарными блоками при создании акустических метаматериалов. Изучение отклика резонаторов вблизи исключительных точек позволяют разработать высокочувствительные сенсоры. Исследован способ описания свойств спектра резонатора вблизи исключительной точки на примере акустического резонатора, форма которого меняется от цилиндра к усеченному конусу.

Цимоха М.А., Игошин В.Д., Никитина А.Д., Тофтул И.Д., Фризюк К.С., Петров М.И. «Классификация и мультипольный состав собственных мод акустических резонаторов различной симметрии» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 1016-1019 (2023)

Описание сложных акустических систем, таких как акустические метаматериалы, зачастую сводится к анализу акустических резонаторов и их собственных мод. В работе с помощью теоретико-групповых инструментов и численного моделирования представлена классификация собственных мод резонаторов разных форм, а также мультипольное разложение для случая акустического рассеяния.

Цукерников И.Е., Невенчанная Т.О., Щурова Н.Е. «Измерения звукоизоляции строительных изделий в натурных условиях с помощью интенсиметрии» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 241 (2023)

The features of determining the sound insulation of building products in field conditions using intensimetry are considered, concerning the choice of the measuring distance, the location and type of the measuring surface in the receiving room. The possibility of applying intensimetry in the presence of interference noise created in the receiving room by reflected sound and indirect noise transmission from the source room has been experimentally shown. A comparative evaluation of the obtained results of measurements and calculations of sound insulation of building structures carried out in two ways: 1. According to the method of GOST 27296-2012 “Buildings and structures. Methods for measuring the sound insulation of building structures”; 2. Intensimetry method according to ISO 15186-2:2003 “Acoustics. Measurement of sound insulation in buildings and building elements using sound intensity – Part 2: Field measurements. The results of sound insulation studies of building structures in conditions where the method of GOST 27296 is not applicable are considered. The limitations of the application of the intensimetry method for assessing sound insulation in natural conditions are determined. It is concluded that it is expedient to introduce in Russia the international standard ISO 15186-2, which establishes a method for determining the insulation of airborne noise by building products in natural conditions based on sound intensity measurements.

Цукерников И.Е., Невенчанная Т.О., Тихомиров Л.А. «Спектральные коэффициенты связи между корректированными виброскоростями и значениями в октавных полосах частот» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 1126 (2023)

Оценка вибрации, создаваемой подвижным составом железнодорожного транспорта в помещениях жилых и общественных зданий, расположенных вблизи железнодорожных линий, в соответствии с положениями СП 441.1325800.2019 может выполняться по вибрационным характеристикам поездов (значения параметра вибрации (виброскорости или виброускорения) на опорном расстоянии от оси ближнего железнодорожного пути). Несмотря на то, что по действующему санитарному законодательству нормируемым параметром вибрации в помещениях жилых и общественных зданий является корректированное значение виброускорения, прогнозный расчет в соответствие с СП следует выполнять в октавных полосах нормируемого частотного диапазона в силу частотной зависимости параметров грунта, используемых в расчете. В настоящей работе рассматривается методика определения спектральных коэффициентов связи между корректированными значениями вибрационных характеристик железнодорожного транспорта и их значениями в октавных полосах частот. Приведены значения вибрационных характеристик и спектральных коэффициентов связи для пригородных электропоездов, определенные по результатам статистической обработки измерений виброскорости вблизи линии Савеловского направления г. Москвы при прохождении 87 электропоездов. Полученные значения могут быть использованы для выполнения прогноза вибрации и структурного шума от движения пригородных электропоездов, движущихся со скоростями в диапазоне 30–60 км/ч, в котором выполнены измерения. В дальнейшем целесообразно распространить рассмотренную методику на другие типы железнодорожного движения (пассажирские, грузовые и скоростные поезда) и оценить возможность использования полученных значений коэффициентов связи для прогноза вибрации от движения пригородных электропоездов на действующих железнодорожных линиях по измерениям только корректированных значений виброскорости.

Егошина В.Д., Гонгальский М.Б., Цурикова У.А., Андреев В.Г., Осминкина Л.А. «Порог акустической кавитации в водных суспензиях пористых кремниевых наночастиц с различной степенью гидрофобности поверхности» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 776 (2023)

Наночастицы пористого кремния (пКНЧ) являются перспективным материалом для создания контейнеров, позволяющих обеспечить адресную доставку лекарств при терапии рака. Высвобождение лекарств из контейнеров может производиться под действием ультразвука. Основным механизмом при этом служит акустическая кавитация. Для её возникновения и развития требуется, чтобы амплитуда акустического давления превышала пороговое значение, величина которого существенно зависит от наличия зародышей кавитации в виде микроскопических газовых пузырьков. При определённых условиях в порах пКНЧ может оставаться достаточно много газа, который высвобождается под действием ультразвука и создает условия для развития кавитации. В работе исследована зависимость порогов акустической кавитации в водных суспензиях пКНЧ от степени гидрофобности их поверхности. ПКНЧ со средним размером 100 нм изготавливались механическим измельчением пленок пористого кремния (ПК) в этаноле. Такие пКНЧ исходно характеризуются гидрофильной поверхностью. Для получения амфифильных (гидрофобно-гидрофильных) наночастиц, пленки ПК перед измельчением гидрофобизировались путем модификации поверхности октадецилсиланом. При измельчении в этаноле гидрофобных пленок ПК до наночастиц, происходит разрыв кремний-кремниевых связей с последующим их окислением, за счет чего поверхность частично гидрофилизируется. Показано, что порог акустической кавитации в суспензиях амфифильных пКНЧ существенно снижается по сравнению с гидрофильными КНЧ. Величина порога акустической кавитации в суспензии амфифильных наночастиц с концентрацией 1 мг/мл оставалась практически постоянной в течение 5 дней. Полученные результаты важны для разработки методов сонодинамической терапии раковых заболеваний с использованием пКНЧ.

Сапожников О.А., Асфандияров Ш.А., Цысарь С.А. «Источник фокусированных ультразвуковых волн для исследования эффекта акустической радиационной силы в воздушной среде» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 867-871 (2023)

Николаев Д.А., Цысарь С.А., Крайдер У., Сапожников О.А. «Широкополосная калибровка гидрофонов мегагерцового диапазона частот методом взвешивания акустического пучка и измерения его голограммы» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 954-959 (2023)

Предложен метод абсолютной калибровки гидрофонов в мегагерцовом диапазоне частот. С этой целью применяется комбинация двух типов экспериментальных измерений. Первое измерение заключается в записи калибруемым гидрофоном акустического сигнала в точках поверхности, пересекаемой ультразвуковым пучком при возбуждении излучателя импульсным электрическим сигналом. Получаемая пространственно-временная запись ультразвукового сигнала (импульсная голограмма) содержит полную информацию об акустическом пучке. Искажение голограммы, вызванное конечным размером приемного элемента, компенсируется с учетом экспериментально измеренной диаграммы направленности гидрофона. Второй эксперимент заключается в измерении акустической радиационной силы, оказываемой ультразвуковым пучком на поглотитель большого диаметра при возбуждении того же излучателя монохроматическими сигналами в пределах полосы его эффективности. Совмещая результаты измерений импульсной голограммы и радиационной силы, определяется чувствительность гидрофона в диапазоне рабочих частот акустического излучателя. Проведена калибровка двух гидрофонов разных конструкций – игольчатого (HNA-0400, Onda, USA) и капсульного (HGL-0200, Onda, USA) в частотном диапазоне 1–3 МГц. Показано, что в пределах указанной производителем гидрофонов неточности (1 дБ) калибровка предложенным методом совпала с паспортной.

Цысарь С.А., Петросян С.А., Росницкий П.Б., Сапожников О.А. «Использование многоэлементной фокусированной антенной решётки с элементами большого волнового размера для ультразвуковой визуализации в фокальной области» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 908 (2023)

Для некоторых приложений ультразвуковой (УЗ) диагностики в промышленности требуются устройства, способные работать при высокой температуре, высокой химической активности иммерсионной среды, большом гидростатическом давлении или воздействии других неблагоприятных факторов. В этих условиях применение стандартных систем УЗ визуализации становится невозможным. Одним из решений является передача ультразвукового поля из области с агрессивными условиями в более благоприятную для проведения измерений среду, например, с помощью волноводной сборки или линзовой системы. Однако при использовании подобных решений возникают дополнительные проблемы, связанные с энергетическими потерями и искажением поля при прохождении через транслирующую ступень. В настоящей работе предлагается альтернативный метод УЗ визуализации, основанный на использовании многоэлементной антенной решетки с большим волновым размером элементов (когда их диаметр намного превышает длину волны), которые могут быть изготовлены из высокотемпературных пьезоматериалов с сохранением приемлемого уровня чувствительности. Основной проблемой при использовании больших элементов является узость их диаграмм направленности, из-за чего на небольшом расстоянии от плоской решётки не выполняется условие перекрытия зон чувствительности всех элементов, необходимое для их совместной работы. При расположении элементов на вогнутой сферической поверхности удается обеспечить пересечение зон излучения-приема всех элементов вблизи центра кривизны излучающей поверхности. Таким образом, в этой области возможна визуализация с высоким поперечным разрешением, определяемым длиной волны на центральной частоте и угловой апертурой решётки. Для проверки работоспособности предложенного метода УЗ визуализации были проведены демонстрационные измерения в воде с использованием двумерной фокусирующей 256-элементной мозаичной абсолютно плотной решетки с радиусом кривизны 150 мм, диаметром 200 мм, центральной рабочей частотой 1.2 МГц, и характерным линейным размером элементов 13 мм (Imasonic, France). В качестве объектов визуализации использовались фигуры из стальной проволоки разного диаметра (1–3 мм), облучаемые в эхо-импульсном режиме. Показано, что метод позволяет осуществлять УЗ визуализацию в фокальной области решетки с высоким поперечным разрешением (до 2 мм), соответствующим теоретическим оценкам.

Коровко Е.П., Цысарь С.А., Росницкий П.Б., Хохлова В.А., Сапожников О.А. «Компенсация неоднородностей фаз поверхности 256-элементной фокусирующей ультразвуковой решетки методом акустической голографии» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 909 (2023)

В медицинских приложениях ультразвука необходимо уметь создавать необходимую для конкретного приложения пространственно-временную структуру акустического поля. В диагностике и микроскопии это позволяет повысить пространственное разрешение ультразвукового изображения, а при использовании мощного ультразвука в терапии – контролировать пространственное распределение интенсивности в зоне воздействия; важным также является подавление нежелательных боковых лепестков и паразитных максимумов, возникающих при применении многоэлементных излучателей. При этом точный расчёт акустического поля невозможен без знания характера колебаний поверхности источника. В настоящей работе методом акустической голографии проведена характеризация абсолютно плотной фокусирующей 256-элементной ультразвуковой решётки с нерегулярным мозаичным расположением элементов. Элементы имеют вид многоугольников равной площади, плотно расположенных на участке сферической поверхности в виде вогнутой чаши с радиусом кривизны 150 мм и диаметром 200 мм. Решётка имеет центральную рабочую частоту 1.2 МГц и рассчитана для работы в воде. В рамках данного исследования проведен следующий эксперимент: в режиме импульсного возбуждения элементов производилась запись нестационарной голограммы вдоль плоской поверхности между излучателем и его фокальной плоскостью, после чего проводилась численная реконструкция нормальной компоненты колебательной скорости на поверхности источника. По результатам измерений было выявлено отклонение фаз скоростей на элементах от номинальных значений, что могло быть вызвано либо несферичностью поверхности расположения элементов, либо внесением дополнительных фазовых задержек согласующей электрической цепью. Для восстановления эффективной сферичности излучающей поверхности осуществлялась коррекция фаз электрических сигналов на элементах с использованием управляющей системы Verasonics V-1. Был разработан и применен протокол излучения с внесением поканальных задержек, компенсирующих фазовые сдвиги, обнаруженные на исходной акустической голограмме. После указанной коррекции была измерена новая голограмма, а также форма фокального пятна и значение амплитуды в фокусе. Показано, что компенсация позволила восстановить эффективную сферичность решётки и за счёт этого уменьшить размер фокальной области на 5% по уровню –6 дБ, увеличить пиковое значение давления в фокусе на 10%, а также упростить расчёт фазовых задержек для электронного перемещения фокуса и создания полей с заданной структурой.

Росницкий П.Б., Цысарь С.А., Карзова М.М., Буравков С.В., Данилова Н.В., Пономарчук Е.М., Юлдашев П.В., Сапожников О.А., Кадрев А.В., Черняев А.Л., Черников В.П., Охоботов Д.А., Камалов А.А., Хохлова В.А. «Неинвазивная механическая деструкция аденокарциномы простаты человека ex vivo методом гистотрипсии с кипением» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 783 (2023)

В клинической практике уже более 25 лет применяется метод неинвазивной тепловой абляции локализованного рака простаты с помощью мощного сфокусированного ультразвука. Несмотря на многолетнее успешное использование такого подхода, остаются некоторые проблемы, связанные с диффузией тепла из таргетной области и сложностями мониторинга процесса облучения с использованием ультразвуковых методов (УЗИ). Поэтому возможность реализации нетепловых методов абляции представляет значительный интерес для исследования. В работе представлены пилотные результаты, демонстрирующие возможность неинвазивной механической деструкции аденокарциномы простаты человека ex vivo методом гистотрипсии с кипением. Использовался сфокусированный излучатель с рабочей частотой 1.5 МГц и номинальным углом фокусировки 84°. Для характеризации акустического поля in situ в фокусе излучателя и выбора рабочей акустической мощности применялся численный алгоритм, основанный на методе акустической голографии и решении уравнения Вестервельта. Воздействие проводилось в импульсно-периодическом режиме с длительностью импульсов 10 мс, периодом следования 1 с, дозой 30 импульсов на точку фокуса и расстоянием 1 мм между однофокусными разрушениями. Акустическая мощность излучателя составляла 734 Вт. Положения фокуса внутри аутопсийного образца ткани простаты во время воздействия отслеживались с использованием диагностического УЗИ-датчика, работающего в B-режиме по расположению эхогенной области. В результате облучения опухоли было получено объемное разрушение до состояния жидкой суспензии объемом 30 мм³, которое также хорошо визуализировалось на УЗИ как гипоэхогенная область. После воздействия был проведен гистологический анализ разрушения, который подтвердил наличие опухоли и ее деструкцию на фрагменты субклеточных размеров.

Асфандияров Ш.А., Росницкий П.Б., Цысарь С.А., Хохлова В.А., Синицын В.Е., Мершина Е.А., Сапожников О.А. «Метод ультразвуковой транскраниальной визуализации с использованием двумерной антенной решётки» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 866 (2023)

Котельникова Л.М., Цысарь С.А., Николаев Д.А., Сапожников О.А. «Измерение акустической радиационной силы, действующей на упругий сферический рассеиватель в жидкости при его облучении фокусированным ультразвуковым пучком» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 947-953 (2023)

Представлены результаты измерений вертикальной компоненты радиационной силы методом взвешивания для упругих сферических рассеивателей миллиметровых размеров (диаметрами 4–8 мм) из различных материалов (сталь, стекло, нейлон). Рассеиватель крепился в системе тонких натянутых лесок, которые опирались на жесткую конструкцию, взвешиваемую на электронных весах с точностью 4 мг. Ультразвуковой пучок генерировался в бассейне с водой вогнутым пьезокерамическим излучателем с центральной частотой 1 МГц, фокусным расстоянием 70 мм и диаметром 100 мм. Излучатель был закреплен на системе позиционирования, позволявшей перемещать его вдоль трех взаимно перпендикулярных осей. Ось излучателя была направлена вертикально вниз. Результаты экспериментальных измерений радиационной силы сравнивались с численными расчетами, основанными на методе разложения акустического пучка излучателя в угловой спектр. При сравнении с предсказаниями теоретической модели недостатком метода оказалось появление осцилляций в зависимости силы от расстояния при нахождении рассеивателя в фокальной области излучателя. Причиной являлись стоячие волны, возникавшие между поверхностями рассеивателя и пьезоэлектрического источника. Для устранения указанного артефакта и повышения точности измерений радиационной силы в настоящей работе был использован подход, позволяющий минимизировать отражение акустических волн от поверхности пьезопреобразователя путем подбора величины нагруженного на него электрического импеданса.

Кренделева А.Д., Лапина А.В., Крохмаль А.А., Цысарь С.А., Сапожников О.А. «Моделирование поля внутри многоэлементного цилиндрического преобразователя для целей биофабрикации цилиндрических клеточных конструктов» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 834 (2023)