Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

ИНТЕРФЕРО́МЕТР АКУСТИ́ЧЕСКИЙ

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 11. Москва, 2008, стр. 466

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: А. С. Химунин
Рис. 1. Схема акустического интерферометра: 1 – акустическая труба; 2 – излучатель звука; 3 – эталонный отражатель; 4 – образец материала; 5 – генератор; 6 – микрофон; 7 – штанга; 8 – усилитель.

ИНТЕРФЕРО́МЕТР АКУСТИ́ЧЕСКИЙ, уст­рой­ст­во для аку­сти­че­ских из­ме­ре­ний, ос­но­ван­ное на ин­тер­фе­рен­ции пло­ских аку­стич. волн. На час­то­тах зву­ко­во­го диа­па­зо­на И. а. ис­поль­зу­ет­ся в ар­хи­тек­тур­ной аку­сти­ке, транс­порт­ном ма­ши­но­строе­нии и строи­тель­ст­ве при­ме­ни­тель­но к за­да­чам зву­ко­изо­ля­ции и виб­ро­га­ше­ния. С его по­мо­щью оп­ре­де­ля­ют им­пе­данс аку­сти­че­ский, ко­эф­фи­ци­ен­ты от­ра­же­ния и по­гло­ще­ния зву­ка об­раз­цов аку­сти­че­ских ма­те­риа­лов и кон­ст­рук­ци­он­ных эле­мен­тов. Та­кие И. а. пред­став­ля­ют со­бой от­ре­зок т. н. аку­стич. тру­бы 1 (рис. 1), на од­ном тор­це ко­то­ро­го смон­ти­ро­ван из­лу­ча­тель зву­ка 2 порш­не­во­го ти­па (напр., элек­тро­ди­на­ми­че­ский). На др. тор­це ус­та­нав­ли­ва­ют эта­лон­ный от­ра­жа­тель 3 с мак­си­маль­но боль­шим аку­стич. им­пе­дан­сом или ис­сле­дуе­мый об­ра­зец ма­те­риа­ла 4. При воз­бу­ж­де­нии из­лу­ча­те­ля на­пря­же­ни­ем зву­ко­вой час­то­ты от ге­не­ра­то­ра 5 вдоль оси из­ме­рит. ка­ме­ры (аку­стич. тру­бы) воз­ни­ка­ет сис­те­ма пло­ских стоя­чих волн, пред­став­ляю­щая со­бой су­пер­по­зи­цию из­лу­чае­мой и всех мно­го­крат­но от­ра­жён­ных волн ме­ж­ду из­лу­ча­те­лем и ис­сле­дуе­мым об­раз­цом (или эта­лон­ным от­ра­жа­те­лем). Про­стран­ст­вен­ное рас­пре­де­ле­ние ре­зуль­ти­рую­ще­го зву­ко­во­го дав­ле­ния в из­ме­рит. ка­ме­ре (вдоль оси х) ре­ги­ст­ри­ру­ет­ся ми­ниа­тюр­ным мик­ро­фо­ном 6, пе­ре­ме­щае­мым в ка­ме­ре с по­мо­щью тон­кой штан­ги 7. Элек­трич. сиг­на­лы с вы­хо­да мик­ро­фо­на уси­ли­ва­ют­ся ли­ней­ным ши­ро­копо­лос­ным уси­ли­те­лем 8. Их ам­пли­ту­ды как функ­ции рас­стоя­ния $x$ до из­лу­ча­те­ля яв­ля­ют­ся ис­ход­ны­ми за­ви­си­мо­стя­ми для рас­чё­та ис­ко­мых аку­стич. па­ра­мет­ров ис­сле­дуе­мо­го ма­те­риа­ла или из­де­лия. Диа­па­зон ра­бо­чих час­тот И. а. оп­ре­де­ля­ет­ся раз­ме­ра­ми из­ме­рит. ка­ме­ры; его гра­нич­ные час­то­ты $f_{\text{мин}}=v/4L$ и $f_{\text{макс}}=v/2D$ ($v$ – фа­зо­вая ско­рость зву­ка в сре­де, за­пол­няю­щей ка­ме­ру, $D$ – диа­метр из­ме­рит. ка­ме­ры, $L$ – её дли­на). Напр., при $D=10$ см и $L=5$ м ра­бо­чие час­то­ты И. а. ле­жат в диа­па­зо­не 16–1600 Гц.

Рис. 2. Схема ультразвукового интерферометра: 1 – излучатель ультразвука; 2 – измерительная камера; 3 – исследуемая среда; 4 – рефлектор; 5 – регулировочные винты, 6 &nda...

И. а., ра­бо­таю­щие на УЗ-час­то­тах от де­сят­ков кГц до со­тен МГц, ис­поль­зу­ют­ся в мо­ле­ку­ляр­ной аку­сти­ке и УЗ-спек­тро­ско­пии для из­ме­ре­ния фа­зо­вой ско­ро­сти рас­про­стра­не­ния $v$ и ко­эф. по­глоще­ния $α$ аку­стич. волн в га­зах или жид­ко­стях. В та­ких И. а. ре­ги­ст­ра­цию сис­те­мы стоя­чих волн, воз­ни­каю­щих ме­ж­ду из­лу­ча­те­лем и пе­ре­ме­щае­мым вдоль оси ка­ме­ры реф­лек­то­ром (от­ра­жа­те­лем), осу­ще­ст­в­ля­ют по её ре­ак­ции на им­пе­данс из­лу­ча­те­ля. Клас­сич. ва­ри­ант та­ко­го И. а., ко­то­рый час­то на­зы­ва­ют ульт­ра­зву­ко­вым ин­тер­фе­ро­мет­ром, схе­ма­ти­че­ски изо­бра­жён на рис. 2. Из­лу­ча­тель ульт­ра­зву­ка 1 (обыч­но пье­зо­пла­сти­на) вмон­ти­ро­ван в ос­но­ва­ние из­ме­рит. ка­ме­ры 2 с ис­сле­дуе­мой сре­дой 3. Плос­ко­сти реф­лек­то­ра 4 и из­лу­ча­те­ля ус­та­нав­ли­ва­ют­ся стро­го па­рал­лель­но друг дру­гу и пер­пен­ди­ку­ляр­но оси ка­ме­ры по­сред­ст­вом ре­гу­ли­ро­воч­ных вин­тов 5. Вер­ти­каль­ные пе­ре­ме­ще­ния реф­лек­то­ра из­ме­ря­ют­ся вы­со­ко­точ­ным от­счёт­ным уст­рой­ст­вом 6 (напр., оп­тич. дли­но­ме­ром или ла­зер­ным ин­тер­фе­ро­мет­ром). При воз­бу­ж­де­нии из­лу­ча­те­ля вы­со­ко­час­тот­ным на­пря­же­ни­ем по­сто­ян­ной час­то­ты от ге­не­ра­то­ра 7 в ка­ме­ре воз­ни­ка­ет сис­те­ма стоя­чих волн, влия­ние ко­то­рых на им­пе­данс из­лу­ча­те­ля за­ви­сит от рас­стоя­ния $l$ до реф­лек­то­ра. По­сколь­ку воз­бу­ж­даю­щий ге­не­ра­тор ра­бо­та­ет в ре­жи­ме по­сто­ян­ной ам­пли­ту­ды то­ка, на­пря­же­ние на из­лу­ча­те­ле бу­дет про­пор­цио­наль­но его им­пе­дан­су. За­ви­си­мость это­го на­пря­же­ния от рас­стоя­ния $l$ сни­ма­ет­ся с ре­ги­ст­ри­рую­ще­го уст­рой­ст­ва 8. В этих усло­ви­ях кри­вая ре­ак­ции бу­дет со­дер­жать всю не­об­хо­ди­мую ин­фор­ма­цию об ис­комых ве­ли­чи­нах фа­зо­вой ско­ро­сти и ко­эф. по­гло­ще­ния. Точ­ность из­ме­ре­ния ско­ро­сти мо­жет дос­ти­гать ты­сяч­ных до­лей про­цен­та, ко­эф. по­гло­ще­ния – еди­ниц про­цен­тов (при со­блю­де­нии не­ра­вен­ст­ва $kа⩾30$, где $k=2π/λ$, $a$ – ра­ди­ус из­лу­ча­те­ля, $λ$  – дли­на вол­ны). Для из­ме­ре­ний в твёр­дых те­лах реф­лек­тор за­ме­ня­ет­ся при­ём­ным пре­об­ра­зо­ва­те­лем, а кри­вая ре­ак­ции фор­ми­ру­ет­ся и ре­ги­ст­ри­ру­ет­ся пу­тём из­ме­не­ния ра­бо­чей час­то­ты.

Лит.: Бе­ра­нек Л. Аку­сти­че­ские из­ме­ре­ния. М., 1952; Ржев­кин С. Н. Курс лек­ций по тео­рии зву­ка. М., 1960; Ульт­ра­звук: Ма­лень­кая эн­цик­ло­пе­дия / Гл. ред. И. П. Го­ля­ми­на. М., 1979; Ко­лес­ни­ков А. Е. Ульт­ра­зву­ко­вые из­ме­ре­ния. М., 1982; Ил­гу­нас В., Яро­нис Э., Су­кац­кас В. Ульт­ра­зву­ко­вые ин­тер­фе­ро­мет­ры. Виль­нюс, 1983.

Вернуться к началу