Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
физико-математических наук: 01.04.06 - акустика. — Институт общей
физики им. А.М. Прохорова РАН (филиал). — Москва, 2009. — 38 с.
Основные цели диссертационной работы
создание параметрического обращающего фазу усилителя звука - ПОФУЗа (аббревиатура, введенная Ф.В. Бункиным), который на частотах 1-10 МГц являлся бы источником интенсивных УЗ пучков с ОВФ;
на основе прямых методов исследования акустических полей и численного моделирования выявление характерных физических особенностей линейного и нелинейного режимов распространения УЗ пучков с ОВФ в жидких средах, включая среды с фазовыми неоднородностями;
экспериментальная демонстрация преимуществ и прикладных возможностей запорогового параметрического ОВФ ультразвука.
Научная новизна результатов, представленных в диссертации, состоит:
в использовании поликристаллических никель-кобальтовых ферритов специального состава и оригинального усилителя мощности накачки таких ферритов, что впервые позволило реализовать запороговое параметрическое ОВФ в реальном времени в диапазоне 1-10 МГц с высоким, свыше 100 дБ, усилением для УЗ пучков с широким пространственным спектром;
в применении светоотверждаемого полимера для акустического согласования твердотельного обращающего элемента с жидкой средой, что позволяет существенно, в несколько раз, повысить чувствительность и выходную мощность твердотельных параметрических ОВФ-усилителей ультразвука, нагруженных на жидкую среду, при удовлетворительном качестве ОВФ;
в экспериментальном обнаружении и исследовании характерных особенностей нелинейного распространения фазосопряженных ультразвуковых пучков различной геометрии;
в реализации эффекта самонаведения УЗ пучков на случайно расположенные в жидкости стационарные и хаотически движущиеся объекты различной формы;
в предложении, разработке и экспериментальной реализации метода спектральной селекции гармоник нелинейного УЗ пучка с одновременным ОВФ и усилением выделенной гармоники;
в прямой экспериментальной демонстрации ретрофокусировки УЗ пучков с обращенным фронтом при их нелинейном распространении в жидкой среде, содержащей слой, вносящий фазовые искажения;
в экспериментальной демонстрации возможностей применения и преимуществ запорогового ОВФ ультразвука в акустоскопии и неразрушающем контроле.
Совокупность полученных в диссертации результатов представляет собой новое крупное научное достижение в исследованиях проблемы ОВФ ультразвука, что позволяет говорить о формировании и развитии нового направления в физической акустике – «нелинейной акустики параметрически обращенных ультразвуковых пучков».
Практическая ценность работы
Создан новый инструмент для ультразвуковых исследований – параметрический обращающий фазу усилитель звука. Использование в качестве параметрически активной среды поликристаллического материала с профилированной рабочей поверхностью обеспечило хорошее качество ОВФ для УЗ пучков с широким пространственным спектром, простоту изготовления, надежность. Оригинальный усилитель мощности импульсов параметрической накачки, входящий в состав ОВФ-усилителя, по сравнению с известными аналогами обладает существенно лучшими массо-габаритными характеристиками и более низкой потребляемой мощностью, обеспечивая при этом необходимые амплитуды поля накачки. Разработанный параметрический ОВФ-усилитель уже используется в научных лабораториях России и Франции и служит прототипом специализированных приборов, перспективных в таких областях, как медицина, неразрушающий контроль, системы акустической диагностики.
Экспериментально обоснован ряд методов и принципов практического использования ОВФ ультразвука, среди которых: автоматическая безлинзовая фокусировка УЗ пучков на случайно расположенные статические и движущиеся объекты, линейная и нелинейная акустоскопия объектов, находящихся в среде с фазовыми неоднородностями, ультразвуковая диагностика дефектов изделий сложной формы.
Найден новый для физики ультразвука материал – светоотверждаемый полимер, акустический импеданс которого близок к теоретически оптимальному значению для согласования феррита с водой. Это позволило реализовать акустическое согласование твердых и жидких сред без использования каких-либо склеек для фиксации четвертьволнового слоя из этого материала и экспериментально подтвердить его высокую эффективность.
Таким образом, на основе запорогового параметрического ОВФ ультразвука можно создавать новые образцы ультразвуковой техники и технологии, что существенно расширяет возможности и области применения ультразвука и позволяет решать задачи, недоступные для традиционных методов и подходов.
создание параметрического обращающего фазу усилителя звука - ПОФУЗа (аббревиатура, введенная Ф.В. Бункиным), который на частотах 1-10 МГц являлся бы источником интенсивных УЗ пучков с ОВФ;
на основе прямых методов исследования акустических полей и численного моделирования выявление характерных физических особенностей линейного и нелинейного режимов распространения УЗ пучков с ОВФ в жидких средах, включая среды с фазовыми неоднородностями;
экспериментальная демонстрация преимуществ и прикладных возможностей запорогового параметрического ОВФ ультразвука.
Научная новизна результатов, представленных в диссертации, состоит:
в использовании поликристаллических никель-кобальтовых ферритов специального состава и оригинального усилителя мощности накачки таких ферритов, что впервые позволило реализовать запороговое параметрическое ОВФ в реальном времени в диапазоне 1-10 МГц с высоким, свыше 100 дБ, усилением для УЗ пучков с широким пространственным спектром;
в применении светоотверждаемого полимера для акустического согласования твердотельного обращающего элемента с жидкой средой, что позволяет существенно, в несколько раз, повысить чувствительность и выходную мощность твердотельных параметрических ОВФ-усилителей ультразвука, нагруженных на жидкую среду, при удовлетворительном качестве ОВФ;
в экспериментальном обнаружении и исследовании характерных особенностей нелинейного распространения фазосопряженных ультразвуковых пучков различной геометрии;
в реализации эффекта самонаведения УЗ пучков на случайно расположенные в жидкости стационарные и хаотически движущиеся объекты различной формы;
в предложении, разработке и экспериментальной реализации метода спектральной селекции гармоник нелинейного УЗ пучка с одновременным ОВФ и усилением выделенной гармоники;
в прямой экспериментальной демонстрации ретрофокусировки УЗ пучков с обращенным фронтом при их нелинейном распространении в жидкой среде, содержащей слой, вносящий фазовые искажения;
в экспериментальной демонстрации возможностей применения и преимуществ запорогового ОВФ ультразвука в акустоскопии и неразрушающем контроле.
Совокупность полученных в диссертации результатов представляет собой новое крупное научное достижение в исследованиях проблемы ОВФ ультразвука, что позволяет говорить о формировании и развитии нового направления в физической акустике – «нелинейной акустики параметрически обращенных ультразвуковых пучков».
Практическая ценность работы
Создан новый инструмент для ультразвуковых исследований – параметрический обращающий фазу усилитель звука. Использование в качестве параметрически активной среды поликристаллического материала с профилированной рабочей поверхностью обеспечило хорошее качество ОВФ для УЗ пучков с широким пространственным спектром, простоту изготовления, надежность. Оригинальный усилитель мощности импульсов параметрической накачки, входящий в состав ОВФ-усилителя, по сравнению с известными аналогами обладает существенно лучшими массо-габаритными характеристиками и более низкой потребляемой мощностью, обеспечивая при этом необходимые амплитуды поля накачки. Разработанный параметрический ОВФ-усилитель уже используется в научных лабораториях России и Франции и служит прототипом специализированных приборов, перспективных в таких областях, как медицина, неразрушающий контроль, системы акустической диагностики.
Экспериментально обоснован ряд методов и принципов практического использования ОВФ ультразвука, среди которых: автоматическая безлинзовая фокусировка УЗ пучков на случайно расположенные статические и движущиеся объекты, линейная и нелинейная акустоскопия объектов, находящихся в среде с фазовыми неоднородностями, ультразвуковая диагностика дефектов изделий сложной формы.
Найден новый для физики ультразвука материал – светоотверждаемый полимер, акустический импеданс которого близок к теоретически оптимальному значению для согласования феррита с водой. Это позволило реализовать акустическое согласование твердых и жидких сред без использования каких-либо склеек для фиксации четвертьволнового слоя из этого материала и экспериментально подтвердить его высокую эффективность.
Таким образом, на основе запорогового параметрического ОВФ ультразвука можно создавать новые образцы ультразвуковой техники и технологии, что существенно расширяет возможности и области применения ультразвука и позволяет решать задачи, недоступные для традиционных методов и подходов.