Концентратор акустический. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Концентратор акустический - устройство для увеличения интенсивности УЗ (амплитуды колебат. смещения частиц). По принципу действия различны два типа К.: фокусирующие, или высокочастотные, и стержневые, или низкочастотные.

Фокусирующие К. увеличивают интенсивность звука в нек-рой части пространства по сравнению с интенсивностью у поверхности УЗ-излучателя. Действие их основано на фокусировке звука, поэтому в них могут быть применены любые фокусирующие устройства - линзы акустические, рефлекторы и др.

Наиб. распространены К., в к-рых использованы фокусирующие эл--акустич. преобразователи. По форме такие преобразователи представляют собой часть сферич. или цилиндрич. оболочки, иногда - полый цилиндр, работающие на резонансной частоте колебаний по толщине, составляющей от неск. сотен кГц до неск. МГц. Применяются также цилиндрич. К., работающие в диапазоне частот от единиц до десятков кГц на резонансной частоте радиальных колебаний. Интенсивность звука в фокальной области фокусирующих преобразователей сферич. формы достигает неск. кВт/см². Излучатели цилиндрич. формы создают меньшую концентрацию энергии, однако имеют большую фокальную область, вытянутую вдоль оси.

Стержневой К. служит для увеличения амплитуды колебат. смещения частиц (колебат. скорости частиц) в низкочастотном УЗ-диапазоне; представляет собой твёрдый стержень перем. сечения или перем. плотности, присоединяемый к излучателю более широким концом или частью с большей плотностью материала. Увеличение амплитуды смещения тем больше, чем больше различие диаметров или плотностей противоположных торцов стержня. Такие К. применяются в УЗ-технологии и являются составной частью колебат. УЗ-систем, работающих в диапазоне частот от 18 до 100 кГц. Стержневой К. можно рассматривать как акустич. волновод, в к-ром распространяется одна нулевая мода колебаний, характеризуемая пост. амплитудой по сечению. Макс. линейный размер широкого конца концентратора D должен быть меньше

(где

- длина волны в материале концентратора). Работают К. обычно на резонансной частоте, поэтому длина концентратора l должна быть резонансной, т. е. кратна целому числу полуволн:

, где n=1, 2, 3, ... При заданной частоте

зависит от формы К. вследствие дисперсии звука в волноводах с перем. сечением.

К. с перем. плотностью обычно изготавливают в виде двух соединённых между собой стержней из разных материалов длиной

с одинаковым поперечным сечением.

К. классифицируют по форме продольного сечения (рис. 1), по форме поперечного сечения (круглый, клинообразный и др.), по кол-ву элементов с разл. профилем продольного сечения (простой, составной - рис. 2), по форме ср. линии (прямолинейный, изогнутый), по типу колебаний К. (продольные, сдвиговые, крутильные).

Рис. 1. Сечения круглых простых одноступенчатых концентраторов продольных колебаний: a - ступенчатый, б - конический, в - экспоненциальный, г - катеноидальный, д - гауссов (ампульный); кривые показывают распределение амплитуды колебательной скорости

и деформации и по длине концентратора.

Коэф. усиления стержневого К.

, где

- амплитуды смещения соответственно на его узком и широком концах. При гармонич. колебаниях с круговой частотой

амплитуда колебат. скорости

и, следовательно,

. Для ступенчатого К. K=N², где N=R_l/R₀, а R_l и R₀ - радиусы узкого (выходного) и широкого (входного) торцов соответственно. Для экспоненциального К. K = N, для катеноидального

, для конического K<N, и всегда K<4,6. Макс. амплитуда колебат. скорости n_макc получаемая на узком конце стержневого К., зависит от свойства его материала - разрушающего усталостного напряжения F - и волнового сопротивления

(где

- плотность, с - скорость звука), а также от безразмерной функции Ф, зависящей только от формы К.:

Рис. 2. Составной концентратор: I - цилиндр большого диаметра; II - отрезок стержня конической или экспоненциальной формы; III - цилиндр малого диаметра.

Литература по акустическим концентраторам

Знаете ли Вы, что, когда некоторые исследователи, пытающиеся примирить релятивизм и эфирную физику, говорят, например, о том, что космос состоит на 70% из "физического вакуума", а на 30% - из вещества и поля, то они впадают в фундаментальное логическое противоречие. Это противоречие заключается в следующем.

Вещество и поле не есть что-то отдельное от эфира, также как и человеческое тело не есть что-то отдельное от атомов и молекул его составляющих. Оно и есть эти атомы и молекулы, собранные в определенном порядке. Также и вещество не есть что-то отдельное от элементарных частиц, а оно состоит из них как базовой материи. Также и элементарные частицы состоят из частиц эфира как базовой материи нижнего уровня. Таким образом, всё, что есть во вселенной - это есть эфир. Эфира 100%. Из него состоят элементарные частицы, а из них всё остальное. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.