Глоссарий по физике

Параметрические излучатели и приемники звука

Параметрические излучатели и приемники звука - устройства, основанные на использовании эффекта генерации комбинац. тонов при взаимодействии звуковых волн, в к-рых роль излучающей (приёмной) антенны играет область среды, где происходит нелинейное взаимодействие волн.
В параметрич. излучателе в одном случае - две ВЧ-волны (т. н. компоненты волны накачки), взаимодействуя друг с другом, порождают волну разностной частоты, излучаемую из области взаимодействия; в другом - модулированная по амплитуде или частоте ВЧ-волна накачки в результате детектирования средой возбуждает НЧ-волну на частоте модуляции. Область нелинейного взаимодействия является своеобразной "бестелесной" антенной, размеры к-рой определяют характеристику направленности излучателя. Поэтому даже при малых размерах излучателей волны накачки удаётся получить остронаправленное НЧ-излучение. Наряду с высокой направленностью достоинство параметрич. излучателя - отсутствие боковых лепестков диаграммы направленности и широкополосность; для существенного относительного изменения частоты излучения достаточно весьма незначительного изменения частоты накачки (в пределах ширины полосы резонансного излучателя волны накачки). Осн. недостаток параметрич. излучателя - его невысокая эффективность: доля энергии накачки, идущая на НЧ-излучение, обычно невелика и зависит от соотношения частот получаемой волныи накачки Для оптимального режима отношение мощности НЧ-излучения W_sк мощности накачки W_н определяется ф-лой

Процесс генерации волны разностной частоты происходит по-разному, в зависимости от геом. параметров зоны взаимодействия волн накачки. Для плоского излучателя волны накачки можно выделить два предельных случая.
1) Нелинейное взаимодействие происходит в ближней зоне излучения волны накачки (см. Звуковое поле ),где она является плоской. Протяжённость зоны взаимодействия в направлении распространения волн в этом случае определяется длиной пробега волны накачки l = где - коэф. поглощения этой волны, а поперечное сечение этой зоны - площадью излучателя волны накачки (рис. 1). Амплитуда p_s НЧ-волны
в дальней зоне пропорц. длине l зоны взаимодействия. Для накачки в виде двух ВЧ-волн близкой частоты она выражается ф-лой

Здесь - нелинейный параметр среды, р_н - амплитуда волн накачки, - частота излучаемой НЧ-волны; и - частоты компонент волны накачки; а - радиус ВЧ-пучка, определяемый размером излучателя волны накачки, - плотность среды, с - скорость звука в ней, r - расстояние от излучателя волны накачки до точки наблюдения, - диаграмма направленности для НЧ-волны, описываемая выражением

Рис. 1. Режим работы параметрического излучателя при взаимодействии волн накачки в ближней зоне. 1 - излучатель волн накачки; 2 - область взаимодействия; 3 - диаграмма направленности низкочастотного излучения.

Угол отсчитывается от оси области взаимодействия; характерная ширина диаграммы направленности, согласно (2), Ф-ла (1) описывает два эффекта: образование тона разностной частоты при взаимодействии плоских волн на длине l = (множитель) и дифракц. эффект при излучении волны низкой разностной частоты из цилиндрич. области взаимодействия с малым поперечным сечением, характеризуемым параметром k_sa²/r.
2) Гл. вклад в генерацию НЧ-волны даёт нелинейное взаимодействие в дальней зоне излучения волны накачки, где она становится расходящейся и область взаимодействия имеет форму рупора (рис. 2). При этом НЧ-излучение как бы "вписывается" в диаграмму направленности волны накачки с характерной шириной (ka)^-1, где , к-рая и определяет направленность НЧ-излучения. Волна разностной частоты возникает как результат взаимодействия расходящихся волн. Влияние дифракц. эффектов в этом случае не проявляется, поэтому преобразование ВЧ-излученпя в низкочастотное происходит более эффективно. Амплитуда НЧ-волны пропорц. первой степени волнового числа k_s, а не квадрату, как в первом предельном случае:

Здесь R =kа²/2 - длина ближней зоны для волны на-качки, а диаграмма направленности имеет вид

( J₁- функция Бесселя 1-го рода 1-го порядка). Амплитуда p_sизлучаемой НЧ-волны как в первом, так и во втором случае растёт пропорц. квадрату амплитуды волны накачки.

Рис. 2. Режим работы параметрического излучателя при взаимодействии волн накачки в дальней зоне. 1 - излучатель волн накачки; 2 - область взаимодействия; 3 - диаграмма направленности низкочастотного излучения.

При больших интенсивностях волны накачки она трансформируется в пилообразную волну, возрастает её поглощение и работа параметрич. излучателя переходит в нелинейный режим. Длина пробега волны накачки определяется теперь нелинейным поглощением звука и равна Если взаимодействие пилообразных волн происходит в основном в ближней зоне (цилиндрич. антенна, рис. 1), то амплитуда излучаемой НЧ-волны в дальней зоне выражается ф-лой

а ширина диаграммы направленности определяется, как и в линейном режиме, длиной зоны взаимодействия: При взаимодействии в дальней зоне (рис. 2)

Т. о., в нелинейном режиме работы параметрич. излучателя амплитуда p_s НЧ-волны не зависит от нелинейного параметра среды е и пропорц. р_н.
В параметрич. приёмнике гармонич. ВЧ-пучок (волна накачки) модулируется принимаемым НЧ-сигналом, в результате чего из-за нелинейных свойств среды возникают сигналы комбинац. частот, обладающие высокой направленностью, к-рые регистрируются ВЧ-приёмником звука (рис. 3).

Рис. 3. Схема параметрического приёмника звука. 1 - излучатель волн накачки; 2 - приёмник звука; 3 - низкочастотный сигнал.

Амплитуда р_к комбинационного тона частоты равна:

где - частотар_н и - амплитуда и частота волны накачки, p_s и - амплитуда и частота НЧ-сигнала,k = k_н/c. Ширина диаграммы направленности параметрич. приёмника где L - длина области взаимодействия, определяемая расстоянием между излучателем и приёмником ВЧ-волны накачки; угол отсчитывается от оси волнового пучка накачки. Осн. достоинством параметрич. приёмника является возможность реализации достаточно длинных областей взаимодействия, что позволяет получить острую направленность при приёме НЧ-звука.
Параметрич. излучатели применяются в калибровочных лаб. установках, в измерит. гидроакустич. бассейнах как широкополосные излучатели для калибровки приёмников звука. Частота накачки в таких устройствах ~ 1 МГц, частота излучения 1 - 100 кГц, амплитуда сигнала ~10 Па x м, радиус излучателя составляет неск. см, мощность накачки - десятки Вт. Более мощные и более низкочастотные параметрич. излучатели применяются в гидроакустике для прецизионного профилирования дна, зондирования придонных областей, излучения звукорассеивающих слоев, турбулентности, определения толщины слоя ила, поиска предметов в морском грунте, а также в атмосферной акустике для зондирования атмосферы, в частности для контроля степени турбулентности на взлётных трассах аэропортов. Частота накачки в таких излучателях составляет 25 - 50 кГц, частота излучения 0,5 - 15 кГц, ширина диаграммы направленности - неск. градусов, мощность накачки 10² - 10³ кВт, амплитуда сигнала ~10² Па х м, размер излучателя ~ 10² см. Параметрич. излучатели применяются также в рыбо-поисковой аппаратуре, эхолотах и др., где характеристики их излучения и размеры определяются исходя из поставленной задачи.

Литература по параметрическим излучателям и приемникам звука

1. Наугольных К. А., Островский Л. А., Сутин А. М., Параметрические излучатели звука, в кн.: Нелинейная акустика, Горький, 1980;
2. Новиков Б. К., Руденко О. В., Тимошенко В. II., Нелинейная гидроакустика, Л., 1981;
3. Наугольных К. А., Островский Л. А., О нелинейных эффектах в акустике океана, в кн.: Акустика океана, М., 1982.

К. Л. Наугольных

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  


Знаете ли Вы, что такое "Большой Взрыв"?
Согласно рупору релятивистской идеологии Википедии "Большой взрыв (англ. Big Bang) - это космологическая модель, описывающая раннее развитие Вселенной, а именно - начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии. Обычно сейчас автоматически сочетают теорию Большого взрыва и модель горячей Вселенной, но эти концепции независимы и исторически существовало также представление о холодной начальной Вселенной вблизи Большого взрыва. Именно сочетание теории Большого взрыва с теорией горячей Вселенной, подкрепляемое существованием реликтового излучения..."
В этой тираде количество нонсенсов (бессмыслиц) больше, чем количество предложений, иначе просто трудно запутать сознание обывателя до такой степени, чтобы он поверил в эту ахинею.
На самом деле взорваться что-либо может только в уже имеющемся пространстве.
Без этого никакого взрыва в принципе быть не может, так как "взрыв" - понятие, применимое только внутри уже имеющегося пространства. А раз так, то есть, если пространство вселенной уже было до БВ, то БВ не может быть началом Вселенной в принципе. Это во-первых.
Во-вторых, Вселенная - это не обычный конечный объект с границами, это сама бесконечность во времени и пространстве. У нее нет начала и конца, а также пространственных границ уже по ее определению: она есть всё (потому и называется Вселенной).
В третьих, фраза "представление о холодной начальной Вселенной вблизи Большого взрыва" тоже есть сплошной нонсенс.
Что могло быть "вблизи Большого взрыва", если самой Вселенной там еще не было? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА Рыцари теории эфира

10.11.2021 - 12:37: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от д.м.н. Александра Алексеевича Редько - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:35: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вадима Глогера, США - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> Волновая генетика Петра Гаряева, 5G-контроль и управление - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:16: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:15: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Екатерины Коваленко - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:13: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вильгельма Варкентина - Карим_Хайдаров.