Hauv zaj dab neeg tshiab "The Secret of two Oceans" thiab hauv zaj yeeb yaj kiab taug txuj kev nyuaj ntawm tib lub npe, cov phab ej tau ua yam tsis xav txog nrog riam phom ultrasonic: lawv rhuav tshem lub pob zeb, tua cov whale loj, thiab rhuav tshem lub nkoj ntawm lawv. yeeb ncuab. Cov hauj lwm tau luam tawm rov qab rau hauv lub 30s ntawm lub xyoo pua XX, thiab tom qab ntawd nws tau ntseeg tias nyob rau hauv lub neej yav tom ntej nyob ze lub hav zoov ntawm ib tug haib ultrasonic riam phom yuav ua tau - nws yog tag nrho hais txog cov khoom siv technology. Niaj hnub no, kev tshawb fawb tau lees tias ultrasonic nthwv dej ua riam phom yog qhov zoo heev.
Lwm yam yog kev siv ultrasound rau kev thaj yeeb (ultrasonic tu, drilling qhov, crushing raum pob zeb, thiab lwm yam). Tom ntej no, peb yuav to taub yuav ua li cas acoustic nthwv dej nrog loj amplitude thiab suab siv zog coj.
Lub suab muaj zog
Muaj ib lub tswv yim ntawm cov teebmeem uas tsis yog-linear. Cov no yog cov teebmeem peculiar xwb txausmuaj zog nthwv dej thiab nyob ntawm lawv amplitude. Hauv physics, muaj txawm tias ib ntu tshwj xeeb uas kawm txog cov nthwv dej uas muaj zog - cov suab paj nruag nonlinear. Qee qhov piv txwv ntawm qhov nws tshawb xyuas yog xob quaj, kev tawg hauv qab dej, nthwv dej seismic los ntawm av qeeg. Ob lo lus nug tshwm sim.
- Thawj: lub zog ntawm lub suab yog dab tsi?
- Thib ob: dab tsi yog cov teebmeem tsis-linear, dab tsi txawv ntawm lawv, lawv siv qhov twg?
Yuav ua li cas yog acoustic wave
Lub suab nthwv dej yog ib feem ntawm compression-rarefaction uas diverges hauv nruab nrab. Hauv ib qho ntawm nws qhov chaw, lub siab hloov pauv. Qhov no yog vim muaj kev hloov pauv hauv qhov sib piv compression. Cov kev hloov pauv superimposed ntawm qhov pib siab uas nyob hauv ib puag ncig yog hu ua suab siab.
Sonic zog ntws
Ib nthwv dej muaj zog uas deforms qhov nruab nrab (yog tias lub suab nthuav tawm hauv huab cua, qhov no yog lub zog ntawm elastic deformation ntawm huab cua). Tsis tas li ntawd, lub nthwv dej muaj lub zog kinetic ntawm cov molecules. Cov kev taw qhia ntawm kev khiav ntawm lub zog coincides nrog uas nyob rau hauv uas lub suab diverges. Kev khiav ntawm lub zog dhau los ntawm ib cheeb tsam ntawm ib chav tsev ib lub sij hawm characterizes qhov kev siv. Thiab qhov no yog hais txog thaj tsam perpendicular rau lub zog ntawm nthwv dej.
Kev mob siab
Ob leeg siv kuv thiab acoustic siab p nyob ntawm cov khoom ntawm qhov nruab nrab. Peb yuav tsis nyob ntawm cov kev cia siab no, peb tsuas yog muab cov qauv siv lub suab hais txog p, kuv thiab cov yam ntxwv ntawm qhov nruab nrab - qhov ntom (ρ) thiab qhov nrawm ntawm lub suab hauv nruab nrab (c):
I=p02/2ρc.
Ntawm nop0 - acoustic siab amplitude.
Lub suab nrov thiab tsis muaj zog yog dab tsi? Lub zog (N) feem ntau yog txiav txim siab los ntawm theem ntawm lub suab siab - tus nqi uas cuam tshuam nrog lub amplitude ntawm nthwv dej. Chav tsev ntawm lub suab siv zog yog decibel (dB).
N=20 ×lg(p/pp), dB.
Here pp is the threshold pressure conditionally taken equal to 2×10-5 Pa. Siab pp roughly correspons to intensity Ip=10-12 W/m 2 yog ib lub suab nrov heev uas tseem tuaj yeem pom los ntawm tib neeg pob ntseg hauv huab cua ntawm qhov zaus ntawm 1000 Hz. Lub suab muaj zog dua qhov siab dua acoustic qib.
Volume
Cov tswv yim hais txog lub zog ntawm lub suab yog txuam nrog lub tswv yim ntawm lub suab nrov, uas yog, lawv raug khi rau qhov ntau zaus pom los ntawm pob ntseg (saib rooj).
Thiab dab tsi txog thaum twg qhov zaus nyob sab nraud ntawm qhov no - hauv thaj chaw ntawm ultrasound? Nws yog nyob rau hauv qhov teeb meem no (thaum sim nrog ultrasound ntawm zaus ntawm qhov kev txiav txim ntawm 1 megahertz) uas nws yog ib qho yooj yim los soj ntsuam cov teebmeem nonlinear nyob rau hauv lub chaw kuaj mob. Peb xaus lus tias nws ua rau kev txiav txim siab hu xov tooj muaj zog acoustic nthwv dej uas tsis muaj qhov cuam tshuam los ua qhov pom tau.
Nonlinear teebmeem
Nws paub tias qhov zoo tib yam (linear) nthwv dej, lub suab siv qis, nthuav tawm hauv nruab nrab yam tsis hloov nws cov duab. Nyob rau hauv cov ntaub ntawv no, ob qho tib si rarefaction thiab compression cheeb tsam tsiv nyob rau hauv qhov chaw ntawm tib ceev - qhov no yog qhov ceev ntawm lub suab nyob rau hauv nruab nrab. Yog qhov chawtsim nthwv dej, ces nws qhov profile tseem nyob hauv daim ntawv ntawm sinusoid ntawm qhov deb ntawm nws.
Nyob rau hauv lub suab nrov nthwv dej, daim duab sib txawv: thaj chaw ntawm compression (suab siab yog qhov zoo) txav ntawm qhov nrawm tshaj qhov nrawm ntawm lub suab, thiab thaj chaw ntawm qhov tsis tshua muaj - ntawm qhov ceev tsawg dua qhov ceev ntawm lub suab hauv ib tug muab nruab nrab. Yog li ntawd, qhov profile hloov ntau heev. Cov npoo pem hauv ntej dhau los ua ntxhab heev, thiab lub nraub qaum ntawm nthwv dej yuav maj mam maj mam. Cov kev hloov pauv zoo li no muaj zog yog cov nyhuv tsis-linear. Qhov muaj zog nthwv dej ntau dua, nws qhov amplitude ntau dua, qhov profile nrawm dua yog qhov txawv txav.
Rau lub sijhawm ntev nws tau txiav txim siab tias muaj peev xwm xa cov hluav taws xob ntau dhau mus ntev uas siv lub suab nrov. Ib qho kev tshoov siab piv txwv yog lub laser muaj peev xwm ntawm kev rhuav tshem cov qauv, xuas nrig ntaus lub qhov, nyob deb heev. Nws zoo nkaus li tias kev hloov lub teeb nrog lub suab yog ua tau. Txawm li cas los xij, muaj teeb meem uas ua rau nws tsis tuaj yeem tsim riam phom ultrasonic.
Nws hloov tawm tias rau txhua qhov kev ncua deb nws muaj tus nqi ciam teb rau qhov kev siv lub suab uas yuav ncav cuag lub hom phiaj. Qhov kev ncua deb ntau dua, qhov kev siv zog qis dua. Thiab ib txwm attenuation ntawm acoustic nthwv dej thaum hla nruab nrab tsis muaj dab tsi ua nrog nws. Attenuation nce ntxiv nrog kev nce zaus. Txawm li cas los xij, nws tuaj yeem raug xaiv kom qhov li niaj zaus (linear) attenuation ntawm qhov yuav tsum tau muaj kev cuam tshuam tuaj yeem tsis quav ntsej. Rau ib lub teeb liab nrog ib zaus ntawm 1 MHz hauv dej, qhov no yog 50 m, rau ultrasound ntawm ib tug txaus amplitude, nws yuav tsuas yog 10 cm.
Cia peb xav txog tias nthwv dej yog tsim nyob rau hauv qee qhov chaw hauv qhov chaw, qhov kev siv zoglub suab uas yog xws li cov teebmeem nonlinear yuav cuam tshuam rau nws tus cwj pwm. Lub oscillation amplitude yuav txo nrog qhov deb ntawm qhov chaw. Qhov no yuav tshwm sim sai dua, qhov loj dua qhov pib amplitude p0. Ntawm qhov tseem ceeb heev, qhov kev lwj ntawm nthwv dej tsis yog nyob ntawm tus nqi ntawm qhov pib teeb liab p0. Cov txheej txheem no txuas ntxiv mus txog thaum lub nthwv dej ploj mus thiab cov teebmeem nonlinear nres. Tom qab ntawd, nws yuav diverge nyob rau hauv ib tug non-linear hom. Ntxiv attenuation tshwm sim raws li txoj cai ntawm linear acoustics, piv txwv li, nws yog ntau zog thiab tsis nyob ntawm seb qhov loj ntawm qhov pib cuam tshuam.
Ua li cas thiaj li ua tiav ultrasound hauv ntau qhov kev lag luam: lawv tau drilled, ntxuav, thiab lwm yam. Nrog rau cov kev ua haujlwm no, qhov kev ncua deb ntawm lub emitter yog me me, yog li cov nonlinear attenuation tseem tsis tau muaj sij hawm los nce zog.
Vim li cas cov kev poob siab ua rau muaj kev cuam tshuam rau kev cuam tshuam? Nws paub tias kev tawg tuaj yeem rhuav tshem cov tsev nyob deb heev. Tab sis qhov poob siab yoj tsis yog linear, yog li tus nqi lwj yuav tsum siab dua qhov tsis muaj zog nthwv dej.
Cov kab hauv qab no yog qhov no: ib lub teeb liab tsis ua raws li ib ntus. Nws tus nqi ncov txo qis nrog kev ncua deb ntawm qhov chaw. Los ntawm kev nce qhov amplitude ntawm nthwv dej (piv txwv li, lub zog ntawm qhov tawg), nws muaj peev xwm ua tiav cov kev nyuaj siab loj ntawm qhov kev cuam tshuam ntawm qhov muab (txawm tias me me) nyob deb thiab ua kom nws puas.
