Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 [38] 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52

Выразив отсюда г0 и подставив его в (46), будем иметь

Ар = /пад ( 0,61 Я/7 ) = 268 пад

Вспоминая, что в центральном дифракционном максимуме интенсивности сосредоточено лишь 84% падающей на линзу энергии (остальная распределена между дифракционными кольцами), окончательно получаем выражение для средней интенсивности ультразвука в фокусе линзы

1ф - 2,25 ytjj /пад. (48)

Мы не напрасно вывели эту формулу: физически она гораздо содержательнее формулы для фокусного расстояния линзы (45). Действительно, пользуясь формулой (45), можно было бы подумать, что для фокусировки ультразвука достаточно сделать линзу из подходящего материала и разместить ее в подходящей среде. Однако формула (48) показывает, что этого далеко не достаточно: необходимо еще, чтобы площадь линзы (квадрат радиуса г) была велика по сравнению с произведением длины ультразвуковой волны на фокусное расстояние линзы. Иными словами, линза будет фокусировать ультразвук тогда, когда можно считать, что дифракция ультразвуковой волны на линзе пренебрежимо мала.

Не правда ли, любопытная ситуация! Считая, что линза фокусирует ультразвук, мы должны пренебречь дифракцией, но до конца этого делать нельзя: полностью пренебрегая дифракцией, мы получили бы бесконечно большую интенсивность ультразвука в фокусе линзы. Таким образом, в формуле (48) можно усмотреть границу между геометрической и волновой (или дифракционной) теорией создания изображения линзой.

Обычно полагают, что дифракция «происходит», когда размеры препятствий малы по сравнению с длиной волны. В действительности же, дифракция существует всегда независимо от размеров препятствий. Соотношение (48) показывает, что дифракцией волны пренебрегать нельзя, если произведение длины волны на расстояние от препятствия до места наблюдения



дифракции (в нашем случае это фокусное расстояние линзы) сравнимо с квадратом поперечного размера препятствия.

Из формулы (48) следует и практически важный для дальнейшего вывод: чтобы интенсивность в фокусе линзы была как можно больше, нужно изготовить линзу большего радиуса, меньшего фокусного расстояния, и использовать ультразвук возможно более высокой частоты.

Наиболее подходящим материалом для самостоятельного изготовления ультразвуковой линзы является оргстекло. Скорость звука в оргстекле составляет около 2700 м/с, плотность оргстекла равна 1,18 г/см3. Следовательно, показатель преломления оргстекла относительно воды (см. формулу (42)) п2\ = 1 /«12 = = c2/Ci = 1500/2700 » 0,56, а коэффициент отражения согласно формуле (31) составляет 13%. Оргстекло вполне доступно и легко поддается обработке, поэтому мы подробно рассмотрим способ изготовления ультразвуковой линзы из этого материала.

Стальной шарик диаметром 20 мм от шарикоподшипника нагрейте на пламени газовой горелки или в печи докрасна и затем медленно остудите. В отожженном шарике просверлите отверстие и нарежьте в нем резьбу. К шарику на резьбе прикрепите стальной стержень (рис. 71).

Стержень с шариком на его конце зажмите в патрон сверлильного станка. Включив станок, подведите вращающийся шарик к пластинке оргстекла толщиной 12-15 мм и прижмите его к поверхности пластинки. За счет трения шарик нагревается, плавит оргстекло и под нажимом погружается в него. Когда глубина погружения станет примерно равна радиусу шарика, выключите станок, не уменьшая при этом давления шарика на оргстекло. Раскаленный шарик охладите


Рис. 71. Приспособление для изготовления ультразвуковой линзы из оргстекла.



водой и только после этого удалите из углубления.

Образовавшиеся на поверхности оргстекла со стороны углубления наплывы сточите напильником. Наименьшая толщина линзы не должна превышать 0 5- 1 мм. Поэтому плоскую поверхность линзы также сточите, уменьшая толщину линзы до необходимого значения, а затем отшлифуйте мелкой шкуркой и отполируйте полировательной пастой ГОИ, нанесенной на суконку. В результате у вас получится плоско-вогнутая линза из оргстекла с радиусом сферической поверхности 10 мы.

Полировка линзы не обязательна. Однако, отполировав плоскую поверхность линзы, вы сделаете ее прозрачной и сможете убедиться, что собирающая ультразвуковая линза является рассеивающей оптической.

Из оргстекла толщиной 3-4 мм сделайте прямоугольную кювету без дна внутренним размером примерно 25 X Рис 72. Лин- X 25 X 40 мм3. Для склейки оргстекла

зовыи сосуд можно использовать дихлорэтан, уксус-из оргстек-

ла для опы- НУЮ КИСЛ0ТУ или эпоксидную смолу. Скитов по фо- зу к кювете приклейте ультразвуковую кусировке линзу так, чтобы она являлась ее дном. Вы ультразвука, получите удобный для опытов линзовый сосуд, разрез которого показан на рис.72. Для постановки опытов подготовьте к работе один из магнитострикционных излучателей, рассчитанных на получение ультразвука частотой от 1 до 3 МГц. На рабочую поверхность ферритового вибратора нанесите каплю трансформаторного, вазелинового или подсолнечного масла. Поместите на вибратор линзовый сосуд так, чтобы между его поверхностью и плоскостью линзы образовался слой масла без воздушных пузырьков. Вы уже знаете, зачем это необходимо: масло обеспечивает акустический контакт между вибратором и линзой; если в слое масла будут воздушные пузырьки, интенсивность ультразвука, падающего на линзу, за счет сильного отражения от воздуха значительно уменьшится. Помещая линзовый сосуд на вибратор, нужно следить за тем, чтобы масло не попадало на нижнюю поверхность вибратора.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 [38] 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52



0.001