<<  >>

Акустический журнал, 2022, 68, выпуск 6

   

Бородина И.А., Зайцев Б.Д., Алсовэйди А.К.М., Караваева О.А., Гулий О.И. «Биологический датчик на основе акустической щелевой моды с использованием микробных клеток для определения ампициллина» с. 583-588

Представлен биологический датчик для определения ампициллина в проводящих растворах. Датчик создан на основе акустической щелевой моды в структуре, состоящей из двух пьезопластин ниобата лития различных срезов, разделенных воздушным зазором. Одна из пьезопластин служила дном жидкостного контейнера, в который вносилась суспензия микробных клеток, чувствительных к изучаемому антибиотику. Измерялась глубина резонансных пиков на частотной характеристике полных потерь датчика. После этого в контейнер добавлялся исследуемый антибиотик, и измерения повторялись. Аналитическим сигналом, свидетельствующим о появлении антибиотика в суспензии клеток, служило изменение глубины резонансных пиков после его добавления в контейнер.

Акустический журнал, 68, 6, с. 583-588 (2022) | Рубрика: 06.17

 

Гусев В.А., Жарков Д.А. «Акустические поля и радиационные силы, создаваемые стоячей поверхностной волной в слоистых вязких средах» с. 589-604

Рассчитаны поля, амплитудные и дисперсионные характеристики поверхностной акустической волны в системах: “вязкое жидкое полупространство–твердое полупространство” и “слой вязкой жидкости–упругое полупространство” с учетом сдвиговых компонент в жидкости. Рассчитано результирующее радиационное давление, возникающее в слое вязкой жидкости со стороны стоячей поверхностной волны и действующее на элемент ее объема за счет нелинейности уравнений движения в одномодовом и двухмодовом режимах. Показано, что наличие вязкости приводит к нарушению строгой периодичности и симметричности полей радиационных сил и акустических течений. Сдвиговые компоненты вызывают локализованные в узкой приграничной области, но значительные по величине силы радиационного давления. Возбуждение в системе нескольких волновых мод создает предпосылки для создания сложных пространственных распределений полей радиационных сил. Управляя частотой волны и толщиной слоя, можно добиться либо преобладания поля одной моды, либо сопоставимого вклада нескольких мод. В окрестности волнового резонанса преобладает основная мода.

Акустический журнал, 68, 6, с. 589-604 (2022) | Рубрики: 05.02 05.09 06.02

 

Теплых А.А., Зайцев Б.Д., Семёнов А.П., Бородина И.А. «Влияние электропроводности пленки на характеристики акустического резонатора с радиальным возбуждающим электрическим полем» с. 605-610

Приведены результаты исследования влияния электрической проводимости тонкой пленки, нанесенной на торец резонатора с радиальным возбуждающим электрическим полем или находящейся в непосредственной близости от него, на характеристики резонатора. Рассмотрено три ситуации: проводящая пленка отсутствует, пленка нанесена непосредственно на торец резонатора и пленка находится на небольшом расстоянии от свободного торца резонатора. Во всех трех случаях рассчитан и измерен электрический импеданс резонатора в широком частотном диапазоне 1–1500 кГц. Впервые проведено уточнение материальных констант пьезокерамики для свободного и закороченного резонатора и показано, что эти константы совпадают между собой с хорошей точностью. Показано, что уменьшение толщины резонатора и увеличение зазора между электродами увеличивает его чувствительность к присутствию проводящей пленки на небольшом расстоянии от торца резонатора.

Акустический журнал, 68, 6, с. 605-610 (2022) | Рубрика: 06.17

 

Туральчук П.А., Вендик И.Б. «Синтез полосовых фильтров на объемных акустических волнах с учетом материальных параметров многослойной структуры резонаторов» с. 611-617

Предложена методика синтеза полоснопропускающих фильтров (ППФ) с Чебышевской характеристикой на основе резонаторов на объемных акустических волнах с учетом влияния электромеханических параметров всех слоев многослойной структуры резонаторов. Классический синтез фильтра-прототипа, расширенный введением дополнительных реактивных элементов, позволяет сформировать требования к частотным свойствам резонаторов в составе ППФ с тем, чтобы получить равномерный уровень пульсаций в полосе пропускания. Методика дополнена использованием аналитической модели входного импеданса резонаторов на объемных акустических волнах, которая учитывает электроакустические параметры структуры, извлекаемые из результатов экспериментального исследования тестовых резонаторов. В работе представлены результаты синтеза полоснопропускающего фильтра третьего порядка на объемных акустических резонаторах, реализованных по типу многослойной структуры с акустической изоляцией от подложки.

Акустический журнал, 68, 6, с. 611-617 (2022) | Рубрики: 04.08 06.01 06.17

 

Захаренко А.Д., Петров П.С. «Возмущения модальных коэффициентов затухания и групповых скоростей, вызванные вариациями глубины вдоль акустической трассы в мелком море» с. 618-624

Рассмотрено возмущение коэффициентов затухания и групповых скоростей акустических мод в волноводе мелкого моря с неоднородным рельефом дна. Построены явные формулы для расчета первых и вторых производных указанных величин по глубине моря, основанные на теории возмущений, разработанной в предыдущих работах авторов. Применение полученных формул проиллюстрировано в модельном примере. Показано, что они позволяют с высокой точностью аппроксимировать зависимость групповых скоростей и модальных коэффициентов затухания от глубины моря. Предложенные формулы могут использоваться для получения простых аналитических оценок потерь при распространении звука в нерегулярных волноводах, а также для учета неоднородностей рельефа дна при выполнении геоакустической инверсии по данным о волноводной дисперсии сигнала.

Акустический журнал, 68, 6, с. 618-624 (2022) | Рубрики: 06.01 07.02

 

Раевский М.А., Бурдуковская В.Г. «Влияние межмодовых корреляций на эффективность пространственной обработки акустических сигналов в океаническом волноводе со взволнованной поверхностью» с. 625-637

Исследуется влияние межмодовых корреляций на эффективность пространственной обработки сигнала в океанических волноводах со взволнованной поверхностью. Предложен алгоритм расчета корреляционной матрицы сигнала на апертуре горизонтальной антенной решетки (АР), учитывающий интерференционную структуру акустического поля в звуковом канале. Коэффициент усиления антенны анализируется для трех методов пространственной обработки: стандартного метода ФАР, метода оптимальной линейной обработки и метода оптимальной квадратичной обработки. Приведены результаты численного моделирования для гидрологических условий Баренцева моря в зимний период. Основное внимание уделяется интерференционным осцилляциям коэффициента усиления АР и зависимости от параметров задачи его значений, “сглаженных” на масштабе интерференционной структуры акустического поля в волноводе.

Акустический журнал, 68, 6, с. 625-637 (2022) | Рубрика: 07.04

 

Демьянов М.А. «Корреляционный метод идентификации акустических источников с помощью многомикрофонных измерений» с. 638-646

Разработан метод определения поля источников по данным многомикрофонных измерений, основанный на корреляционном анализе акустических полей. В предположении дельта-коррелированности поля источников, данный подход позволяет принципиально изменить математическую постановку обратной задачи таким образом, что задача становится корректно поставленной. В частности, данный метод дает возможность одновременно распознать монопольную и дипольную компоненты поля источников с помощью измерений плоской микрофонной решеткой. Метод верифицирован численно на различных тестовых примерах одновременного распознавания монопольной и дипольной составляющих поля источников.

Акустический журнал, 68, 6, с. 638-646 (2022) | Рубрики: 08.06 08.14

 

Копьев В.Ф., Чернышев С.А. «Анализ вторичного звукового излучения в акустической аналогии с оператором распространения, содержащим вихревые моды» с. 647-669

Анализируется метод акустической аналогии применительно к звуковому излучению турбулентной дозвуковой струи. Этот метод описания процесса аэродинамической генерации звука турбулентными потоками основан на использовании линейного оператора распространения со случайным источником в правой части. Главной проблемой при таком подходе является выбор эффективного способа разделения левой части уравнения, отвечающей за распространение звуковых волн, и правой нелинейной части, отвечающей за генерацию звука, так, чтобы результат расчета шума соответствовал экспериментальным данным и физическим представлениям о процессе генерации шума турбулентностью. Одной из нерешенных проблем описанного подхода, проявляющейся в большинстве акустических аналогий, является проблема так называемого сдвигового шума струи, связанного с возбуждением источниками вихревых возмущений сдвигового потока и дополнительным вкладом этих возмущений в звуковое излучение. До сих пор остается неясным, является ли сдвиговая компонента шума отражением реальных физических процессов или она связана с преобразованием уравнений и неточным моделированием источников в методе акустической аналогии. В настоящей работе в рамках сформулированной выше проблемы рассматривается акустическая аналогия, в которой в качестве оператора распространения используются линеаризованные уравнения Эйлера. При таком описании оператор распространения содержит вихревые моды, что приводит к появлению сдвиговой компоненты шума, которая возникает из-за накачки вихревых возмущений источниками в правой части. При моделировании звуковых источников используются гипотезы о квадрупольном характере излучения, изотропности источников звука, а также пространственной некоррелированности процесса рождения звуковых источников. Для валидации модели используются данные измерений звукового излучения струи по методу азимутальной декомпозиции. Проведенное в работе сравнение модели и эксперимента указывает на отсутствие сдвиговой компоненты в шуме струи. Это позволяет сделать вывод о том, что используемое в рассматриваемой акустической аналогии представление о накачке линейных вихревых возмущений среднего течения нелинейными турбулентными пульсациями не соответствует реальному механизму генерации шума турбулентной струей. Анализируются возможные причины выявленного несоответствия модели звукового излучения струи данным акустических измерений в части сдвиговой компоненты шума. Рассматриваются возможные способы решения этой проблемы, позволяющие эффективно разделять левую часть уравнения, отвечающую за распространение звуковых волн, и правую нелинейную часть, отвечающую за генерацию звука.

Акустический журнал, 68, 6, с. 647-669 (2022) | Рубрики: 08.05 08.14 10.01

 

Кудашев Е.Б., Яблоник Л.Р. «Модели и методы скалярной волновой фильтрации полей пристеночных турбулентных пульсаций давления» с. 670-678

Введено понятие скалярного частотно-волнового спектра турбулентных пристеночных давлений и исследованы его основные особенности. Скалярный частотно-волновой спектр, представляющий суммарную энергию всех волновых компонент поля турбулентных давлений с заданным модулем волнового вектора, содержит в концентрированном виде информацию, требуемую при решении многих задач аэрогидродинамической акустики. Показано, что контурные фильтры позволяют проводить оценки частотно-волнового спектра в области малых волновых чисел. Несмотря на трудность практической реализации скалярной волновой фильтрации полей пристеночных турбулентных пульсаций давления в настоящее время построение контурных фильтров представляется перспективным направлением исследований. Предложенные методы и полученные в работе результаты показывают, что широкополосная скалярная волновая фильтрация поля турбулентных пристеночных давлений может осуществляться на базе использования конечноразмерных приближений “идеального” скалярного волнового фильтра с единичной волновой чувствительностью в заданном диапазоне волновых чисел и нулевой чувствительностью вне этого диапазона.

Акустический журнал, 68, 6, с. 670-678 (2022) | Рубрика: 08.05

 

Подымова Н.Б., Карабутов А.А. «Влияние трещиноватости полевых шпатов на спектральную мощность обратнорассеянных широкополосных импульсов продольных ультразвуковых волн» с. 679-688

Изучено влияние микротрещин в лабораторных образцах полевых шпатов на спектральную мощность широкополосных импульсов продольных ультразвуковых волн, рассеянных назад в исследуемом образце (так называемую мощность структурного шума). Для этой цели использован оптико-акустический преобразователь, в котором совмещено лазерное возбуждение зондирующих широкополосных ультразвуковых импульсов в пленке из черного полиэтилена и пьезоэлектрическая регистрация как зондирующих, так и рассеянных в образце импульсов. Исследованы образцы ортоклаза и плагиоклаза с участками скоплений микротрещин, неравномерно распределенных по объему образцов. Такие участки выявлялись по данным оптической микроскопии поверхности образцов и по результатам измерения коэффициента затухания продольных ультразвуковых волн в спектральном диапазоне 1–15 МГц. В участках с повышенным затуханием ультразвука также наблюдалось возрастание мощности структурного шума. Обнаруженная корреляция между концентрацией микротрещин и мощностью структурного шума может служить основой для разработки методики неразрушающей оптико-акустической диагностики возникновения и эволюции локальных микротрещин в образцах горных пород и минералов под действием различных нагрузок.

Акустический журнал, 68, 6, с. 679-688 (2022) | Рубрики: 09.01 09.06

 

Сазонтов А.Г. «Локализация источника в переменном по трассе волноводе в условиях неполной информации о пространственной изменчивости среды распространения» с. 689-696

Рассмотрена задача о локализации акустического источника в переменном по трассе волноводе, в котором происходит взаимодействие нормальных волн, приводящее к связи между их амплитудами. Для рассматриваемого сценария построен адаптивный алгоритм пониженного ранга, учитывающий отличие ожидаемой реплики сигнала от истинной и не требующий знания соответствующих элементов матрицы связи. Путем статистического моделирования установлено, что реализованный способ оценивания дает значительное преимущество как в точности измерения координат, так и в достигаемой с его помощью вероятности правильной локализации по сравнению с традиционным методом MUSIC, не учитывающим эффекты взаимодействия мод.

Акустический журнал, 68, 6, с. 689-696 (2022) | Рубрика: 07.04 12.04

 

Guessoum A. «Convexity and Concavity Control of Laser Beam Using a Frequency Modulated Acoustic Wave» pp. 542-548

The transformation of Gaussian beam into a flat top one is realized by interaction of laser beam with two perpendicular sinusoidal ultrasonic waves operating in Raman–Nath regime. In this paper we propose, theoretically demonstrate and numerically illustrate a convex-concave beam, having the same principle of flat top one, using a frequency-modulated ultrasonic wave. The novelty of this beam is that its intensity varies periodically and regularly as function of time. Furthermore, the amplitude and the frequency of this variation can be controlled, easily by acting on the frequency excursion and modulating signal frequency respectively. Finally, the change in intensity between the centre and the edges of beam will enable to find promising results in future. https://doi.org/10.1134/S1063771022960016

Acoustical Physics, 68, 6, pp. 542-548 (2022) | Рубрики: 06.17 05.15 06.19