固体中超声波传播的非线性畸变

研究超声波在固体媒质中传播规律时,通常采用线性近似方法,略去声波参数(如位移、应变和应力等)的二级小量,假定应力和应变的关系遵从胡克定律.这样,固体中声波参数所满足的波动方程是一类线性二阶偏微分方程,其解代表简谐振动或许多简谐振动的叠加.在线性近似下,任何不同类型的简谐波均可独立地传播.若不考虑媒质引起的声波衰减,则声波的波形不变. 但是,对于在固体中传播的强度较高的声波,应力和应变不再能用胡克定律来描述.媒质质点振动的非线性项应该保留.从波的传播特性来看,原来的简谐基波振动在其传播过程中将产生高次谐波分量,发生波…     

声光调制原理及应用

声波通过固体媒质时,在媒质中产生的机械应力会引起媒质折射率的变化,从而在媒质中形成光栅状的折射率轮廓．该光栅结构导致入射光束的衍射,称为声光效应．利用声光效应可以实现光的调制。 图１给出声光调制器的示意图,它是一块透明的固体煤质（如石英）,煤质的两端分别与压电换能器和吸声器相连,当换能器上加以高频电压时,换能器的振动会在煤质中产生超声波．媒质的折射率ｎ＝,当超声波穿过团体媒质时,媒质分子电偶极矩发生变化（Χｅ发生变化）,从而使媒质的折射率发生周期性变化,形成折射率光栅（即超声光栅）．此时光栅常数…     

超声波清洗技术

 超声波是指频率高于20kHz的声波,人耳一般听不见。超声波是通过电磁振荡与机械振动的转换来实现,完成这种转换的装置称为电声换能器。由于超声波的波长很短,频率很高,因而产生了一系列与通常声波不同的特点。     

超声波和超声场

 声波是一种机械波,如果用频率来表征声波,并以人的感觉频率为分界线,可把声波划分为次声波(f<20Hz)可闻声波(20Hz≤f≤20kHz)及所谓超声波,它是指频率大于20kHz以上的声波。一般认为人耳所能听见频率的上限为20kHz。由于超声波的波长短,相同的振幅情况下,质点振动传递的能量就大得多,超声波在传播时就具有了与光传播时类似的特性,可以借助于光学的一些原理来研究它。计算表明,在液体中传播着超声波,其质点振动加速度的幅值可高达重力加速度的上百万倍!波长短的超声波的显著特征是方向性强,这样可用它采集信息,特别是材料内部的信息,因为超声波几乎能穿透任何材料。这对于某些其他辐射能量不能穿透的材料,超声波便显示出其独特的优越性。因之,超声波在工业、医疗等科技领域中有着重要的应用。     

超声波及其应用

超声就是普通的弹性介质的机械扳动,这种振动以一定的速度传播并且具有一定的能量。超声波——是介质的互相更替的稠密和稀疏。超声的传播速度与介质的弹性和介质的密度有关。超声波的波长,也和普通的声波一样,决定于两相隣的稠密或稀疏之间的距离。超声频率的下限     

声波在含气泡液体中传播特性及产热效应*

该文对含气泡液体中的声波方程采用线性分析方法,研究了超声波在含气泡液体中的传播特性以及产热效应。当声波在含气泡液体中传播时,气泡的存在会影响声波的传播,在声波频率接近气泡共振频率的频段内,声信号在液体中传播时剧烈衰减,而在声波频率远远高于或低于气泡共振频率时,声波的传播基本不受影响。在接近气泡共振的频段内,声波耗散的能量最终转化为热能。同时液体中的气泡会在声波驱动下径向振动并辐射声波,伴随气泡壁在液体中的粘滞振动,热量随之产生。结果表明,两种产热机制分别在不同频段起主导作用。     

超声波清洗技术及应用

 超声波是频率在人耳听觉范围上限(16kHz～20kHz)以上的声波,超声波因其频率高、方向性强、穿透本领大,尤其是在液体中能产生空化现象等特点,已被广泛应用到许多领域。超声波应用技术甚多,主要分为检测超声、医学超声、声表面波、功率超声及高频超声等,超声波清洗技术(以下简称“超声清洗”)是功率超声应用最广泛的一种。超声清洗有时被称“无刷清洗”,把工件放入超声清洗机中,无需任何刷、搓、滚动等清洗动作,污物“自动”从工件表面脱落,一会儿就干净如新,看起来非常神奇,那么,它究竟是怎样清洗的呢?     

功率超声与清洗技术

 超声波是物理学的一个分支,它是指频率在２０ｋＨｚ以上的声波．由于它具有良好的束射性、很高的强度和很强的穿透能力等特点,所以应用十分广泛．超声波的应用可以分为两大类：一类是检测超声;另一类是功率超声．检测超声是利用超声波的性质来对物质进行各种检验和测量,如Ｂ超、流量和液位测量等;而功率超声则是利用超声波振动形式的能量使物质的一些物理、化学和生物性质或状态发生改变。利用超声波进行清洗,是功率超声一种最广泛的应用,它起始于五十年代初,其特点是清洗速度快、质量高、易于实现自动化．特别适用于清洗表面形状复杂的工件,如对于精密工件上空穴、狭缝、凹槽、微孔及暗洞处,通常的洗刷方法难以奏效.     

超声波声孔效应中气泡动力学的研究

在超声快速制取组织细胞病理切片的过程中，发现激励信号对切片制取效果有明显的影响.为了掌握超声激励信号对组织细胞的影响规律，达到快速制取病理切片的最佳状态，从气泡空化模型入手，通过改变激励信号频率、声压、气泡初始半径和液体黏滞系数等参量，研究了声孔效应中气泡动力学激励机制.数值计算表明：空化泡振动随激励声压增强而升高，随液体黏滞系数增强而减弱；一定频率范围内空化泡振动能保持在膨胀、收缩和振荡的稳定空化状态，存在空化泡稳态振动的最佳激励频率；一定初始半径能保证空化泡产生稳定的振动，存在空化泡稳态振动幅度最大的初始半径.实际操作中，在频率、声压、初始半径和黏滞系数综合作用的若干空化阈内，声孔效应使超声快速法制取细胞组织切片获得最佳效果. 关键词： 声孔效应 超声空化 气泡振动 稳态空化域     

低频超声空化场中柱状泡群内气泡的声响应

本文在气泡群振动模型的基础上,考虑气泡间耦合振动的影响,得到了均匀柱状泡群内振动气泡的动力学方程,以此为基础分析了低频超声空化场中柱形气泡聚集区内气泡的非线性声响应特征.气泡间的耦合振动增加了系统对每个气泡的约束,降低了气泡的自然频率,增强了气泡的非线性声响应.随着气泡数密度的增加,气泡的自然共振频率降低,受迫振动气泡受到的抑制增强.数值分析结果表明:1)驱动声波频率越低,气泡的初始半径越小,气泡数密度变化对气泡最大半径变化幅度的影响越大;2)气泡振动幅值响应存在不稳定区,不稳定区域分布与气泡初始半径、驱动声波压力幅值、驱动声波频率等因素有关.在低频超声波作用下,对初始半径处在1—10μm之间的空化气泡而言,气泡初始半径越小,气泡最大半径不稳定区分布范围越大,表明小气泡具有更强的非线性特征.因此,气泡初始半径越小,声环境变化对空化泡声响应稳定性影响越显著.     

机械波的多普勒效应浅析

波源或观察者相对于媒质运动时,观察者接收到的频率(称为感知频率)不同于波源的频率,这种现象称为多普勒效应.本文试图给出机械波多普勒效应普遍公式的简单推导,并就有关问题略加讨论.一、公式推导设波在各向同性均匀媒质中传播的速率为 v,波源相对于媒质的速率为 v_z,观察者相对于媒质的速率为 v_o,波源的固有振动频率为 v,观察者的感知频率为 v′。     

朗之万（Langevin Paul，1872—1946）法国物理学家（Physicist，France）

19世纪90年代末期朗之万去剑桥大学在汤姆孙指导下学习。1902年回索邦，在居里C27指导下学习。1904年，在法兰西学院获得物理学教授职位。他在法国公众中普及推广爱因斯坦朗的理论，正如艾丁顿向英、美公众所做的那样。他最著名的工作是使用超声波。这些超声波可由压电效应产生，采用无线电电路可以相当快速地变换电位，从而使晶体振动加快，足以产生超声频率范围内的声波。超声波从微小物体反射远比普通声波容易得多。     

低频声波的定向辐射

实现低频声波在空间中的定向传播,是一个迫切需要解决的关键科学问题。为实现低频声波的定向传播,要考虑影响声波指向性的因素:声源辐射面积、辐射面结构和所辐射声波的频率。而影响声波传播的因素有:(1)媒质的性质,例如声阻抗、声衰减;(2)边界条件,不同的边界会产生声波不同的传播模式,例如点源在不同边界附近的辐射表现(点声源在声学硬边界表现为单级子的指向性,即全指向性;点声源在声学软边界为偶极子的指向性,呈现为八字型,具有一定的指向性);(3)结构的控制,例如通过米氏共振结构来控制低频声波的传播。文章简要介绍了影响声波传播的因素和控制声波传播的方法,并主要从边界条件和结构控制两方面来说明如何实现低频声波的定向辐射。     

水声作用下矩形弹性-粘弹性复合板的振动和散射声近场(Ⅱ)——矩形弹性-粘弹性复合板散射声近场研究

本文根据作者前一篇文章导出的复合粘-弹性薄板弯曲振动方程给出板振动简正模式的级数解,计算和分析了声波入射时,矩形复合粘弹性障板的振动;研究了密介质中,复合板简正模振动和其二次辐射场之间作用,以及不同模式振动之间由于辐射场引起的互耦合作用;数值计算了简支矩形板各号简正模的自耦合和互耦合系数随kl_1的变化关系,(r=l_2/l_1作为参变量,k为波数,l_1,l_2分别为板的两对边边长);并计算了复合障板在不同频率声波作用下各号模的复数振幅值;进而计算了不同频率声波作用下,板振动二次辐射声的近场声压分布。     

超声驱动的超声波振动减摩作用研究

借助于动力学原理,对超声驱动中的垂直超声波振动的减摩作用进行了理论研究。将超声电机定子和转子接触区定子表面一点的超声波振动分解成水平振动和垂直振动,并分析了两个方向振动对超声电机驱动作用的影响。提出水平振动产生摩擦驱动力,垂直振动影响水平驱动的效果,将垂直方向超声波振动的作用等效为普通滑动试验中垂直于滑动方向超声波振动的作用,揭示了垂直方向超声波振动是导致超声驱动动摩擦系数降低的原因。试验结果与理论分析定性地一致。     

Para-Xylene分子结构和光谱的外场效应研究

对二甲苯(PX)是一种重要的化工原料，广泛地用于合成聚脂纤维树脂，是医药和农药用聚合单体，因此了解对二甲苯分子结构和光谱的外场效应具有十分重要的意义。为研究外电场对PX分子结构和红外(IR)光谱产生的影响，本文采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法在6-311++G(d, p)基组水平上优化了不同外电场(0～0.030 a.u.，0～1.542×1010 V·m-1)作用下PX分子的基态几何结构，在此基础上利用同样的方法计算了PX分子在不同电场下的振动频率，得到了分子的IR光谱，最后对PX的分子结构和IR光谱受外电场作用的的影响规律进行了研究。结果表明：频率497 cm-1的吸收峰为苯环上的C1-H7和C2-H8的面外摇摆振动，812 cm-1的吸收峰是苯环上的C4-H9和C5-H10的面外摇摆振动，1 547 cm-1为苯环上的C1-H7和C2-H8的面内弯曲振动，3 017 cm-1为甲基上的C11-H14和C15-H17的伸缩振动所产生，3 164 cm-1为苯环上的C4-H9和C5-H10的伸缩振动所产生；外电场与分子内电场的叠加效应使得R(4, 9)，R(5, 10)，R(11, 14)和R(15, 17)等的键长随着外电场的增强急剧增长，而R(1, 7)，R(2, 8)，R(11, 12) 和R(15, 16)等随着外电场的增强变化不明显；随着R(4, 9)和R(5, 10)的增加，吸收峰Ⅱ和Ⅴ出现了明显的红移，它们的频率分别减少了133和140 cm-1，峰Ⅳ在外电场较弱时频率增加，而当外电场较强时频率又开始减小，峰Ⅰ和Ⅲ的频率变化不明显。总之，在外电场的作用下，分子结构变化剧烈，红外光谱吸收峰出现了红移或蓝移，伴随着吸收峰的移动，分子的摩尔收系数ε也进行了重新分配，分子的振动斯塔克效应(VSE)明显。     

PEG6000溶液超声化学反应机理的初步研究

采用不同电功率的超声波处理了聚乙二醇(PEG6000)溶液。凝胶渗透色谱(GPC)分析超声处理后的PEG溶液发现,当超声电功率超过250W时,PEG分子量随超声波作用强度的增大而减少,随超声波作用时间的延长而增大;在电功率超过250W超声波作用下,傅立叶红外光谱(FT-IR)分析表明,组成PEG的单体没有明显改变,但是,羟基含量分析表明,PEG固体样品中的羟基含量有所减少。结合实验结果,根据高分子化学、有机化学和超声化学中相关理论对PEG超声化学反应机理进行了探讨,认为:当超声波作用于PEG溶液时,同时存在有PEG的缩水聚合反应和自由基降解反应,当频率为20-25kHz、电功率为250-600W的超声作用于PEG6000溶液时,缩水聚合反应占主导地位。     

物理新闻

　伴随着声波的快速结晶 (ＱｕｉｃｋＣｒｙｓｔａｌｌｉ ｚａｔｉｏｎｗｉｔｈＳｏｕｎｄＷａｖｅｓ)法国巴黎ＥｃｏｌｅＮｏｒｍａｌｅＳｕｐｅｒｉｅｕｒｅ(简称ＥＮＳ)的物理学家们首次将声波应用于液体的结晶过程中 .他们将放置于玻璃平台上的液态氦在小范围内爆发了 1ＭＨｚ的超声波 ,从而产生了约有 2 0 0ｂｉｔ的声功率 ,其能量要比常用的喷射能量大一百万倍左右 .在正振幅超声波作用下立即可观察到液态氦以 10 0ｍ ｓ的速率形成约 15μｍ大小的晶粒 .随后在负振幅超声波作用时 ,在 2 50ｎｓ的时间后 ,就会发生迅速的融化过程 .这…     

拉曼-奈斯型声光衍射效应实验仪

通过傅里叶光学分析,阐述了拉曼-奈斯衍射条件下超声驻波成像的本质.设计了拉曼-奈斯型声光衍射效应综合实验仪,验证了当激光垂直穿过驻波超声光栅后的光场含有一系列中心频率间隔为超声波频率的非相干光,根据实际条件简化了光场总强度分布表达式.     

声光技术的进展

一、声光效应和声光器件 当声波在介质中传播时,由于物质的光弹效应,使介质的折射率发生周期性变化,从而也像相位光栅那样使光衍射.当超声波频率较低,声光互作用区较短时,入射光常被衍射成多级衍射光,这就是喇曼-奈斯衍射.如果超声波频率很高,光沿着适当的角度射入介质并通过较多的超声波阵面,则高次衍射光消失,只剩下0级和1级光,这就是布喇格衍射,这时入射光与衍射光的角度应满足布喇格方程即