(сверление отверстий сложной формы, шлифование, полирование,
наклеп, волочение проволоки, прокатка фольги и т.д.)
- лужение и паяние металлов, керамики, стекла и т.п.
- сварка металлов и полимеров.
А.с. 505 540: Способ сварки трением встык разнородных ме-
таллов при котором осуществляют вращение одной заготовки, кро-
ковку стыка и обжатие его при помощи осадочной матрицы, наде-
той на неподвижную заготовку, отличающийся тем, что с целью
повышения стабильности качества сварного шва и стойкости мат-
рицы, проковку и обжатие стыка производят с наложением на оса-
дочную матрицу поперечных звуковых колебаний с пучностью нап-
ряжений в очаге деформации при с менее окружной скорости
вращающейся заготовки.
Жидкости (кавитирующие)
- очистка деталей от жировых и других загрязнений
А.с. 120 613: Устройство для автоматической очистки дета-
лей, например, сеток радиоламп посредством промывочной жидкос-
ти, включающие промывочную ванну, транспортер, укладочное и
разгрузочное приспособление, отличающееся тем, что с целью по-
вышения качества очистки, в промывочной ванне установлены уль-
тразвуковые излучатели с концентраторами ультразвуковой энер-
гии, служащие для создания фонтанов промывочной жидкости,
омывающих сетки, перемещаемые над промывочной ванной.
- диспергирование твердых порошкообразных материалов в
жидкостях, эмульгирование несмешивающихся жидкостей.
А.с. 517 294: Способ получения жирового концентрата,
включающий смешивание жира с белковым стабилизатором и высуши-
вание, отличающийся тем, что с целью длительного хранения вы-
сококилотных жиров, а также удешивления способа, жир перед
смешиванием нейтрализуют в присутствии катализатора, смесь жи-
ра со стабилизатором эмульгируют с помощью ультразвука в тече-
нии 10-15 минут, а в качестве стабилизатора используют дунст.
- получение аэрозолей.
- полимиризация или деструкция высокомолекулярных соеди-
нений, ускорение массообразных и химических процессов.
- разрушение биологических обьектов (микроорганизмов).
Действие ультразвука на жидкость базируется на использо-
вании вторичных эффектов кавитации - высоких локальных давле-
ний и температуры, образующихся при схлопывании кавитационных
пузырьков.
Г а з ы
- сушка сыпучих, пористых и других материалов.
- очистка газов от твердых частиц и аэрозолей.
5.3.5. Акустомагнетоэлектрический эффект.
Звук способен сортировать не только яблоки, но и электро-
ны. Если поперек направления распространения звука в проводя-
щей среде наложить магнитное поле, то электроны, которые увле-
каются звуком, будут отклоняться в этом поле, что приведет к
возникновению поперечного тока или, если образец "разомкнуть"
в поперечном направлении, электродвижущей силы (ЭДС). Но маг-
нитное поле в соответствии с законом Лоренца отклоняет элект-
роны разных скоростей по разному, поэтому величина и даже знак
ЭДС показывают, какие электроны увлекаются звуком, то есть ко-
ковы свойства электронного газа в данной среде. В каждом ве-
ществе звук увлкает за собой группу электронов характерных
именно для дпнного вещества. Если звук проходит через границу
двух веществ, то одни электроны должны смениться другими, нап-
ример, более "холодные", более "горячими". При этом от границы
будет тепло, а сама граница охлаждаться. Данный эффект похож
на известный эффект Пельтье (см. раздел 9.2.2.).
Однако принципиальное отличие этого эффекта от эффекта
Пельтье состоит в том, что он не исчезает, даже при очень низ-
ких температурах и охлаждение может продолжаться до темпера-
тур, близких к абсолютному нулю. Это открытие зарегистрировано
под номером 133 в следующей формулировке:"Установлено неиз-
вестное ранее явление возникновение в телах, проводящих ток,
перемещенных в магнитном поле, при прохождении через них зву-
ка, электродвижущей силы поперек направления распространенияз-
вука, обусловленной взаимодействием со звуковой волной носите-
лей заряда, находящихся в различных энергетических
состояниях". На основе открытия уже сделано ряд изобретений.
А.с. 512 422: Способ измерения времени релаксации энергии
носителей заряда в кристалле, заключающийся в измерении прово-
димости и разности потенциалов на исследуемом образце, отлича-
ющийся тем, что с целью упрощения и повышения точности измере-
ния, в образец вводят ультразвуковую волну, измеряют разность
потенциалов в направлении распространения волны и проводимость
в перпендикулярном направлении.
А.с. 543 140: Способ усиления поверхностных звуковых волн
в пьезоэлектическом полупроводнике основанный на взаимодейс-
твии звуковых волн с электрическим полем, отличающийся тем,
что с целью повышения эффективности усиления, дрейфовое напря-
жение прикладывается в направлении, перпендикулярном распрост-
ранению поверхностной звуковой волны.
5.4. Волновое движение.
Волна - это возмущение, распространяющееся с конечной
скоростью в пространстве и несущее с собой энергию. Суть вол-
нового движения состоит в переносе энергии без переноса ве-
щества. Любое возмущение связано с каким-то направлением (век-
тор электрического поля в электромагнитной волне, напрвление
колебаний частиц при звуковых волнах, градиент концентрации,
градиент потенциала и т.д.). По взаимоположению вектора возму-
щения и вектора скорости волны, волны подразделяются на про-
дольные (направление вектора возмущения совпадает с направле-
нием вектора скорости) и поперечные (вектор возмущения
перпендикулярен вектору скорости). В жидкостях и газах возмож-
ныв только продольные волны, в твердых телах и продольные и
поперечные.
Волна несет с собой и потенциальную и кинетическую энер-
гию. Скорость волны, т.е. скорость распространения возмущения,
зависит как от вида волны, так и от характеристик среды, нап-
ример, от прочности бетона при затвердевании. Измеряя скорость
распространения ультразвука можно определить, какую прочность
набрал бетон в процессе выпаривания. ("Знание-сила"II,1969)
В Японии предложено пропускать ультразвук через стальные
изделия перпендикулярно тем поверхностям, расстояние между ко-
торыми нужно измерить. Стальные изделия помещались в остную
ванну, которая просвечивалась ультразвуковыми импульсами. Из-
мерив время необходимое для прохождения импульса от каждого
вибратора, определяли внешние разхмеры изделия /заявка Японии
N 51-23193/.
При наличии дисперсии волн (см. раздел 5.4.7.) понятие
скорости волны становится не однозначным; приходится различать
фазовую скорость (скорость распространения определенной фазы
волны) и групповую скорость, являющуюся скорость переноса
энергии, что усложняет различные измерительные работы с по-
мощью различного вида колебаний. В случае же когерентного ко-
лебания фазовая скорость может нести информацию о свойствах
среды.
А.с. 288 407: Способ измерения паросодержания пароводяных
смесей и количества парогазовых включений по а.с. N'131138,
отличающийся тем, что с целью повышения точности и чувстви-
тельности при измерениях паросодержания в высокочастотных
трактах с большими потерями, отраженный сигнал, фаза которого
характеризует измеряемый параметр, выделяют из высокочастотно-
го тракта, усиливают, ограничивают по амплитуде и сравнивают
его фазу с фазой опорного когерентного высокочастотного коле-
бания.
А.с. 412 421: Способ измерения скорости ультразвука в
средах основанный на определении времени рапространения коле-
баний с помощью фазового сдвига, отличающийся тем, что с целью
повышения точности измерения, модулируют колебания по фазе и
одновременно пропускают через исследуемую и эталонную среду,
измеряя на границах обеих сред относительную величину фазы ко-
лебаний, и по результатам измерения находят скорость ультраз-
вука в исследуемой среде.
5.4.1. Стоячие волны.
При наличии каких-либо неоднородностей в среде имеют мес-
то явления преломления и отражения волн. Если возбуждаемые в
среде волны отражаются от каких-то границ (препятствий), то
при определенном сдвиге фаз в результате наложения прямой и
отраженной волны может возникнуть стоячая волна с характерным
расположением максимумов возмущения (узлов и пучностей). При
наличии стоячей волны переноса энергии через углы нет, и в
каждом участке между двумя узлами наблюдается лишь взаимопрев-
ращение кинетической и потенциальной энергии.
А.с. 337 712: Способ определения модуля упругости бетона
путем ультразвукового прозвучивания образца, отличающийся тем,
что с целью повышения точности, фиксируют частоту ультразвуко-
вых колебаний при возникновении стоячей волны и по ней судят о
модуле упругости бетона.
А.с. 488 170: Способ ипытания кабельных изделий на виб-
ростойкость путем создания колебаний в закрепленном по концам
образца, находящемся под натяжением, отличающийся тем, что с
целью повышения надежности испытаний кабель-буксирных комплек-
таций, на образце кабеля закрепляют соединитель, идентичный по
весу, размерам, и элементам фиксации муфте изделия, концы зак-
репляют шарнирно, возбуждают в нем стоячие волны, а соедини-
тель размещают в узле стоячей волны.
5.4.2. Эффект Доплера-Физо.
Еслирегистрировать колебания в точке, расположенной на
каком-либо расстоянии от источника колебаний и неподвижной от-
носнего, то частота регистрируемых колебаний будет равна час-
тоте колебаний источн Если же источник и приемник приближаются
друг к другу, то частота регистрируемых колебаний будет выше
частоты колебаний источника. При взаимном удалении приемника и
источника приемник будет регистрировать понижение частоты ко-
лебаний. При этом изменение частоты зависит от скорости взаим-
ного движения источника и приемника. Этот эффект был впервые
открыт Доплером в акустике, позже его независимо открыл Физо и
рассмотрел его в случае световых колебаний.
На основе этого эффекта создан прибор для измерения ско-
рости супертанкеров при швартовых операциях,, длина волны ис-
пользована малая (микроволновый сигнал). Очевидно подобный
прибор может быть использован и в других областях техники.
Патент США 3 555 899: Установка для ультразвукового изме-
рения расхода жидкостей в трубопроводе. Имеется устройство для
создания двух траекторий распространения ультразвука между
противоположными боковыми стенками трубопровода и устройство,
которое направляет эти траектории таким образом, что они рас-
полагаются в плоскости, проходящей через параллельно продоль-
ные прямые, и наклонены к обоим прямым под взаимно дополняющи-
ми углами. Установка имеет устройство, которое посылает
ультразвуковые колебания в двух противоположных направлениях
по каждой из двух траекторий. Расход определяется путем изме-
рения скорости распространения колебаний по направлению потока
и навстречу потоку и вычисления среднего значения разности
между указанными различными скоростями. Распространение звуко-
вых колебаний по одной траектории может быть обеспечено путем
отражения ультразвуковых колебаний, идущих по другой траекто-
рии.
Патент США 3 564 488: Прибор для измерения скорости дви-
жущихся обьектов, например, для измерения скорости движения
тела по рельсам. По одному из рельсов пускаются ультразвуковые
волны. В приборе имеется пьезоэлектрический преобразователь
который служит для обнаружения доплеровской частоты в отражен-
ном сигнале, исходящеи от точки, расположенной вблизи места
контакта движущегося тела с рельсом. Частота Допплера исполь-
зуется для измерения скорости движущегося по рельсам обьекта.
5.4.3. Поляризация.
Поляризация волн - нарушение осевой симметрии поперечной
волны относительно направления распространения этой волны. В
