Аналитический результат генерации оптоакустических волн для сферических поглотителей в дальнем поле
Аналитические выражения амплитуды звукового давления для сферических поглотителей в результате воздействия лазерного излучения в жидкость в дальнем поле. Возбуждение акустических волн при поглощении переменного светового потока. Модели для идеальных сред.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 11.01.2018 |
| Размер файла | 109,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Южный федеральный университет, Таганрог
Аналитический результат генерации оптоакустических волн для сферических поглотителей в дальнем поле
Д.А. Кравчук
Постановка задачи
В настоящее время быстро развиваются методы оптоакустической диагностики. В связи с этим возникает необходимость в изучении свойств импульсного звукового отклика в подвергнутых лазерному облучению реальных жидких средах: суспензиях, биологических пробах. Термооптическое возбуждение звука широко применяется в задачах диагностики жидкостей.
Для сферического гауссовского источника начальный рост давления определяется выражением [1-3, 7, 8]
. (1)
где общая поглощенная энергия. В дальнем поле , акустический переходный генерируемый мгновенным нагревом этого пространственного распределения поглощения, определяется формулой (3) с . Гауссова функция нагрева описывается
(2)
Для r ?? Rs пренебречь вкладом в сигнал PA, исходящий из объема источника вне сферы с радиусом r, и свертку Pd (r, t) с T (t)
(3)
Это выражение является приближением дальнего поля.
Чтобы получить корректное выражение, включающее ближнее поле, необходимо добавить второй член, как указано в уравнении (16), то есть такое же выражение, вычисленное в отрицательное время, должно быть добавлено.
Максимумы ОАС находятся при , а интервал пикового пика может быть выражен как
,(30)
где - интервал между точками изгиба временного профиля функции нагрева, а - расстояние между точками изгиба пространственного распределения тепла.
Для продольных акустических волн в водных средах основными источниками ослабления сигнала являются термоупругие или теплопроводные потери, релаксационное поглощение или вязкие потери [7, 8]. Оба механизма акустического ослабления пропорциональны квадрату частоты. В материалах с большими молекулярными цепочками затухание, обусловленное поглощением гистерезиса или потерями в изменении состояния, пропорционально частоте. Амплитудный спектр теоретического ОА-импульса при наличии звукопоглощения (пропорциональный f2) определяется формулой [7-11]
(4)
Коэффициент поглощения звука в зависимости от частоты для амплитуды давления пропорционален квадратичной частоте и равен [7-8] , где и f - частота акустической волны, преобразование Фурье оптоакустического импульса, дает амплитудный спектр импульса, который следует умножить на частотно-зависимое поглощение звука и затем преобразовать обратно во временную область, чтобы найти изменение ОА импульса во временной области за счет поглощения.
После обратного преобразования Фурье зависимый от времени ослабленный ОА-импульс снова описывается уравнением (3), за исключением того, что эффективную постоянную времени следует заменить на зависящую от расстояния эффективную временную константу , определяемую формулой
(5)
Где и определены по-прежнему, а - коэффициент ослабления спектральной амплитуды.
Рис. 1. Влияние поглощения звука в воде на теоретический сигнал ПА, генерируемый сферическим распределением нормальных источников. Кривые соответствуют разным расстояниям распространения. Сигналы нормированы по отношению к сигналу в точке наблюдения для без поглощения (сплошная при r=0 см, пунктирная r=1 см, точечная r=5 см, пунктир с точкой r=12 см)
На рис. 1 временные профили сферического ОА-импульса показаны для некоторых расстояний распространения r относительно соответствующих сигналов при отсутствии поглощения звука. Радиус источника составляет 6 мкм, имитируя группу из нескольких красных кровяных клеток, как наименьший возможный объем источника, а длительность лазерного импульса составляет 84 нс и периодом следования 10 кГц [4-6]. Длительность импульса выбрана в соответствии с техническими характеристиками лазерного комплекса LIMO 100-532/1064-4 на основе Nd:YAG лазера с фиксированной длиной волны 1064 нм. Для больших радиусов ОА источника или более длительных длительностей лазерных импульсов искажение ОА импульса менее заметно из-за более низкой средней частоты ОАС.
Литература
амплитуда звуковой давление волна
1. Кравчук Д.А. Экспериментальные исследования и моделирование процесса генерации оптоакустических волн // Инженерный вестник Дона, 2017, № 2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2017/4234.
2. Кравчук Д.А., Д.В. Орда-Жигулина, Г.Ю. Слива Экспериментальные исследования оптоакустического эффекта в движущейся жидкости. Известия ЮФУ. Технические науки № 4 (189), 2017. С. 246-254.
3. Кравчук Д.А. Теоретические исследования генерации оптоакустических волн в жидкости цилиндрическими поглотителями // Инженерный вестник Дона, 2017, № 3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2017/4350.
4. Д.А. Кравчук, И.Б. Старченко, И.А. Кириченко Прототип оптоакустического лазерного цитомера // Медицинская техника № 5 (305), 2017. с. 4-7.
5. Кравчук Д.А. Моделирование системы регистрации акустического сигнала в результате возбуждения оптико-акустического эффекта в жидкости. //Успехи современной науки. 2016. Т. 4. № 11. С. 121-123.
6. Кравчук Д.А. Система регистрации оптоакустического эффекта в жидкости. Результаты эксперимента. //Успехи современной науки и образования. 2016. Т. 5. № 12. С. 131-133.
7. H.M. Lai and K. Young, ``Theory of the pulsed optoacoustic technique,''J. Acoust. Soc. Am. 72, pp.2000-2007. 1982.
8. Beard P. Biomedical photoacoustic imaging // Interface Focus 1. - 2011. - pp. 602-631.
9. Кравчук Д.А., Кириченко И.А., Орда-Жигулина Д.В. Обзор методов использования наноразмерных объектов в биомедицинских исследованиях Научные труды SWorld. 2015. Т. 5. № 4 (41). С. 24-27.
10. Kravchuk D.A., Vtorushin A.S., Myakinin V.A. Tendencies of development of optoacoustic methods and devices in biomedicine // SWorldJournal. 2016. V. 10. № j116 (10). pp. 42-45.
11. Кравчук Д.А. Система регистрации акустического сигнала в результате возбуждения оптико-акустического эффекта в жидкости//В сборнике: Проблемы автоматизации. Региональное управление. Связь и автоматика (Паруса - 2016). Сборник трудов V Всероссийской научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. 2016. С. 116-119.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Понятие об оптическом волокне. Прохождение светового излучения через границу раздела сред, а также в оптических волокнах, определение окон прозрачности. Стабильность мощности лазерного излучения. Принципы измерения мощности на разных длинах волн.
курсовая работа [832,5 K], добавлен 07.01.2014Связь между переменным электрическим и переменным магнитным полями. Свойства электромагнитных полей и волн. Специфика диапазонов соответственного излучения и их применение в быту. Воздействие электромагнитных волн на организм человека и защита от них.
курсовая работа [40,5 K], добавлен 15.08.2011Принцип работы лазера. Классификация современных лазеров. Эффекты, в виде которых в тканях организма реализуется биологическое действие высокоинтенсивного лазерного излучения. Действующие факторы лазерного излучения. Последствия действия светового потока.
презентация [690,8 K], добавлен 19.05.2017Энергия электромагнитных волн. Вектор Пойнтинга, свойства. Импульс, давление электромагнитного поля. Излучение света возбужденным атомом. Задача на определение тангенциальной силы, действующей на единицу поверхности зеркала со стороны падающего излучения.
контрольная работа [116,0 K], добавлен 20.03.2016Взаимодействие лазерного излучения с атомами. Пробой жидкостей под действием лазерного излучения. Туннельный эффект в лазерном поле. Модель процессов ионизации вещества под воздействием лазерного излучения. Методика расчета погрешностей измерений.
дипломная работа [7,4 M], добавлен 10.09.2010Обзор особенностей преломления и отражения света на сферических поверхностях. Определение положения главного фокуса преломляющей поверхности. Описания тонких сферических линз. Формула тонкой линзы. Построение изображений предметов с помощью тонкой линзы.
реферат [514,5 K], добавлен 10.04.2013Назначение, состав и работа лазерного однокомпонентного измерителя вибрации. Пространственное моделирование рассеянного когерентного излучения на сферических микрочастицах. Расчет прохождения неполяризованного лазерного пучка по методу Мюллера и Джонса.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 25.04.2012Типы волн и их отличительные особенности. Понятие и исследование параметров упругих волн: уравнения плоской и сферической волн, эффект Доплера. Сущность и характеристика стоячих волн. Явление и условия наложения волн. Описание звуковых и стоячих волн.
презентация [362,6 K], добавлен 24.09.2013Основные методы, способы задания и описания состояния поляризации излучения. Граничные условия для естественно гиротропных сред. Формулы связи между амплитудами падающей, отражённой и преломлённой волн. Решение задач о падении электромагнитной волны.
курсовая работа [231,9 K], добавлен 13.04.2014Движение электромагнитных волн в веществе. Отражение и преломление плоской однородной волны на плоской поверхности раздела двух сред и двух идеальных диэлектриков. Формулы Френеля, связь между амплитудами падающей, отраженной и преломленной волн.
курсовая работа [770,0 K], добавлен 05.01.2017Оптический диапазон длин волн. Показатель преломления среды. Вектор напряженности электрического поля, его модуль амплитуды. Связь оптических свойств вещества с его электрическими свойствами. Интерференция световых волн. Сложение когерентных волн.
презентация [131,6 K], добавлен 24.09.2013Нахождение показателя преломления магнитоактивной плазмы. Рассмотрение "обыкновенной" и "необыкновенной" волн, исследование их свойств. Частные случаи распространения электромагнитных волн в магнитоактивной плазме. Определение магнитоактивных сред.
курсовая работа [573,6 K], добавлен 29.10.2013Расчет параметров воздействия отраженного или рассеянного лазерного излучения на органы зрения персонала, который обслуживает лазерные установки. Применение лазерного излучения в медицине. Параметры лазерного пучка, преобразованного оптической сиcтемой.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 20.07.2015Понятие волны и ее отличие от колебания. Значение открытия электромагнитных волн Дж. Максвеллом, подтверждающие опыты Г. Герца и эксперименты П. Лебедева. Процесс и скорость распространения электромагнитного поля. Свойства и шкала электромагнитных волн.
реферат [578,5 K], добавлен 10.07.2011Особенности и методы моделирования определяющих соотношений в необратимом процессе поляризации сегнетоэлектрических керамик, в которых наравне с большими электрическими полями имеются связанные механические напряжения, влияющие на процесс поляризации.
реферат [330,7 K], добавлен 25.06.2010Аанализ характеристик распространения электромагнитного поля с векторными компонентами электрической и магнитной напряженности, как составляющих единого электродинамического поля в виде плоских волн в однородных изотропных материальных средах.
реферат [121,1 K], добавлен 16.02.2008Экспериментальное получение электромагнитных волн. Плоская электромагнитная волна. Волновое уравнение для электромагнитного поля. Получение модуля вектора плотности потока энергии. Вычисление давления электромагнитных волн и уяснение его происхождения.
реферат [28,2 K], добавлен 08.04.2013- Распространение плоских, гармонических по времени, упругих акустических волн в периодичном волноводе
Волновые явления в периодических слоистых волноводах. Создание приложения, моделирующего процесс распространения плоских, гармонических по времени, упругих акустических волн в периодическом волноводе. Метод Т-Матриц для периодического волновода.
курсовая работа [910,2 K], добавлен 30.06.2014 Сравнение процессов излучения и движения под действием гравитационного поля. Построение физической и математической модели окружающего нас мира. Различные положения частицы потока относительно центра потока. Увеличение длин волн линий в спектре источника.
статья [581,6 K], добавлен 15.06.2014Переменное электромагнитное поле в однородной среде или вакууме. Формулы Френеля. Угол Брюстера. Уравнения, описывающие распространение электромагнитных волн в плоском оптическом волноводе. Дисперсионные уравнения трехслойного диэлектрического волновода.
курсовая работа [282,5 K], добавлен 21.05.2008
