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终于有证据了,超声波的波矢量不一定与振源转动方向平行
[楼主] 作者:董银立  发表时间:2008/08/28 17:27
点击:863次

终于有证据了,超声波的波矢量不一定与振源转动方向平行。

超声波是纵波,通常认为其波矢量一定与振源转动方向平行。但事实并非如此。见上图:

     相控阵扇扫所使用的换能器是小尺寸的线性阵列式换能器,其阵列长度一般为2cm左右,阵元数从32256不等,有的己达512个阵元,相邻阵元的中心距在0.1mm0.6mm之间。
     
超声相控阵扫描原理可以用图.3-1-7-13来说明。如果在各阵元上同时加上激励脉冲而产生超声波发射,则换能器的作用与单个振子构成的换能器一样,它们所发射的超声波形成合成波束,合成波束的方向垂直于换能器的表面.如图. 3-1-7-13a)所示。如果激励脉冲在到达各个阵元之前,依次延迟一个固定的很小的时间间隔τ,则各阵元上所产生的声脉冲也获得相应的延迟。此时,整个换能器所发射的超声波的合成波束方向与法线之间就有一偏向角θ,如图. 3-1-7-13b)所示。随着发射延迟时间τ值的改变,偏向角θ也将随着改变。如果使首端与末端(即左右两边)的激励脉冲互易,则合成波束的方向移至法线的另一侧。

如果对各阵元的激励脉冲实行延迟时间控制,就可使发射的超声波束方向,在一定角度范围
内发生变化。这种用控制激励脉冲延迟时间的方法,获得和操纵超声波波束方向变化的扫查。方式就叫做相控阵扫描。相控阵扫描时,探头内部的振子是在不(需要)摆动角度的情况下,通过电子控制延时,而获得一定角度(扇扫角度)的超声束扫描,所以相控阵扫描又称电子相控阵扇扫扫描.
激励脉冲的延迟时间τ与波束偏离法线方向的角度θ之间的关系可由图-1-7-13.求出,即

式中,c——等于1540m/s,是超声在人体软组织中传播速度的平均值;  
d——
相邻阵元的中心间距;
θ——
合成波束的偏向角。



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流水和气流不会改变其中超声波束的传播方向——动煤质波动理论呼之欲出!
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[楼主]  [2楼]  作者:董银立  发表时间: 2008/08/28 17:48 

当右方的媒质中开始振动时间比左边的迟时,波束向右偏,

当波源向右运动时,右边迟所以波束向右偏。

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 [3楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/08/28 17:49 

老董,这个恐怕不行,是发射时间的不同造成的声束偏转,有点类似折射的意思?
[楼主]  [4楼]  作者:董银立  发表时间: 2008/08/28 18:29 

已经重大进步了,通常认为波束(纵波)的方向一定在波源振动方向上。而事实并非如此。

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 [5楼]  作者:刘久明  发表时间: 2008/08/28 18:40 

此例正好说明:"波束(纵波)的方向一定在波源振动方向上".
 [6楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/08/28 23:03 

对【2楼】说:

这个说法倒也有些象,不过再看看吧,

 [7楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/08/28 23:13 

这个事其实还有点复杂的地方,可能还与机械振动的强度和介质流速有关,
我画的是振动子与介质微粒子的碰撞情况,当然介质微粒子流一般是碰不过振子了,
可是如果是把振动子放在一个管子里再向外发射声波,
波密与流动介质的碰撞就要稍微复杂一点了,流速很高时,“波密”不一定碰得过介质粒子?
除非振动强度很高,频率很高,“波密”才能把介质粒子撞偏?于是“波密”偏转,
[楼主]  [8楼]  作者:董银立  发表时间: 2008/08/29 08:57 

此例正好说明:"波束(纵波)的方向一定在波源振动方向上".
---------------------------------------------
【【1楼明明表示,声源在竖直方向上下振动,波却向右上方传播。】】

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[楼主]  [9楼]  作者:董银立  发表时间: 2008/08/29 10:09 

当波源向右运动时,波矢量向右偏。



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 [10楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/08/29 17:23 

对【9楼】说:
呵呵,是这个意思,再加上一个从船侧面来回推拉伸缩的圆球呢?
我只画出圆球,就不画船了,
[楼主]  [11楼]  作者:董银立  发表时间: 2008/09/01 13:01 

相控阵雷达的波束改变方向时也同1楼,不是靠雷达的机械转动来实现的,也是靠时间差来控制电磁波束的方向。

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[楼主]  [12楼]  作者:董银立  发表时间: 2008/09/02 14:56 

从经典理论上推导出波行差公式将成为可能,从此经典光行差公式经抛弃“经验总结公式”。

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 [13楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/09/02 17:52 

对【11楼】说:

这个与“介质相对流动”造成波束偏斜的联系似乎还不是很贴切呀?
你的意思是说:
如果多个独立子波源一起向上发射,那么右边的来流会使得右边的子波源运动速度首先受到影响而减小?
如果是这样,似乎也有些道理,


不过还是我画的那个图最能说明问题,不是表达的很合理、简单、明确了吗?
难道还没有信心做实验?


另外,怎么光行差计算成了经验公式了?不是个速度矢量和的问题?
而且这个也不是光行差问题吧?应该象老刘说的,是个光行差的逆效应?是光源运动的情况,
或者也可以说是对光行差理论另一半的补充?这样的光行差理论才算完整?



 

[楼主]  [14楼]  作者:董银立  发表时间: 2008/09/02 18:22 

不过还是我画的那个图最能说明问题,不是表达的很合理、简单、明确了吗?【【波源是振动,当波源速度向下时(与你图中相反),如何合成?】】
.
难道还没有信心做实验?【【有信心。】】


另外,怎么光行差计算成了经验公式了?不是个速度矢量和的问题?【【应该是tan a=v/c还是sin a=v/c呢?】】
.
而且这个也不是光行差问题吧?应该象老刘说的,是个光行差的逆效应?是光源运动的情况,
或者也可以说是对光行差理论另一半的补充?这样的光行差理论才算完整?



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 [15楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/09/02 23:13 

精确的考虑球体“回缩”似乎比较复杂了?
不过可以先主要考虑“波密”的运动方向,因为波的传播主要是“波密”的压缩势能释放,
可以只近似考虑“波密”向前的释放方向?向后的释放方向稍有变化也不会太多影响接收效果?

比如球体向后收缩时,其“波密”的形成方向是向右下方的,但这个波反正也接收不到,
那么对应的“波疏”就形成在左上方,但是介质也在向左边流动,左上方的“波疏”负压区也就不是很明显了?
球体再次推出时,也就不会在左上方形成“主波密”,还是会在右上方形成(见楼上图),
这个精确分析起来复杂一点,感觉还是先考虑“波密”的方向比较合理?

你说的相控阵波振面也同样存在这个问题呀?画出来的波振面一般就代表“波密”,
“波疏”就是两线之间的部分区域(疏-密是有梯度的),


【【应该是tan a=v/c还是sin a=v/c呢?】】
这是“光行差”问题了,这个问题是要谨慎,因为波速与物体运动速度怎样叠加还不是很清楚?
按说是有个“相对超光速”,但是也需要理论和实验上的分析,难下结论,
好在这个问题目前还不是很重要,因为tan a=v/c和sin a=v/c的差异很小,暂时可以随意选取吧?
反正估计不会对声学实验有大的影响,

既然有信心怎么还不动手做呢?练练动手能力吧,只想靠别人可不行呀,
另外如fujo所说,看来要找现成的实验大概是不可能了,
有兴趣别光叫唤,埋头苦干才是真功夫,具体有什么困难吗?




[楼主]  [16楼]  作者:董银立  发表时间: 2008/09/03 09:54 

你说的相控阵波振面也同样存在这个问题呀?画出来的波振面一般就代表“波密”,
“波疏”就是两线之间的部分区域(疏-密是有梯度的),【【波前包络面发考虑了波的传播时间,应该是比较全面的,而相控阵原理已经否定了“波束方向与波源振动方向有必然关系”。】】


【【应该是tan a=v/c还是sin a=v/c呢?】】
这是“光行差”问题了,这个问题是要谨慎,因为波速与物体运动速度怎样叠加还不是很清楚?
按说是有个“相对超光速”【【相对观察者可以超光速,但相对煤质不能超光速】】,但是也需要理论和实验上的分析,难下结论,
好在这个问题目前还不是很重要,因为tan a=v/c和sin a=v/c的差异很小,暂时可以随意选取吧?
反正估计不会对声学实验有大的影响,【【影响很大,当V=C时差距巨大。】】

既然有信心怎么还不动手做呢?练练动手能力吧,只想靠别人可不行呀,
另外如fujo所说,看来要找现成的实验大概是不可能了,
有兴趣别光叫唤,埋头苦干才是真功夫,具体有什么困难吗?【【没钱和精力,最好是让超声波流量计制造厂的工程师做。他们可能已经做过。】】

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 [17楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/09/04 16:42 

是没能力吧?很看不起技工吧?
这就是中国目前的关键问题,理论与实践严重脱离,缺少的就是祖传的“功夫”,
只好慢慢来吧,右手不好用,试试左手?呵,


都想一夜暴富,所以搞实业不如经商、作股票,各种实业纷纷倒闭,
这可不是什么“主义”代不代表贫穷的问题?

[楼主]  [18楼]  作者:董银立  发表时间: 2008/09/04 17:04 

看不起谁也不敢看不起你啊。你是研制测量飞机速度的速度计,一定能成功的!

有人想制造测量地球速度的速度计,一定是失败的。

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