Акустическая голография
Рефераты >> Физика >> Акустическая голография

Иная ситуация имеет место в акустике, где помимо квадратичных приемников существуют также удобные линейные приемники звука. В связи с этим в акустике имеется возможность раздельного измерения компонент, входящих в вектор Умова-Пойтинга либо в виде среднеквадратичных, что существенно расширяет возможность голографического метода и приводит к возникновению ряда интересных особенностей, не имеющих аналогов в оптике.

В случае регистрации голограммы квадратичным приемником акустическая голография с опорным пучком аналогична соответственному оптическому методу. Специфика ультразвука начинает проявляется тогда, когда опорный пучок используется в сочетании с линейным приемником. При этом, если квадратичный приемник звука осуществляет одновременно прием колебаний, их детектирование (усреднение по времени с выделением низкочастотной составляющей сигнала), то линейный приемник осуществляет лишь их прием. Таким образом, выбор того или иного типа приемника в акустической голографии определяет и возможную последовательность операций при голографировании. В одном случае (квадратичный приемник) требуется сначала сложить опорную и рассеянную объектом волну, а затем зарегистрировать результат их интерференции; для линейного приемника звука порядок операций может быть либо таким же, либо иным. Можно сначала зарегистрировать рассеянную объектом волну, и уже после этого сложить ее с опорной. Благодаря этому обстоятельству реальный опорный акустический пучок можно заменить соответствующим образом преобразованным сигналом в электромагнитных цепях после приема объектной волны.

Пусть акустическая голограмма регистрируется путем постоянного сканирования точечным линейным приемником 1 в некоторой плоскости 2 (рис.3), тогда выходное напряжение на приемнике , пропорционально потенциалу рассеянного объектом 3 поля .

~

где и - амплитуда и фаза рассеянной объектом волны, - угловая частота колебаний , и - векторные координаты объекта и голограммы с началом в точке соответственно.

Опорная волна может быть также представлена в виде электрического сигнала:

~

где и - амплитуда и фаза опорной волны, , - векторная координата опорного источника.

Если в качестве опорной используется плоская монохроматическая волна, падающая под углом к оси Х, вдоль которой производится сканирование, то формула * примет простой вид:

**

где , - длина волны, - некоторая начальная фаза колебаний, а , где - скорость сканирования вдоль оси Х.

Таким образом, как следует из выражения **, для электрической имитации плоской опорной волны, падающей под углом к плоскости сканирования, необходимо создать сигнал, частота которого будет отличаться от первоначального на величину:

.

При этом, в результате сложения полученного таким образом электрического сигнала с приемника будет достигаться полный эффект интерференции предметной и опорной акустических волн.

Следовательно, для электрической имитации сферической опорной волны необходимо либо изменить скорость сканирования пропорционально координатам Х и Y, либо, что более удобно, слегка «качать» частоту колебаний по отношению к первоначальной, в зависимости от положения фиктивного волнового фронта.

Следует упомянуть и такой способ имитации опорной волны, как поворот плоскости голограммы на некоторый угол по отношению нормали к объекту, предложенный в работе. Такой поворот плоскости регистрации означает просто изменение ракурса объекта, при котором первоначально голографируемым *** объекта (до поворота) соответствуют более высокие пространственные частоты. При этом в качестве опорного сигнала используется неизменная частота от генератора, используемого для возбуждения излучателей.

Электрическое сложение соответствующих сигналов исключает необходимость иметь реальный акустический опорный источник, в качестве опорного сигнала можно использовать и соответственно измененный сигнал от генератора, питающего облучающий объект преобразователь. На выходе суммирующего усилителя в результате интерференции электрических сигналов появится электрически созданный образ акустического поля.

Другая интересная особенность акустической голографии – возможность получения голограмм с помощью неподвижного точечного приемника при непрерывном облучении исследуемого объекта точечным излучателем, а также возможность синтезирования голограмм посредством сканирования излучателем. Эти свойства являются проявлением более общего принципа – принципа взаимности, справедливого для любой линейной системы. Согласно этому принципу, величина воздействия на любой элемент линейной системы не изменятся, если в системе произвести замену этого элемента источником энергии. В данном случае это свойство позволяет заменить точечный сканирующий приемник точечным сканирующим излучателем, и, таким образом, регистрировать голограмму в единственной точке при непрерывном облучении объекта движущимся точечным излучателем; полученная подобным методом голограмма не будет отличаться от голограммы, полученной обычным методом сканирования.

Анализ показывает, что сигнал на приемнике инвариантен к замене точечного приемника точечным излучателем. Необычность регистрации голограммы со сканирующим излучателем состоит в том, что получаемая голограмма представляет собой результат интерференции непрерывно изменяющихся волновых фронтов, ни в один из моментов времени не совпадающих с реальным волновым фронтом, который имел бы место при облучении объекта неподвижным излучателем.


Страница: