ГОСТРМЭК 62555—2015
Приложение Е
(справочное)
Влияние затухания и акустических течений
на определение воздействующей и выходной мощности
Е.1 Общие положения
В общем случае из-за влияния затухания, нелинейных потерь и акустических течений в среде распростране
ния ультразвука от преобразователя к мишени воздействующая мощность отличается от выходной мощности.
Отношение выходной мощности к воздействующей мощности в общем случав будет зависеть от расстояния,
частоты и геометрии мишени: если имеется нелинейное распространение, то это отношение будет также зависеть
от напряжения возбуждения.
Если необходимо определить выходную мощность, то мишень устанавливают, как правило, насколько
можно ближе к преобразователю, чтобы минимизировать эти систематические эффекты и связанную с ними не
определенность измерений. Будет также предпочтительнее не применять пленок, защищающих от акустических
течений, но являющихся потенциальным источником неопределенности из-за отражений и потерь на прохождение.
Е.2 Линейное распространение
Е.2.1 Общие положения
При линейном распространении плоской волны воздействующая мощность Р, уменьшается с расстоянием
по логарифмическому закону
Р,
=Pexp(-2ft/2z).(Е.1)
где Р — выходная мощность;
z
— расстояние от излучающей поверхности преобразователя до мишени вдоль оси пучка;
а
— амплитудный коэффициент затухания плоской волны в воде;
/ — акустическая частота.
П р и м е ч а н и е — Выражение (Е.1) с определенными оговорками достаточно верно и для других преобра
зователей с немного расходящимися или сходящимися пучками и поэтому использовано в последней части этого
раздела для иллюстрации принципа определения выходной мощности
Поток импульса
р
волны на расстоянии z дается выражением
где с — скорость звука в воде.
Е.2.2 Метод уравновешивания радиационной силы
В системах уравновешивания радиационной силы воздействующую мощность определяют по измене
нию действующей на мишень силы при включении и выключении облучения. Это изменение вызвано комбинацией
акустического потока импульса и потока импульса течения, проходящих через мишень. Для идеальной
поглоща ющей мишени акустический потох импульса проходящей через нее волны снижается до нуля, а поток
импульса
течения тоже снижается, но. в общем случав, не до нуля. Поэтому мишень можно рассматривать как перекрыва
ющую только часть
L
потока импульса течения, а совокупная сила
FM.
действующая на мишень, является суммой
радиационной силы
F
и силы акустического течения Fslr:
F,ot = F +Fair
= ^ e x p (-2 flf2z) + L (l-e x p (-2 a f2z))J.(E.4)
В принципе возможно, что весь поток импульса течения будет перекрыт мишенью и это приведет к тому, что
совокупная сила не будет зависеть от расстояния. Но на практике наблюдается уменьшение силы с расстоянием.
Если 2
aPz
« 1 , то выражение (Е.4) можно разложить в ряд Тейлора как
Fu»=F +F*
- £ [ И 1 - 1 ) ( 2 « ,24(Е.5)
p(z) = ^ e x p (-2 « f2z).
(Е.2)
Полный поток сохраняется, а его потери из-за затухания преобразуются в импульс силы воды в форме аку-
стических течений вдоль пути распространения волны. Для установившихся течений их поток импульсана
расстоянии z выражается как
A ir(*) = £ (l-e x p (-2 fltf2*)).(Е.З)
30