Твердые вещества
---------------
- размерная обработка сверхтвердых и хрупких материалов (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 металлов при котором осуществляют вращение одной заготовки, кроковку стыка и обжатие его при помощи осадочной матрицы, надетой на неподвижную заготовку, отличающийся тем, что с целью повышения стабильности качества сварного шва и стойкости матрицы, проковку и обжатие стыка производят с наложением на осадочную матрицу поперечных звуковых колебаний с пучностью напряжений 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 деталей, например, сеток радиоламп посредством промывочной жидкости, включающие промывочную ванну, транспортер, укладочное и разгрузочное приспособление, отличающееся тем, что с целью повышения качества очистки, в промывочной ванне установлены ультразвуковые излучатели с концентраторами ультразвуковой энергии, 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 высушивание, отличающийся тем, что с целью длительного хранения высококилотных жиров, а также удешивления способа, жир перед смешиванием нейтрализуют в присутствии катализатора, смесь жира со стабилизатором эмульгируют с помощью ультразвука в течении 10-15 минут, а в качестве стабилизатора используют дунст.
- получение аэрозолей.
- полимиризация или деструкция высокомолекулярных соединений, ускорение массообразных и химических процессов.
- разрушение биологических обьектов (микроорганизмов).
Действие ультразвука на жидкость базируется на использовании вторичных эффектов кавитации - высоких локальных давлений 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 электроны. Если поперек направления распространения звука в проводящей среде наложить магнитное поле, то электроны, которые увлекаются звуком, будут отклоняться в этом поле, что приведет к возникновению поперечного тока или, если образец "разомкнуть" в поперечном направлении, электродвижущей силы (ЭДС). Но магнитное поле в соответствии с законом Лоренца отклоняет электроны разных скоростей по разному, поэтому величина и даже знак ЭДС показывают, какие электроны увлекаются звуком, то есть коковы свойства электронного газа в данной среде. В каждом веществе звук увлкает за собой группу электронов характерных именно для дпнного вещества. Если звук проходит через границу двух веществ, то одни электроны должны смениться другими, например, 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 низких температурах и охлаждение может продолжаться до температур, близких к абсолютному нулю. Это открытие зарегистрировано под номером 133 в следующей формулировке:"Установлено неизвестное ранее явление возникновение в телах, проводящих ток, перемещенных в магнитном поле, при прохождении через них звука, электродвижущей силы поперек направления распространениязвука, обусловленной взаимодействием со звуковой волной носителей 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 проводимости и разности потенциалов на исследуемом образце, отличающийся тем, что с целью упрощения и повышения точности измерения, 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 взаимодействии звуковых волн с электрическим полем, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности усиления, дрейфовое напряжение прикладывается в направлении, перпендикулярном распространению поверхностной звуковой волны.
5.4. Волновое движение.
Волна - это возмущение, распространяющееся с конечной скоростью в пространстве и несущее с собой энергию. Суть волнового движения состоит в переносе энергии без переноса вещества. Любое возмущение связано с каким-то направлением (вектор электрического поля в электромагнитной волне, напрвление колебаний частиц при звуковых волнах, градиент концентрации, градиент потенциала и т.д.). По взаимоположению вектора возмущения и вектора скорости волны, волны подразделяются на продольные (направление вектора возмущения совпадает с направлением вектора скорости) и поперечные (вектор возмущения перпендикулярен вектору скорости). В жидкостях и газах возможныв только продольные волны, в твердых телах и продольные и поперечные.
Волна несет с собой и потенциальную и кинетическую энергию. Скорость волны, т.е. скорость распространения возмущения, зависит как от вида волны, так и от характеристик среды, например, 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 которыми нужно измерить. Стальные изделия помещались в остную ванну, которая просвечивалась ультразвуковыми импульсами. Измерив 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 помощью различного вида колебаний. В случае же когерентного колебания 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 чувствительности при измерениях паросодержания в высокочастотных трактах с большими потерями, отраженный сигнал, фаза которого характеризует измеряемый параметр, выделяют из высокочастотного тракта, усиливают, ограничивают по амплитуде и сравнивают его фазу с фазой опорного когерентного высокочастотного колебания.
А.с. 412 421: Способ измерения скорости ультразвука в средах основанный на определении времени рапространения колебаний 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 колебаний, и по результатам измерения находят скорость ультразвука в исследуемой среде.
5.4.1. Стоячие волны.
При наличии каких-либо неоднородностей в среде имеют место 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 взаимопревращение 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 ультразвуковых колебаний при возникновении стоячей волны и по ней судят о модуле упругости бетона.
А.с. 488 170: Способ ипытания кабельных изделий на вибростойкость путем создания колебаний в закрепленном по концам образца, находящемся под натяжением, отличающийся тем, что с целью повышения надежности испытаний кабель-буксирных комплектаций, на образце кабеля закрепляют соединитель, идентичный по весу, размерам, и элементам фиксации муфте изделия, концы закрепляют шарнирно, возбуждают в нем стоячие волны, а соединитель 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 относнего, то частота регистрируемых колебаний будет равна частоте 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 колебаний. При этом изменение частоты зависит от скорости взаимного 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 скорости супертанкеров при швартовых операциях,, длина волны использована малая (микроволновый сигнал). Очевидно подобный прибор может быть использован и в других областях техники.
Патент США 3 555 899: Установка для ультразвукового измерения 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 располагаются в плоскости, проходящей через параллельно продольные прямые, и наклонены к обоим прямым под взаимно дополняющими углами. Установка имеет устройство, которое посылает ультразвуковые колебания в двух противоположных направлениях по каждой из двух траекторий. Расход определяется путем измерения скорости распространения колебаний по направлению потока и навстречу потоку и вычисления среднего значения разности между указанными различными скоростями. Распространение звуковых колебаний по одной траектории может быть обеспечено путем отражения ультразвуковых колебаний, идущих по другой траектории.
Патент США 3 564 488: Прибор для измерения скорости движущихся 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 отраженном сигнале, исходящеи от точки, расположенной вблизи места контакта движущегося тела с рельсом. Частота Допплера используется для измерения скорости движущегося по рельсам обьекта.
5.4.3. Поляризация.
Поляризация волн - нарушение осевой симметрии поперечной волны относительно направления распространения этой волны. В неполяризованной волне колебания (векторов смешения и скорости частиц среды в случае упругих волн или векторов напряженностей электрического и магнитного полей в случае электромагнитных волн) в каждой точке пространства по всевозможным направлениям в плоскости, перпендикулярной направлению распрстранения волны, быстро и беспорядочно сменяют друг друга так, что ни одно из этих направлений колебаний не является преимущественным. Поперечную волну называют поляризованной, если в каждой точке пространства направление колебаний сохраняется неизменным (линейнополяризованным) или изменяется с течением времени по определенному закону - (циркулярно или элептическиполяризованной).
Поляризация может возникнуть вследствие отсутствия осевой симметрии в возбуждающем волну излучателе (например, в лазерах), при отражении и приломлении волн на границе двух сред (наибольше степень поляризации имеет место при отражении под углом Брюстера тангенс угла равен коэффициенту преломления отражающей среды) при рапространении волны в анизотропной среде.
А.с. 269 588: Способ определения стойкости стекла в спаях с металлом к электролизу, состоящий в том, что через термостатированный образец пропускается электрический ток, причем напряжение питающего источника остается постоянным, и измеряют величину тока, проходящего через образец, отличающийся тем, что с целью повышения точности наблюдений, о ходе процесса электролиза судят по измерению картины механических напряжений в местах спая с металлом, наблюдаемой в лучах поляризованного света.
А.с. 452 786: Способ магнитного контроля ферромагнитных материалов, заключающийся в том, что на поверхность предварительно намагниченного материала наносят индикатор и по рисунку, образованному под воздействием полей рассеяния, судят о качестве изделия, отличающийся тем, что с целью повышения его чувствительности, в качестве индикатора используют монокристаллическую пленку магний-марганцевого феррита с полосовой доменной структурой, а изменение состояния индикатора наблюдают в поляризованном свете.
А.с. 221 345: Способ контроля кристаллизации кондитерских масс, например, ирисной, в процессе производства путем микроскопирования исследуемого образца, отличающийся тем, с целью повышения точности контроля, микроскопирование осуществляют в проходящем поляризованном световом луче с измерением при этом интенсивности светового потока с последующим определением содержания кристаллов.
А.с. 249 025: Способ оценки распределния контактных напряжений по величине деформации пластичной прокладки, располагаемой в зоне контакта между соприкосающимися поверхностями, отличающийся тем, что с целью повышения точности, в качестве пластичной прокладки используют пленку из оптически чувствительного материала, которую затем просвечивают поляризованным светом в направлении действия контактных сил, и по картине полос судят о распределении контактных напряжений.
5.4.4. Вобщем случае д и ф р а к ц и я - это отлонения волновых движений от законов геометрической /прямолучевой/ оптики. Если на пути распространения волны имеется препятствие, то на краях препятствия наблюдается огибание волной края. Если размеры препятствия велики по сравнению с длиной волны, то распрстранение волны почти не отклоняется от прямолинейного, т.е. дифракционные явления не значительны. Если же размеры препятствия сравнимы с длиной волны, то наблюдается сильное отклонение от прямолинейного распространения волнового фронта. При совсем малых размерах препятствия волна полностью его огибает - она "не замечает" препятствия. Очевидно, величина отклонения /количественная характеристика дифракции/ при заданном препятствии будет зависеть от длины волны; волны с большей длиной будут сильнее огибать препятствие.
Такое разделение волны используется в дифракционных спектроскопах, где белый свет /совокупность волн различной длины/ располагается в спектр с помощью дифракционной решеткисистемы частых полос.
В авторском свидетельстве N'249 468 изменение дифракционной картины при изменении размеров препятствий использовано для градировки магнитного поля, под действием которого изменяются параметры ферромагнитной пленки с полосовой доменной структурой: Способ градировки магнитного поля спомощью эталона, отличающийся тем, что с целью повышения точности и упрощения процесса градуровки эталон, в качетве которого использована тонкая ферромагнитная пленка с полосовой доменной структурой, на которую нанесен магнитный коллоид, намагничивают под определенным углом к направлению силовых линий градуируемого поля, освещают его светом и наблюдают диффрагировавший на эталоне луч света, затем увеличивают градуируемое поле по величине, при которой исчезает наблюдаемый луч, сопоставляют эту величину с известным значением поля переключения эталона.