А.П. Мелехов, В.Б. Ошурко, Д.В. Лаврухин
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
Рассматривается возможность применения метода фотодефлекции для измерения параметров поверхностных (ПАВ) и объемных ультразвуковых волн проходящих по границе жидкость/твердое тело в задачах лазерной ультразвуковой диагностики конденсированных сред.Существует большое число работ посвященных разработке методов определения таких свойств жидкости, как скорость звука, вязкость и др., с помощью зондирования акустическими волнами возбуждаемыми в подложке [1, 2]. В нашем случае в качестве подложки выступает тонкая металлическая пластина. Применение лазерной генерации звука в подложке позволяет зондировать объект исследования, т.е. границу жидкость/твердое тело, широкополосными акустическими импульсами сложного модового состава [3]. На пути от источника звука к детектору расходящаяся звуковая волна проходит вдоль границы кювета/жидкий образец (это может быть и маленькая капля), претерпевая амплитудные и фазовые искажения. Для регистрации ультразвуковых колебаний был использован фотодефлекционный метод c источником пробного луча в виде полупроводникового лазера (P = 1.3 Вт). Вид зарегистрированных сигналов для трех различных образцов показан на рис. 1.
Рис. 1. На рисунке показаны регистрируемые сигналы для трех образцов: А – дист. вода; Б – 30% раствор спирта в воде; В – 98% спирт
Наблюдаемая на рис. 1 разница в форме сигналов обусловлена прежде всего различием в свойствах самих жидкостей. Механизм ослабления и искажения акустических колебаний в подложке с жидкостью прежде всего вязкостный. Объемная вязкость (одна из компонент вязкости) обусловлена релаксационными процессами в жидкости под действием ультразвуковых волн и сопровождается дисперсией скорости звука [1]. Мы можем наблюдать этот эффект в виде “резкого” сбоя фазы. Здесь очень хорошо подходит фотодефлекционный метод, который за счет быстродействия и малых размеров пробного пучка обеспечивает более высокую точность временных измерений против традиционных способов регистрации звуковых колебаний, что особенно существенно при работе со слабо отличающимися по свойствам жидкостями.
Сейчас, прежде всего, необходимо оценить чувствительность фотодефлекционного метода по схеме сравнения акустических сигналов, скажем, для воды и близкой по составу водосодержащей продукцией.
Список литературы
1. Голямина И.П. Ультразвук. М.: Изд-во “Советская Энциклопедия”. 1979.
2. Ricco A., Martin S. Acoustic wave viscosity sensor // Appl. Phys. Lett. 1987. V.50 (21). P.1474–1476.
3. Возможность применения фотодефлекционного метода для измерения параметров лазерных ультразвуковых волн в твердом теле / Д.В.Лаврухин, А.П. Мелехов, В.Б. Ошурко // Научн. сессия МИФИ-2005. Сб. науч. тр.: В 13 т. М.: МИФИ. 2005. Т.4. С.237–238.