Новые методы характеризации преобразователей акустического излучения и определения акустических свойств материалов

Работа направлена на разработку новых подходов к широкополосной характеризации акустических излучателей и гидрофонов комбинированными методами акустической голографии и измерения радиационной силы; определение и коррекцию практических ошибок при решении обратных задач, в частности, путем выявления степени неортогональности системы позиционирования, измерения диаграммы направленности гидрофона; применение акустической голографии для быстрого и точного измерения акустических характеристик исследуемых материалов. Путем комбинации результатов всех проведенных исследований появится возможность для решения задачи распространения акустических импульсов, в том числе высокой мощности, генерируемых охарактеризованным преобразователем, через неоднородную среду с измеренными характеристиками.В задачах терапевтического применения ультразвука необходимо точно знать пространственно-временную структуру ультразвукового поля, что напрямую влияет на эффективность и безопасность операций, проводимых ультразвуком. Методом акустической голографии возможно точно и быстро измерить пространственную и временную структуру излучения терапевтических датчиков, и на основании этих данных рассчитать интенсивность, давление и колебательную скорость в интересующих областях, а также излучаемую акустическую мощность преобразователей. Для этого необходимо точно знать характер колебания поверхности излучателей в широком диапазоне частот. Для получения данной характеристики излучателя необходимо знать следующие параметры: чувствительность и диаграмму направленности гидрофона, которым проведено измерение голограммы, величину неортогональности осей системы позиционирования, с помощью которой проведены измерения. Существующие методы измерения чувствительности гидрофонов обладают небольшой точностью, сложны в реализации и требуют дорогостоящего оборудования. Со временем характеристики гидрофонов могут изменяться, поэтому следует проводить контроль изменения чувствительности. Необходим метод, который можно реализовать без привлечения дорогостоящего оборудования, такого как оптический интерферометр. Предлагаемый в проекте метод может быть реализован с помощью относительно недорогого оборудования такого, как система позиционирования, поглотитель акустических волн и точные весы.Также на достоверность акустических измерений существенную роль оказывает точность определения координаты гидрофона, перемещаемого системой позиционирования. Основным источником систематической ошибки является отклонение осей системы позиционирования от ортогональности. На мегагерцовых частотах, на которых работают терапевтические датчики, структура поля излучателей значительно изменяется уже на небольших расстояниях, в таком случае даже малое отклонение осей системы позиционирования будет приводить к значительным искажениям результатов. В проекте будет реализован новый, простой и эффективный способ определения величины такого отклонения осей системы позиционирования без привлечения дополнительного оптического оборудования.В текущем проекте будет разработан и экспериментально проверен новый способ определения акустических свойств гелеподобных и твердых материалов с использованием акустической импульсной голографии. Исходя из теоретического определения данных характеристик (скорость звука и коэффициент поглощения) такой подход является наиболее верным по сравнению с существующими методиками, так как он позволяет выделить идеальную монохроматическую плоскую волну, падающую перпендикулярно плоскопараллельному бесконечному в поперечном направлении материалу (при ограниченном размере волнового пучка и самого образца в эксперименте), и рассчитать его характеристики в широком диапазоне частот.Точное знание акустических характеристик материалов и характера колебаний поверхности излучателя позволит точно рассчитывать структуру акустического поля при планировании терапевтического воздействия на организм, рассчитывать тепловую дозу облучения области воздействия, расчет области возникновения ударного фронта, проводить эффективное управление акустическим пучком в организме пациента и т.д.