Зміст
1. Введення
2. Акустика рухомих середовищ
2.1 Основні положення акустики рухомих середовищ
2.2 Коротка історія акустики рухомих середовищ
2.3 Вчені, які вплинули на розвиток акустики рухомих середовищ
2.4 Застосування акустики рухомих середовищ
3.Еффект Доплера
3.1 Основні положення ефект Доплера
3.2 Доплер Християн
3.3 Застосування ефекту Доплера
4.Висновок
5. Список використаної літератури
1.Вступ
«Рух і звук» має на увазі рух середовища, приймачів звуку, джерела звукових коливань, або кордону, або їх варіації. Тому що звичайно не потрібно розгляд переміщень середовища, джерела небудь межі, то розіб'ємо їх розгляд на розділи. Розглянемо рух середовища або джерел і приймачів звуку окремо під назвою «Акустика рухомих середовищ», а переміщення приймача, джерела, межі окремо під назвою «Ефект Доплера».
Акустика рухомих середовищ - розділ акустики, в якому вивчаються звукові явища при русі середовища або джерел і приймачів звуку.
Акустика рухомих середовищ стосується дуже багатьох розділів акустики, таких як аероакустіка, акустичні течії, аеродинаміка, гідролокація і аеролокація, а також частково ефект Доплера.
Ефект Доплера - залежність спостерігається частоти періодичного коливання від будь-якої зміни відстані між джерелом коливань і спостерігачем.
У 1842 Доплер теоретично обгрунтував залежність частоти коливань, що сприймаються спостерігачем, від швидкості та напрямку руху джерела хвиль і спостерігача відносно один одного. Це явище згодом було названо його ім'ям (ефект Доплера). Так як про його біографії відомо дуже мало, історію винаходу ефект Доплера опустимо. Варто відзначити, що на розвитку даного напрямку ніхто так сильно не вплинув як Доплер, тому біографію інших вчених опустимо.
2. Акустика рухомих середовищ
2.1. Основні положення акустики рухомих середовищ
Рух середовища впливає на характер поширення звукових хвиль, їх випромінювання і прийом. У рухомому середовищі швидкість розповсюдження хвильового фронту дорівнює v = c + v n, де с - швидкість звуку в нерухомому середовищі, v n - проекція швидкості руху середовища на нормаль до фронту. У найпростішому випадку руху середовища як цілого хвильові фронти точкового джерела являють собою розширюються зі швидкістю звуку сфери, центри яких переміщаються зі швидкістю середовища. При регулярному перебігу середовища виникає акустичне перебіг.
Акустичні Течії (акустичний, або звуко виття, вітер) - регулярні течії середовища, що виникають в інтенсивному звуковому полі. Акустичні течії виникають як у вільному неоднорідному звуковому полі, так і поблизу різного роду перешкод. Акустичні течії завжди мають вихровий характер, їх швидкість зростає із збільшенням інтенсивності звуку, але зазвичай не перевершує величини коливальної швидкості частинок в звуковій хвилі. Одне з перших описів акустичні течії дано Релея, які помітили, що якщо перед резонатором Гельмгольца помістити звучний камертон, то у протилежного кінця резонатора можна виявити вітер значної сили, здатний задути полум'я свічки.
Причина виникнення акустичного течії обумовлена законом збереження кількості руху і зазвичай полягає в тому, що переносний звуковою хвилею кількість руху, пов'язане з коливаннями частинок середовища, при поглинанні хвилі передається середовищі, викликаючи її регулярний рух. Тому швидкість акустичного течії пропорційна коефіцієнта поглинання звуку і його інтенсивності [10].
Діаграма спрямованості нерухомого спрямованого джерела в рухомому з дозвуковою швидкістю середовищі витягується в напрямку, протилежному руху. При русі середовища з надзвуковою швидкістю звук поширюється усередині т. н. Маха конуса - конуса з вершиною в джерелі звуку. Поза цим конуса звук відсутній, а всередині нього через будь-яку фіксовану точку спостереження проходять два хвильових фронту.
Відповідно до цього спостерігач, розташований всередині конуса Маха, чує звук, який надходить з двох разл. напрямів. При русі джерела в нерухомому середовищі до ефектів, зазначеним вище, додається Доплера ефект. Просторово-неоднорідні течії в середовищі викликають рефракцію звуку. Так, напр., В приземному шарі атмосфери швидкість вітру зростає з висотою, тому при поширенні звуку проти вітру звукові промені згинаються нагору, а при розповсюдженні по вітру - вниз. Цим пояснюється краща чутність для стоїть землі спостерігача з навітряного боку і гірша - з підвітряного в порівнянні з чутністю в безвітря. Турбулентний рух середовища викликає розсіювання проходять через неї звукових хвиль на неоднорідностях швидкості і флуктуації їх амплітуд і фаз [12].
При взаємодії з вихровими течіями, що утворюються при відривному обтіканні твердих тіл, звук може поглинатися або посилюватися. Наприклад: струмінь, що випливає з отвору в перегородці, ефективно поглинає звук. Струмінь, що охолоджує отвір по дотичній, за певних співвідношеннях між швидкістю струменя, розмірами отвору і частотою звуку може підсилювати звук. Цим пояснюється, зокрема, процес генерації звуку в духових музичних інструментах типу флейти. Посилення звуку можливо і у вільному просторі - при відбитті від межі між спочиває середовищем і середовищем, що рухається з надзвуковою швидкістю (наприклад, від кордону надзвуковий струмені).
Нестаціонарні течії середовища викликають генерацію звуку. Періодичний зрив вихрів за погано обтічним тілом породжує вихровий звук. При натекания струменя на перешкоду може виникнути т. н. клиновий тон, це явище використовується в газоструйних випромінювачах. Інтенсивний звук генерується високошвидкісними турбулентними течіями. Напр., Інтенсивність звуку, породжуваного реактивним струменем стартовою ступені ракети, досягає 150 дБ на відстані 100 м. Прикладні проблеми акустичного руху середовища, пов'язані з аеродинамічним генерацією звуку в високошвидкісних потоках, становлять предмет аероакустікі.
Аероакустіка - розділ фізики, що знаходиться на стику аеродинаміки й акустики, в якому вивчаються проблеми аеродинамічним генерації звуку, акустики рухомих газових потоків, взаємодії звуку з потоком і методи зниження аерошумов. А в основному має справу зі звуком, створюваним аеродинамічними силами і збуреннями, які виникають в самому потоці, а не вкладеними ззовні силами або коливаннями, як у класичній акустиці.
Основні рівняння акустичного руху середовища одержують шляхом лінеаризації загальних рівнянь гідродинаміки. При дослідженні процесів поширення і розсіяння звуку нелінійні компоненти рівнянь відкидаються, а при дослідженні процесів генерації звуку вони розглядаються в якості джерел звуку. Параметри цих джерел при сучасному стані теорії турбулентності, як правило, не можуть бути знайдені теоретично, тому для оцінок інтенсивності та спектрального складу звуку використовують різні моделі турбулентного руху [13,15].
2.2 Коротка історія акустики рухомих середовищ
У науці сформувалося нове самостійний напрям, яка отримувала назву аероакустікі. Зародилася на стику двох наук - аеродинаміки і класичної акустики, вона пов'язана з проблемами акустики рухається газового середовища, з питаннями аеродинамічній генерації звуку, підхід до яких у працях класиків природознавства - Гельмгольца, Кірхгофа і Релея - був тільки позначений.
Розвиток Акустика в 1-ій половині 20 ст. отримало потужний імпульс у зв'язку із запитами військової техніки. Задача визначення положення і швидкість літака (звукова локація в повітрі), підводного човна (гідролокація), визначення місця, часу і характеру вибуху, глушіння шумів літака - всі ці проблеми вимагали більш глибокого вивчення механізму утворення і поглинання звуку, розповсюдження звукових (зокрема, ультразвукових) хвиль у складних умовах. Проблеми генерації звуку стали предметом широких досліджень і у зв'язку з розвитком загальної теорії коливань, що охоплює воєдино механічні, електричні та електромеханічні коливальні процеси. У 20-х і 30-х рр.. багато робіт було присвячено теорії автоколивань - самоподдерживающихся коливань системи, пов'язаної з постійним джерелом енергії; великий внесок у розробку цієї теорії внесла радянська школа фізиків, очолювана Л. І. Мандельштамом і Н. Д. Папалексі [2,11].
Зросла увага до цих питань, крім внутрішньої логіки розвитку науки, обумовлено потребою у створенні необхідної наукової основи вирішення важливої для здоров'я всіх людей проблеми - боротьби з шумом. Безпрецедентне розвиток транспорту в останні десятиліття, і в першу чергу авіації з її потужними силовими установками, супроводжується постійним зростанням зашумленості навколишнього середовища, особливо в містах і районах, прилеглих до аеропортів. Проблема зниження шуму зараз стала частиною загальнолюдської програми боротьби за чистоту навколишнього середовища.
Розробка практичних методів зниження шум »в авіації зажадала ретельного намови аеродинамічній генерації звуку і розповсюдження аерошумов. На цьому шляху були досягнуті значні успіхи, які відображені у великому числі наукових публікацій. Частина результатів викладена до ряді оглядів і монографій, наприклад: М. Є. Goldstein, «Aeroacoustics» (New York, 1976); Мунін А. Г., Кузнєцов В. М., Леонтьєв К. Л., «Аеродинамічні джерела шуму» (Москва, «Машинобудування», 1981) [1].
Вперше теоретичні питання утворення звуку при русі потоків рідини були розглянуті Дж Релея (1877) Проте практичне застосування. А отримала пізніше, після робіт Л Я Гутин про шум обертання гвинта (1936), Д І Блохінцева з акустики рухається середовища (1946) і M Д Лайтхілла (MJ Lighthill) про шум турбулентних струменів (1952-54). Аерошуми можна розділити на два класи: утворюються при змішуванні частинок середовища в потоці і при обтіканні потоком твердих тіл До першого класу можна віднести шум струменя, до другого - шум обтікання проводів (т н еолові тону), гвинтів, вентиляторів і т. д.
Необхідно відзначити, що М.М. Андрєєв і І.Г. Русаков, Д.І. Блохінцев розробили основи акустики рухомих середовищ.
2.3 Вчені, які вплинули на розвиток акустики рухомих середовищ
Блохінцев Дмитро Іванович
Блохінцев Дмитро Іванович [р. 29.12.1907 (11.1.1908), Москва], радянський фізик, член-кореспондент АН СРСР (1958), Герой Соціалістичної Праці (1956). Член КПРС з 1943 [3].
Д. І. Блохинцев перед і під час Великої Вітчизняної війни активно займався вивченням виникнення звуку в потоці і розповсюдження звуку до атмосфери. Його роботи в цій галузі принесли велику користь при розробці комплексів для виявлення ворожих літаків. Теоретичну частину своєї роботи Д. І. Блохинцев опублікував в 1946 р. у книзі «Акустика неоднорідною рухається середовища». Книга отримала широку популярність у нас і за кордоном, вона була переведена на англійську мову.
У 1944 році побудував, виходячи з рівнянь газогідродінамікі, теорію звукових явищ в рухомих і неоднорідних середовищах, отримавши рівняння акустики самого загального вигляду (рівняння Блохінцева), на основі яких вивів ряд акустичних законів, пояснив і розрахував різноманітні акустичні явища в рухомих і неоднорідних середовищах ( в тому числі турбулентних), що стосуються, з одного боку, механізму генерування шуму, а з іншого - методів і засобів його прийому. Сформулював рівняння геометричної акустики.
В останні роки свого життя Д. І. Блохинцев повернувся до проблем аероакустікі і вирішив перевидати свою книгу з урахуванням останніх досягнень в області аероакустікі. На жаль, несподівана смерть перешкодила йому здійснити цей задум. Враховуючи, що книга Д. І. Блохінцева не втратила своєї актуальності і зараз і висновки її широко використовуються фахівцями в практичній діяльності, було вирішено, виправивши помічені помилки, перевидати її без зміни, як одну з фундаментальних робіт в області аероакустікі [1].
Андрєєв Микола Миколайович
Андрєєв Микола Миколайович [р. 16 (28) .7.1880, с. Курманов Полтавської губернії], радянський фізик, академії АН СРСР (1953, член-кореспондент 1933), створив школу радянських акустиків. Закінчив Базельський університет у 1909. З 1912 викладав і вів наукову роботу в Московському університеті. З 1917 працював у ряді вузів і науково-дослідних установ СРСР (з 1940 у фізичному інституті, з 1954 в акустичному інституті АН СРСР).
Праці відносяться до фізичної та технічної акустиці і теорії коливань, до поширення звукових хвиль, дав сувору теорію розподілу звуку в рухомих середовищах. Здійснив дослідження з теорії розповсюдження звуку вздовж поглинаються поверхонь, теорії акустичних фільтрів і звукових хвиль кінцевої амплітуди. Ряд робіт пов'язаний з вивченням спектра затухаючих коливань, з дослідженням коливань кристалічних і анізотропних середовищ, питань реверберації звуку і звукоізоляції. Під його керівництвом в нашій країні були розпочаті дослідження з нелінійної акустиці, з розповсюдження звуку в шаруватих середовищах, електромеханічним активним матеріалами. Створив школу в галузі фізичної та технічної акустики. У 1941-45 під керівництвом А. проводилися роботи, які поклали початок радянської гідроакустику. Автор багатьох науково-популярних статей і книг. Нагороджений 3 орденами Леніна і орденом Трудового Червоного Прапора [4].
Стретт Джон Вільям, лорд Релей
Англійський фізик Джон Уїльям Стретт, третій барон Релей, народився в Ленгфорд-Гроув, Мелдон (Ессекс), 12 листопада 1842 р. У 1861 Стретт вступив у Трініті-коледж в Кембриджі, де вивчав математику і фізику у Е. Дж. Роуса , закінчив його з відзнакою в 1865 р. Рік потому йому запропонували стати членом вченої ради Тринити-коледжу. Цей пост він займав до 1871 р.
У 1868 р. Стретт створив наукову лабораторію в своїй родовій садибі в Терлінг-Плейс, Уітхем (Ессекс), де зайнявся важливими його явищами випромінювання. У результаті цих досліджень він опублікував статті по акустиці і оптиці. У 1871 р. він вивів співвідношення між інтенсивністю розсіяння світла дуже малими частинками і довжиною його хвилі (відоме як закон розсіяння світла Релея). Серед проведених ним досліджень ми зустрічаємо експериментальні і теоретичні роботи по оптичних приладів, в результаті яких вперше була визначена роздільна здатність дифракційної решітки, а також був зроблений фундаментальний аналіз оптичних властивостей спектроскопів. Спектроскоп в кінці 1870-х років ставав все більш важливим приладом при дослідженнях сонячного світла і випромінюванні атомів і молекул.
У 1879 р. став професором експериментальної фізики (пост, заснований в 1871 р.) і директором Кавендішської лабораторії (відкритої в 1874 р.). У 1892 р. Стретт почав серію вимірювань щільності газів в співвідношенні з їх атомними вагами. Стретт опублікував десяток робіт з таких питань, як інтерференція і розсіювання світла, телефонний зв'язок, звукові вимірювання. У 1900 р. він опублікував висновок про співвідношення між температурою і довжиною хвилі в спектрі абсолютно чорного тіла, заснований на існуючих фізичних законах. У 1904 р. Стретт був нагороджений Нобелівською премією з фізики «за дослідження густини найпоширеніших газів і за відкриття аргону в ході цих досліджень». (Рамзай отримав Нобелівську премію 1904 р. по хімії.)
Стретт опублікував понад 400 робіт за більш ніж п'ятдесят років своєї дослідницької діяльності. З 1908 р. до самої смерті він був номінальним президентом Кембриджського універсітета.Умер 30 червня 1919 в Терлінг-плейс.
Крім Нобелівської премії, Стретт був нагороджений Королівською медаллю (1882), медаллю Коплі (1899) і медаллю Румфорда (1914) Лондонського королівського суспільства; золотою медаллю Маттеучі Італійської національної академії наук (1895); медаллю Фарадея Британського хімічного товариства (1895); медаллю Альберта Королівського товариства мистецтв (1905) і медаллю Елліота Крессона Франкліновського інституту (1914). Йому було присвоєно тринадцять почесних вчених ступенів, і він був прийнятий у члени понад 50 наукових товариств [4].
2.4 Застосування акустики рухомих середовищ
При переміщенні тіла на високій швидкості виникає Акустика рухомих середовищ застосовується при створенні аеродинамічних корпусів для машин, літаків, космічної техніки, вертольотів і т. п. для реверберації звуку і звукоізоляції. Також вона використовується для розповсюдження звуку в рухомому середовищі, наприклад в повітрі або воді. Застосовується аеродинамічна труба для дослідження аеродинамічних властивостей.
Аеродинамічна труба - це експериментальна установка, розроблена для вивчення ефектів, що виявляються при обтіканні твердих тіл (літаків, автомобілів, ракет, мостів, будівель тощо) потоком, а також для експериментального вивчення аеродинамічних явищ.
У машинобудуванні застосовуються різні бампера, спойлери, спідниці і т.д. для поліпшення управління і зменшення споживання пального.
У авіа-і космо-будування відрізняється більш високою швидкістю пересування, ніж ускладнює завдання будівництва. Але є і другіеотлічія в аеродинаміці автомобілів та аеродинаміки повітряного транспорту. По-перше, характерна форма дорожнього транспорту набагато менше обтічна в порівнянні з повітряним транспортом. По-друге, для автомобілів необхідно враховувати вплив дорожнього покриття на потоки повітря. По-третє, швидкості наземного транспорту набагато менше. По-четверте, у наземного транспорту менше ступенів свободи, ніж у повітряного, і його рух менше залежить від аеродинамічних сил. По-п'яте, Наземний транспорт має особливі обмеження в зовнішньому вигляді, пов'язані з високими вимогами безпеки. І, нарешті, більшість водіїв наземного транспорту менш навчені що пілоти і зазвичай водять, не прагнучи досягти максимальної економічності.
Використовується в гідролокації і аеролокаціі, так як джерело звукових імпульсів находітса в русі.
3.Еффект Доплера
3.1 Основні положення ефект Доплера
На відміну від ефекту Доплера для електромагнітних хвиль, обумовленого тільки відносним рухом джерела і приймача, зміни частоти акустич. хвилі при русі джерела і приймача різні. Цей ефект з'являється, якщо спостерігач або джерело (або вони обидва) рухаються або якщо випромінювання від нерухомого джерела до нерухомого спостерігачеві приходить, відбиваючись або розсіюючись від рухомого об'єкту. На відміну від ефекту Доплера для електромагнітних хвиль, обумовленого тільки відносним рухом джерела і приймача, зміни частоти акустич. хвилі при русі джерела і приймача різні.
Якщо джерело та спостерігач рухаються уздовж однієї прямої зі швидкістю відповідно V s і V r, то спостережувана частота визначається виразом:
де f s - частота коливань джерела, с - швидкість поширення випромінювання. Звідси отримуємо вираз для доплерівського зсуву:
У ультразвукової допплерівської локації зазвичай є нерухомий джерело (випромінювач), нерухомий спостерігач (приймальний перетворювач) і рухомий відбивач (або розсіювач) ультразвуку.
При вимірюванні швидкості кровотоку ультразвук розсіюється на флуктуаціях густини і стисливості, і прийнятий сигнал можна обчислити як суму сигналів від усіх елементів крові на шляху ультразвукового пучка. На рис. 11.1 показаний випадок одного розсіювача, що рухається зі швидкістю V. Доплеровский зрушення від рухомого відбивача (або розсіювача) можна обчислити, розглядаючи його в системі спостерігача, що рухається відносно джерела (випромінювача), а потім у системі джерела, що рухається відносно спостерігача (приймача). Крім того, оскільки напрями поширення падаючої і розсіяної хвиль не збігаються з напрямком руху елемента крові, рівняння доплерівського зсуву не можна використовувати безпосередньо - необхідно замінити V s і V r складовими цих швидкостей вздовж напрямків прийому і випромінювання. Отримуємо наступне:
де і
- Кути між вектором швидкості та напрямками випромінювання і прийому; f 0 - частота випромінювання.
Ефект Доплера при русі джерела звуку обумовлений зміною довжини хвилі в середовищі, при русі приймача - зміною швидкості звуку в системі координат, пов'язаної з приймачем, а при розсіянні рухомим тілом - обома факторами.
Ефект Доплера можна вважати також зміна частоти звуку при відображенні і проходження через кордон між двома середовищами, до-раю рухається щодо самих середовищ, що залишаються нерухомими, напр. при проходженні звуку через фронт ударної хвилі в газі (характеристики газу по обидві сторони фронту різні) або при поширенні звуку вздовж частково зануреного в рідину стержня в процесі зміни рівня рідини (акустіч. властивості зануреної частини стрижня змінюються під впливом реакції навколишнього рідини). При нормальному падінні хвилі частоти f на рухому кордон розділу частоти f 1 і f 2 відбитої і пройшла хвиль рівні:
де v - швидкість кордону (позитивної вважається швидкість в напрямку падіння хвилі), а з 1 і з 2 - швидкості звуку в першій і в другій середовищах. На величиною коефіцієнтів відбиття і проходження рух кордону розділу середовищ не позначається [6,7].
3.2 Доплер Християн
Доплер Християн (30. Листопада 1803-17.03 1853) - австрійський фізик, математик і астроном, член Австрійської АН (1848). Народився в Зальцбурзі. Закінчив Політехнічний ін-т у Відні (1825). У 1929-33 - асистент у Відні, в 1835-47 працював в Празі (з 1841 - професор), в 1847 - 49 - професор Гірничої академії в Хемніці, з 1850-професор Віденського ун-ту і директор першого в світі Фізичного ін- та при ун-ті. організованого за його ініціативою.
Фізичні роботи в області оптики та акустики. У 1842 теоретично обгрунтував залежність частоти звукових і світлових коливань, яка сприймається спостерігачем, від швидкості руху спостерігача і джерела коливанні (принцип Доплера). Дослідження присвячені також аберації світла, теорії мікроскопа, теорії кольорів. Пізніше цей ефект був названий його ім'ям [5].
3.3 Застосування ефект Доплера
Види доплерівських вимірників за призначенням:
Доплерівські вимірювачі використовуються в різних цілях в багатьох галузях виробництва, транспорту, медицини, наукових і науково-практичних досліджень військовій справі.
Бортові вимірювачі
Доплерівські вимірювачі швидкості та зносу для визначення вектора шляхової швидкості літака, вертольота. В даний час в авіації застосовуються вимірювачі тільки радіолокаційного типу.
Принцип дії ДИСС заснований на використанні ефекту Доплера, згідно з яким, частота прийнятого сигналу, відбитого від цілі може відрізняється від частоти випроміненого сигналу і різниця залежить від співвідношення швидкостей об'єктів відносно один одного. Для вимірювання швидкості вимірник має антенну систему з кількома (3 або 4) остронаправленним променями діаграми спрямованості. Приймає по кожному з цих променів сигнал має доплерівську частоту пропорційну проекції вектора швидкості літака на цей промінь. Для вимірювання вектора швидкості достатньо трьох променів, які не лежать в одній площині, але іноді використовуються чотири променя, що дає деяку надмірність без помітного ускладнення конструкції. Даний метод вимірювань принципово потребує вузьконаправлених антен, які як правило мають значні габарити. Крім того відхилення кутів антен від номінального значення, наприклад, з-за температурних деформацій, призводить до погрішностей вимірювань. Крім того напрям приходу максимального відбитого сигналу може відрізнятися від напрямку максимуму діаграми спрямованості, якщо потужність відбитого сигналу різко падає зі зменшенням кута падіння променя на землю, що також призводить до методичних помилок вимірювання. Цей ефект відображення, який отримав назву "дзеркального ефекту", особливо часто спостерігається над спокійною поверхнею моря. Тому при використанні вимірювачів швидкості застосовують перемикач суша-море для внесення відповідних поправок в результати вимірювань [8].
Медичні вимірювачі
Частота ультразвуку, прийнятого від рухомого відбивача (або розсіювача), відрізняється від частоти випроміненого сигналу. Це явище називають ефектом Доплера, а величину зміни частоти, пропорційну швидкості руху відбивача (або розсіювача), - доплерівським зсувом. Змішуючи випромінений і прийнятий сигнали, отримують різницевий (доплерівський) сигнал, частота якого дорівнює доплеровскому зрушення. Для пов'язаних з рухом багатьох фізіологічних процесів в організмі величина цього зсуву знаходиться в діапазоні звукових частот, що і призвело до створення простих індикаторів швидкості, в яких доплерівський сигнал подається на навушники або гучномовці. Оператор, який працює з таким приладом, може на слух визначити наявність переміщення будь-якого відбивача (або розсіювача) на шляху ультразвукового пучка, а при деякому досвіді - судити про характер руху. Такі пристрої були використані для визначення внутрішньоутробного серцебиття плоду і вібрацій стінок судин при вимірюванні артеріального тиску. В обох випадках ці прилади використовувалися як своєрідний стетоскоп; при цьому реєструвалися потужні ультразвукові сигнали від відбивають структур. Проте найбільший інтерес викликає завдання реєстрації та вимірювання параметрів кровотоку, коли ультразвук розсіюється на формених елементах крові, хоча для роботи зі слабкими розсіяними сигналами потрібно більш складна апаратура. Оператор може визначити, чи доступний посудину, що знаходиться на шляху пучка, доплеровскому обстеженню, а при наявності досвіду може виявити високі доплерівські частоти від прискореного кровотоку в звуженні судин, а також турбулентність за звуженням.
Діагностичні можливості ультразвукового вимірювача швидкості кровотоку можна розширити в декількох напрямках. Його можна застосовувати для візуалізації кровотоку в судинах, прикріпивши ультразвуковий зонд до координатного пристрою, який дозволяє синхронно із зондом переміщати на запам'ятовуючому моніторі яркостную позначку. При появі доплерівського сигналу відмітка посилюється і запам'ятовується, причому при стенозі зображення судини буде звуженим. Якщо доплерівський сигнал подати на частотний детектор, а з нього на реєстратор або осцилограф, можна зареєструвати криву швидкості артеріального кровотоку. Вид цієї кривої залежить від стану артеріального русла і може використовуватися для діагностики захворювань судин. Подаючи доплерівський сигнал на аналізатор спектру, можна отримати розподіл доплерівських частот, обумовлене тим, що елементи крові рухаються усередині судини з різними швидкостями. Такий спосіб відображення особливо цінний для виявлення турбулентності, так як його чутливість, можливо, вище, ніж при прослуховуванні сигналів малокваліфіковану оператором.
Найпростіший доплеровский прилад випромінює безперервний немодульований ультразвук і називається доплерівським приладом безперервного випромінювання (ДПНІ). Так як він реагує на кровотік в будь-якій області пучка (хоча чутливість і падає з глибиною через загасання сигналу), його не можна використовувати для розрізнення судин, що знаходяться на різних глибинах, або для вимірювання профілю швидкостей в одній посудині. Для вирішення цих завдань необхідна інформація про глибину, яку отримують шляхом модуляції випромінюваного сигналу. Певний стан модульованого сигналу жорстко пов'язано з моментом випромінювання, і, виділяючи цей стан в розсіяному сигналі, можна визначити час його запізнювання і тим самим визначити глибину розсіювача. Зазвичай використовується амплітудна модуляція послідовністю імпульсів - такі прилади називають імпульсно-доплерівськими локаторами.
Комбінація По-сканера реального часу та імпульсно-доплерівського пристрої, звана дуплексним сканером, зазвичай використовується для одночасної візуалізації судини та реєстрації кровотоку.
Доплерівські прилади, що володіють здатністю по глибині, можуть застосовуватися в пристроях візуалізації, які дозволяють формувати зображення, що вимагають знання про глибину. Вони можуть використовуватися не тільки для селекції судин, які залягають на різних глибинах, але і для побудови профілю швидкостей, розподілу швидкості кровотоку в поперечному перерізі судини.
Коли потрібно вимір абсолютного значення швидкості (а не крива швидкості і не профіль кровотоку), виникає наступна проблема. Обмірюваний доплерівський зсув частоти пропорційний не тільки швидкості кровотоку, але також і куту між вектором швидкості і ультразвуковим пучком, так що знання цього кута необхідно, щоб обчислити швидкість по доплеровскому зрушення. Для вирішення цього завдання розроблено ряд методів. При цьому необхідно будь-яким допоміжним способом вимірювати кут або орієнтувати ультразвукові пучки під певним кутом; в будь-якому випадку для вимірювання абсолютної швидкості необхідно здійснювати тригонометричні перетворення (тріангуляцію).
Наступна проблема після вимірювання абсолютної швидкості кровотоку - обчислення об'ємної витрати потоку крові. Воно полягає або у вимірі середньої по простору (по перерізу судини) швидкості при рівномірному опроміненні судини і незалежному вимірі площі його перерізу, або в інтегруванні виміряного профілю швидкостей.
Близько 20 років знадобилося, щоб від перших доплерівських приладів безперервного випромінювання перейти до першим серійним измерителям об'ємної витрати крові. Велика частина розробок була емпіричної, і ми до цих пір ще далекі як від повного розуміння процесів формування доплерівських сигналів, так і від розробки оптимізованих доплерівських систем для вирішення приватних клінічних завдань. Парадоксально, але деякі фізіологічні характеристики, такі, як профіль швидкостей, необхідні для оптимізації системи і розуміння особливостей формування доплерівських сигналів, можуть бути виміряні тільки за допомогою самих доплерівських методів [7].
А також використовуються: гідро-, метео-вимірювачі, системи охоронної сигналізації, вимірювачі військово-технічного та розвідувального призначення, технологічні вимірювачі [9].
Висновок
У рефераті ми розглянули аспекти науки, що впливають на звук при переміщенні середовища, джерела, приймача звукових коливань. Прилади, створені на основі ефекту Доплера, аеродинаміки і т.д. широко використовуються у наш час. Також дуже важливим є питання безпеки обладнання, адже якщо прилад являє загрозу здоров'я або життя людини, то такий прилад не буде широко використовуватися. Цими питаннями займається медична частина акустики.
Ефект Доплера отримав широке застосування, тому що спокій є частиною руху і всі об'єкти в нашому світі знаходяться в стані руху.
Список використаної літератури
1.Блохінцев Д.І. Акустика неоднорідною рухається середовища .- 2-е вид .- М.: Наука Головна редакція фізико-математичної літератури, 1981.
2. Стретт Дж. В. (лорд Релей), Теорія звуку, пров. з англ., 2 изд., М., 1955; Скучік Є., Основи акустики, пров. з нім. , Т. 1 - 2, М., 1958;
3.Дмітрій Іванович Блохінцев, "Успіхи фізичних наук", 1963, т. 94, ст. 1.
4.Н. М. Андрєєв (до 85-річчя з дня народження), "Акустичний журнал", 1965, т. 11, ст. 3; М. М. Андрєєв, М., 1963
5.Ю.А. Храмов. Фізики. Біографічний довідник. М, "Наука", 1983
6. Ісаакович М. А., Загальна акустика, М., 1973.
7. Застосування ультразвуку в медицині: Фізичні основи: Пер. з англ. / Под ред. К. Хілла. - М.: Світ, 1989 .- 568 е., мул.
8. Давидов П. С., Сосновський А. А., Хаймович І. А. Авіаційна радіолокація: Довідник. - М.; Транспорт, 1984
9. Бартон Д. і Вард Г. Довідник з радіолокаційним вимірам. Пер. з англ. під ред. М. М. Вейсбенна - М.: Сов. радіо, 1976
10.Зарембо Л.К., Красильников В.А., Введення в нелінійну акустику, М., 1966
11. Красильников В. Акустика, Звукові й ультразвукові хвилі в повітрі, воді і твердих тілах, 3 вид., М., 1960.
12. Голдстейн М. Є., Аероакустіка, пров. з англ., М., 1981.
13. Мунін А. Г., Кузнєцов В. M., Леонтьєв E. А., Аеродинамічні джерела шуму, M, 1981р.
14. Лауреати Нобелівської премії: Енциклопедія. Пер. з англ. - М.: Прогрес, 1992.
15.Лаунд Л.Д., Ліфшиц Е.М., Механіка суцільних середовищ, 2-е видання, М., 1968.