|
|
ется пространств, детектором. Восстанавливается изображение предмета либо методами с использованием когерентного света, либо электронными методами, обычно цифровыми (см. Голография акустическая}.
Локационное 3, основано на принципах эхолокации и заключается в том, что излучающее устройство (часто оно же и при╦мное) «освещает» предмет узким звуковым лучом, сканирующим по пространству в одной или двух плоскостях. Изображение предмета строится по отраж╦нным от него сигналам последовательно, в соответствии с выбранным законом сканирования. Обычно используется импульсное облучение предмета, к-рое да╦т возможность разрешения по продольной координате (дальности).
Для преобразования пространств, распределения давления в звуковом поле в видимое оптич. изображение используются разнообразные методы визуализации звуковых полей, осуществляющие либо непосредственное акустооптич. преобразование, либо с промежуточным преобразованием акуетич. сигналов в электри-яескис и далее в оптические. Для акустооптич. преоб-
Рис. а. Схема линзового эвуковидентт с электронным сканированием: 7 ≈ УЗ-генератор; 2 ≈ излучатель; 3 ≈ предмет; 4 ≈ акустическая линза (объектив); 5 ≈ мозаика пьезоэлектрических преобразит! тилей; б ≈ электронный коммутатор; 7 ≈
электронно-лучевая трубка.
разования широко применяются методы поверхностного рельефа, а в последнее время ≈ жидкокристал-лич. преобразователи. Акустооптич. эффект в жидких кристаллах основан на способности их молекул изменять заданную ориентацию под воздействием УЗ-поля. Изменение ориентации молекул вызывает либо поглощенно проходящею света, либо его рассеяние (при работе на отражение), благодаря чему и получается видимое изображение предмета .
Наиб, применение в 3. получили методы визуализации, основанные на промежуточном преобразовании акустич. сигналов в электрические с помощью пьезо-электрич. датчиков, поскольку эти методы обладают самой высокой чувствительностью. Такое преобразование используется в линзовом и локац. 3. (рис. 3), для чего в плоскости формирования акустич. изображении устанавливается двумерная матрица пьезоэлектрических преобразователей; сигналы с них считываются с помощью электронного коммутатора и подаются на модулятор, управляющий яркостью луча электроннолучевой трубки, сканирование к-рого по экрану осуществляется синхронно с работой коммутатора. Этот же принцип используется и в голография. 3. с оптич. восстановлением голограмм, с тем отлпчиэм, что сигналы с электронного коммутатора подаются на пространственно-временной модулятор когерентного света и управляют либо его локальным коэф. поглощения, либо коэф. преломления. При этом модулятор выполняет роль оптпч. голограммы, восстановление изображения по к-рой происходит с помощью когерентного света (рис, 4).
В основе теоретич. описания всех принципов 3. лежит апалитич. зависимость между полем источника и(х] и полем и(х') на нек-ром расстоянии R от него
При Л>А. И /)>Я (где К ≈ входная апертура) поле и (х}
к поле и(х') связаны соотношением (преобразование Френеля):
(интеграл Кирхгофа). длина волны звука, D
где .Г] и х2 ≈ область существования и(х}. При Л> > DZ/K это соотношение переходит в преобразование Фурье:
"В
и (xf) -- \ и (x) exp {ikxx') dx.
Эти соотношения лежат в ослопе всех принципов 3,, и в частности в методе цифрового восстановления изображений, где для ускорения вычислений используются алгоритмы быстрого Фурье преобразования,
Качество звуковых изображений в 3. зависит от характера взаимодействия звуковых воли с предметом, от размеров входных апертур D и используемых длин волн X. В общем случае длины УЗ-волк, используемых в 3., гораздо больше, чем длины оптич. волн, и поэтому акустич. изображение предметов будет более «грубым» и содержать гораздо меньше мелких деталей, чем оптическое. Для устранения эффекта бликовой структуры в 3. используют широкополосное излучение (аналог белого света) и освещение предмета
и (х'} --
и
exp
Рис. 4. Схема голографического звуковидения с оптическим восстановлением изображения: 1 ≈ УЗ-генератор; 2, 3 ≈ излучатели; 4 ≈ предмет; 5 ≈ набор пьезопреобразоваголсй; 6 ≈ коммутатор; 7 ≈ пространственно-временной модулятор света с электронным управлением; 8 ≈ световой поток от лазера; э ≈ проекционная оптич. система; 10 ≈ плоскость наблюдения.
со многих ракурсов (аналог диффузного освещения в фотографии).
Разрешающая способность в 3. по поперечной координате 6> зависит от волновых размеров В при╦мных пространств, детекторов и определяется по ф-ле: bx=\R!D^RjB, где R ≈ расстояние _до предмета,
B=D/k. Разрешение тем лучше» т. е. дх тем меньше, чем больше В. В практич. 3. величина В ^ 300≈400 (в то время как в оптике B**i╧≈10Б и более). По этой причине линзовое 3. имеет огранич. применение, т, к. звуковые линзы больших волновых размеров тяжелы, громоздки и вызывают большое затухание УЗ. Разрешение по продольной координате (глубине, дальности) &R также зависит от волновых размеров и расстояния: bR=lkR'1jD**-=RzlBD. Оно ухудшается iipo-порц. квадрату расстояния, поэтому измерение продольных координат осуществляется обычно на расстояниях порядка R^D, т. е. в непосредств. близости от плоскости при╦ма. В тех ситуациях, когда объект расположен на расстоянии Й>£>, прибегают к импульсному облучению, и в этом случае разрешение по дальности (глубина) тем лучше, чем короче длительность сигнала, а при излучении широкополосных сигналов ≈ чем шире полоса излучаемых частот. Диапазон частот, применяемых в 3., весьма широк,, и соответственно разные системы 3. могут существенно различаться по разрешающей способности (табл.).
В зависимости от частоты и области применения в 3. используют разл. типы при╦мных и излучающих антенн. На частотах 0,1≈2 МГц обычно применяют пьезоэлектрич. керамич. при╦мники и излучатели (последние с электронным управлением характеристикой направленности). В системе подводного 3. на частотах единиц и десятков кГц пользуются наряду с иьсэокс-рамич. излучателями магнптострикционными. В сейс-мич. голографии в качестве излучателей используют вибраторы, пневматич. излучатели и просто взрывы, а в качестве приемников ≈ гидрофоны и
X
ш
73
