8.2.2. Акустичні тракти з ультразвуковою лінією затримки
Акустичною
лінією затримки може бути середовище
між ОК і перетворювачем. Інтерес становить
лінія затримки, в якій швидкість звуку
відрізняється від швидкості звуку
в ОК, оскільки в цьому разі на межі поділу
лінія затримки – ОК відбувається
заломлення променя. Найчастіше лінії
затримки застосовують для імерсійного
контролю, в ультразвуковій мікроскопії,
у випадку похилого введення через призму
і т.ін.
Модель
акустичного тракту з «повільною»
ультразвуковою лінією затримки. У
випадку імерсійного контролю матеріал
лінії затримки – це рідина, найчастіше
вода. Тому в разі твердого ОК швидкість
звуку в лінії затримки менша ніж в ОК,
тобто
(рис. 8.7, а).
Для спрощення моделі припускаємо, що перетворювач і дефект мають форму диска. Тоді на підставі законів геометричної акустики (законів Снелліуса) уявне положення випромінювача можна визначити за відстанню
,
де
– показник
заломлення.
Рис. 8.7. Променева картина акустичного тракту з «повільної» лінією
затримки(а) і його еквівалентна модель (б): УЛЗ – ультразвукова лінія затримки
Тоді схему тракта можна замінити еквівалентною моделлю, показаною на рис. 8.7, б. У новій моделі тракту ближня зону випромінювання визначаємо як
,
а відстань до дефекту (відбивача) зміниться і матиме значення
.
Тобто еквівалентний тракт скорочується.
Тепер
можна визначитися з моделлю розрахунку
акустичного тракту – для цього відомі
всі умови:
і
.
Залежно від цих умов може підійти
будь-яка з розглянутих раніше розрахункових
моделей. Слід тільки мати на увазі, що
у формулу розрахунку тракту вводяться
фактичні параметри згасань і меж поділу.
Наприклад, розрахувавши
за першою розрахунковою моделлю одержимо
.
Модель акустичного тракту із «швидкою» ультразвуковою лінією затримки. «Швидка» ультразвукова лінія затримки дозволяє продовжити еквівалентний акустичний тракт (рис. 8.8, а). Аналогічно розраховують параметри еквівалентної схеми тракту, на підставі якої вибирають розрахункову модель.
Примітка: Часові розрахунки, що стосуються інтервалів часу для вимірювання координат, фазових затримок тощо, виконують за по реальною, а не еквівалентною моделлю.
Риc. 8.8. Променева картина акустичного тракту зі «швидкою» лінією
затримки (а) і його еквівалентна модель (б)
8.2.3. Акустичні тракти як багатошарові структури
Швидкості звуку в шарах речовин в акустичному тракті, що мають незначні відмінності. Якщо ОК є багатошаровою структурою, наприклад, шари біологічних м'яких тканин, що мають незначні відмінності за імпедансом, то в цьому разі можна нехтувати рефракцією, оскільки швидкості звуку в м'яких тканинах розрізняються на незначну величину. В цьому випадку схему акустичного тракту (рис. 8.9) можна звести до однієї з базових розрахункових моделей (див. рис. 8.2).
У формулі коефіцієнта ослаблення акустичного тракту враховують усі реальні коефіцієнти проходження, віддзеркалення і загасання в реальному акустичному тракті. Наприклад, якщо дефект малих розмірів міститься в дальній зоні, то в цьому разі маємо
,
д
е
– сумарна глибина залягання дефекту.
Рис. 8.9. Променева картина і структурна схема акустичного тракту, у якому шари мають неістотну різницю швидкостей поширення звуку
У
медичній діагностичній ультразвуковій
інтроскопії від кожної межі розділу
м'яких тканин спостерігатиметься
відбитий сигнал. Тобто для кожної межі
розділу середовищ можна розрахувати
коефіцієнт акустичного тракту, якщо
,
і вибирати відповідну розрахункову
базову модель. Наприклад, для першої
глибини
(рис. 8.9)
.
Швидкості звуку в шарах речовин в акустичному тракті мають значні відмінності. За наявності в акустичному тракті шару з істотно відмінними акустичними характеристиками (здебільшого за швидкістю звуку) еквівалентна схема такого тракту будується поетапно, як показано на рис. 8.10. Така еквівалентна схема дозволяє визначити базову розрахункову модель (одну з чотирьох розглянутих).
Рис. 8.10. Етапи побудови еквівалентної схеми акустичного тракту, що містить шари з різними акустичними характеристиками: а – схема натурального (фактичного) акустичного тракту; б – еквівалентний перехід від тришарової структури тракту до двошарової; в – кінцевий варіант еквівалентної схеми акустичного тракту
Перехід до еквівалентної схеми акустичного тракту можна простежити за таким ланцюжком розрахунків:
;
;
,
оскільки
.
Тепер для першої базової розрахункової моделі можна визначити за формулою акустичного тракту так:
.
(8.11)
Як випливає з рис. 8.10 і формули (8.11), у випадку, якщо дефект розміщено під шарами, то немає принципового значення для розрахунку коефіцієнта акустичного тракту, в якій черговості розташовані верхні шари.