4.3. Работа излучателя в импульсном режиме

^{В настоящее время в самых различных областях акустики, в том числе и в медико-биологических приложениях, широко применяется импульсный режим работы пьезопреобразователей. Длительность излучаемого импульса в этом случае составляет всего лишь несколько колебаний. Поэтому применение хорошо разработанной теории для непрерывного режима может приводить к неверным результатам В связи с этим представляется целесообразным подробнее остановиться на работе акустических преобразователей в неста­ци­онарном (импульсном) режиме. Сделаем это на примере стандартного одноэлементного излучателя.}

^{Пусть имеется преобразователь, аналогичный рассмотренному ранее (см. рис. 4.7). Будем считать, что импульс электрического возбуждающего напряжения имеет форму полупериода синусоиды с частотой , совпадающей с собственной частотой излучающей пластины:}

где – период резонансной частоты.

^{В излучателе под воздействием электрического импульса возникает переходный процесс, в результате чего длительность излученного акустического импульса может значительно превысить длительность исходного импульса. Акустический импульс, воздействуя на приемный преобразователь, также вызывает в нем переходный процесс. В итоге длительность импульса на приемнике еще более возрастает. Сильно затянутый импульс на приемнике приводит к расширению мертвой зоны, так как до окончания зондирующего импульса нельзя принять сигнал, отраженный от неоднородности ткани. Следовательно, необходимо стремиться к сокращению длительности излучаемого акустического импульса.}

^{Будем определять форму импульса колебательной скорости на излучателе. Для решения задачи воспользуемся спектральным методом. Импульс колебательной скорости на излучающей грани определяется следующим выражением:}

,

где – частотная характеристика излучателя; – спектр возбуждающего электрического импульса,

.

^{Введем безразмерную частоту , тогда ;}

.

Получим .

Пусть x = kl – волновой размер пьезоматериала, . ^{Отсюда  = x/. Тогда .}

Введем вместо t безразмерное время T: , где – период резонансной частоты преобразователя. В новых переменных примет вид . Тогда исходное выражение для колебательной скорости

может быть переписано так:

   .

^{По представленной формуле можно определить форму импульса колебательной скорости, который излучается преобразователем. На рис. 4.11 в качестве примера расчета [9] приведены формы импульсов колебательной скорости на вы­ходе пьезокварцевого излуча­теля, нагруженного на мягкие (водоподобные) ткани при возбуждении его полуволной синусоидального электрического напряжения:}

^{а) Z}_сл ^{= 4,9  106 (Пас)/м;}

^{б) Z}_сл ^{= 3  106 (Паc)/м;}

^в

Рис. 4.11. Формы импульсов колебательной скорости

) без слоя, но с демпфером (^Z_д ^{= 6  106 (Пас)/м).}

^{По оси абсцисс отложено количество полупериодов Т резонансной частоты пьезопластины, по оси ординат – нормированные значения v(T). Из рисунка видно, что можно управлять формой и длительностью импульса, изменяя различные параметры преобразователя. Совершенно аналогично можно по тем же расчетным формулам определять АЧХ и форму импульса для различных комбинаций элементов преобразователя, включающих одно-времен­ное влияние демпфера, согласующего слоя (или нескольких слоев), раз­лич­ных видов пьезоактивного материала и т. д. Аналогичные действия можно осуществлять и с приемным преобразователем, в результате чего появляется возможность управления характеристиками тракта излучения – приема.}