Предлагается метод ультразвуковой трансмиссионной томографии воздуха для получения изображений температурных неоднородностей. Система излучателей и приёмников размещается на окружности, что позволяет зондировать на проход и на отражение неоднородности среды, находящиеся внутри окружности. Зондирование проводится с помощью широкополосных сигналов с линейной частотной модуляцией. Предлагается восстанавливать изображение неоднородностей температуры воздуха методом пространственно-согласованной фильтрации в приближении однократного рассеяния. Восстановление распределения температуры осуществляется на основе вычисления пространственного распределения скорости звука по фазовым задержкам проходящего ультразвукового поля. Разработана экспериментальная установка для ультразвуковой томографии воздуха, работающая в диапазоне частот от 38 до 43 кГц. Экспериментальные исследования показали возможность восстановления распределения температуры воздуха.
A method of ultrasonic transmission tomography of air is proposed for obtaining images of temperature inhomogeneities. The system of transmitters and receivers is placed on a circle, which allows probing for the passage and for reflection of the inhomogeneity of the medium lo-cated inside the circle. Sounding is carried out using broadband signals with linear frequency modulation. It is proposed to restore the image of air temperature inhomogeneities by the meth-od of spatially consistent filtering in the single scattering approximation. Reconstruction of the temperature distribution is based on the calculation of the spatial distribution of the speed of sound from the phase delays of the passing ultrasonic field. An experimental setup for ultrasonic air tomography has been developed, operating in the frequency range from 38 to 43 kHz. Experimental studies have shown the possibility of restoring the air temperature distribution.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- Префикс DOI
- 10.51368/1996-0948-2023-3-79-85
- eLIBRARY ID
- 54083681
Предложен метод восстановления распределения скорости звука и температуры в воздухе путем ультразвукового зондирования томографической системой с множеством излучателей и множеством приемников. В данном методе, вычисляется разность фаз между полем прямой волны и полем волны обратного распространения от приёмников в однородной среде, что даёт информацию об изменении скорости звука. Реализована система томографии из 32 излучателей и 64 приемников расположенных по окружности радиуса 205 мм. Проведен эксперимент по восстановлению распределения скорости звука и температуры в воздухе. Полученные результаты подтвердили возможность восстановления изображений скоростных неоднородностей, а следовательно, распределения и значений температур в исследуемой области с помощью предложенного метода.
Список литературы
- Maev R. G., Jr Green R. E., Siddiolo A. M. / Re-search in Nondestructive Evaluation. 2006. Vol. 17. № 4. P. 191.
- Sambath S., Nagaraj P., Selvakumar N. / J. Non-destruct. Eval. 2011. Vol. 30. № 1. P. 20.
- Williams R. A., Beck M. S. Process Tomography: Principles, Techniques, and Applications – Butterworth-Heinemann Ltd, Oxford, 1995.
- Goncharsky A. V., Romanov S. Y., Seryozhni-kov S. Y. / Ultrasonics. 2016. Vol. 67. P. 136.
- Zhao W., Wang H., Gemmeke H., van Dongen K. W., Hopp T., Hesser J. / Physics in Medicine & Biology. 2020. Vol. 65. № 23. Р. 235021.
- Barai A., Watson S., Griffiths H., Patz R. / Meas. Sci. Technol. 2012. Vol. 23. № 8. Р. 085501.
- Kim J. G., Yoon S., Lee J., Jhang K. Y. / IEEE Far East Forum on Nondestructive Evaluation-Testing. – Chi-na, Chengdu. 2014. P. 66–68.
- Pezzoni R., Krupka R. / Non-Destructive Testing and Condition Monitoring. 2001. Vol. 43. № 4. P. 244.
- Ibrahim S., Md Yunus M. A., Md Khairi M. T., Faramarzi M. / J. Teknologi. 2014. Vol. 70. № 3. P. 1.
- Суханов Д. Я., Халил А. / Техника радиосвязи. 2022. Т. 54. № 3. С. 62–70.
- Narouze S. N. / Basic of ultrasound imaging, in: Atlas Ultrasound-Guided Proced. Interv. Pain Manag. – Springer Science+Business Media. 2011. P. 13–19.
- Khairi M. T. M., Ibrahim S., Yunus M. A. M., Faramarzi M., Sean G. P., Pusppanathan J., Abid A. / Measurement. 2019. Vol. 146. P. 490.
- Zhang J., Qi H., Ren Y., Su M., Cai X. / Interna-tional Journal of Heat and Mass Transfer. 2022 Vol. 188. P. 122660.
- Niu Z. T., Qi H., Shi J. W., Zhang J. Q., Ren Y. T. / Sci. China Technol. Sc. 2020. Vol. 64. № 2. P. 223.
- Huang X., Qi H., Niu C. Y., Ruan L. M., Tan H. P., Sun J., Xu C. L. / Appl. Therm. Eng. 2017. Vol. 115. P. 1337.
- Schickert M. / 11th Eur. Conf. Non-Destructive Test. – Prague, Czech Republic. 2014. P. 1–11.
- Исакович М. А. Общая акустика. – М.: Наука, 1973.
- Yee K. S. / IEEE Trans. Antennas Propag. 1966. Vol. 14. № 3. P. 302.
- Taflove A., Hagness S. C. Computational Elec-trodynamics: the Finite-Difference TimeDomain Method, 3rd ed. – Artech House, 2005.
- Зверев В. А. / Акустический журнал. 2004. Т. 50. № 6. С. 792–801.
- Зверев В. А., Коротин П. И., Стромков А. А. / Акустический журнал. 2008. Т. 54. № 5. С. 823–830.
- Zhou H. W., Hu H., Zou Z. H., Wo Y. K., Youn O. / Earth-Sci. Rev. 2018. Vol. 179. P. 207–227.
- Наттерер Ф. Математические аспекты ком-пьютерной томографии. – М.: Мир, 1990.
- Maev R. G., Jr Green R. E. and Siddiolo A. M., Research in Nondestructive Evaluation 17 (4), 191 (2006).
- Sambath S., Nagaraj P., Selvakumar N. and Nondestruct J., Eval. 30 (1), 20 (2011).
- Williams R. A. and Beck M. S., Process Tomography: Principles, Techniques, and Applications. Oxford, Butter-worth-Heinemann Ltd, 1995.
- Goncharsky A. V., Romanov S. Y. and Seryozhnikov S. Y., Ultrasonics 67, 136 (2016).
- Zhao W., Wang H., Gemmeke H., Van Dongen K. W., Hopp T. and Hesser J., Physics in Medicine & Biology 65 (23), 235021 (2020).
- Barai A., Watson S., Griffiths H. and Patz R., Meas. Sci. Technol. 23 (8), 085501 (2012).
- Kim J. G., Yoon S., Lee J. and Jhang K. Y., in IEEE Far East Forum on Nondestructive Evaluation-Testing. Chi-na, Chengdu, 2014, pp. 66–68.
- Pezzoni R. and Krupka R., Non-Destructive Testing and Condition Monitoring 43 (4), 244 (2001).
- Ibrahim S., Md Yunus M. A., Md Khairi M. T. and Faramarzi M., J. Teknologi 70 (3), 1 (2014).
- Sukhanov D. Ya. and Khalil A., Radio communication technology 54 (3), 62 (2022).
- Narouze S. N., Basic of ultrasound imaging, in: Atlas Ultrasound-Guided Proced. Interv. Pain Manag. Springer Science+Business Media, 2011.
- Khairi M. T. M., Ibrahim S., Yunus M. A. M., Faramarzi M., Sean G. P., Pusppanathan J. and Abid A., Meas-urement 146, 490 (2019).
- Zhang J., Qi H., Ren Y., Su M. and Cai X., International Journal of Heat and Mass Transfer. 188, 122660 (2022).
- Niu Z. T., Qi H., Shi J. W., Zhang J. Q. and Ren Y. T., Sci. China Technol. Sc. 64 (2), 223 (2020).
- Huang X., Qi H., Niu C. Y., Ruan L. M., Tan H. P., Sun J. and Xu C. L., Appl. Therm. Eng. 115, 1337 (2017).
- Schickert M., in 11th Eur. Conf. Non-Destructive Test. Prague, Czech Republic, 2014, pp. 1–11.
- Isakovich M. A., General acoustics, Moscow, Nauka, 1973.
- Yee K. S., IEEE Trans. Antennas Propag. 14 (3), 302 (1966).
- Taflove A. and Hagness S. C., Computational Electrodynamics: the Finite-Difference TimeDomain Method,
3rd ed. London, Artech House, 2005. - Zverev V. A., Acoust. Phys., № 50, 685 (2004).
- Zverev V. A., Korotin P. I. and Stromkov A. A., Acoust. Phys., № 54, 711 (2008).
- Zhou H. W., Hu H., Zou Z. H., Wo Y. K. and Youn O., Earth-Sci. Rev. 179, 207 (2018).
- Natterer F., Mathematical aspects of computed tomography, Moscow, Mir, 1990.
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Симоненко Г. В.
Влияние типа источника подсветки жидкокристаллического модулятора света на основе -ячейки на его полное время срабатывания 5
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Лапшин В. Ф.
Определение давления и температуры плазмы излучающей дуги по измеренным значениям фототока, напряжения и тока разряда 10
Барышников Ю. С., Куракин Р. О., Чикиряка А. В., Орлов Ф. А., Твердохлебов К. В.,
Леухин С. А., Юрченков М. И., Поняев С. А.
Получение сферических частиц металлов на установке с жидким анодом 18
Гизатуллин Ф. А., Габидуллина З. Г., Потапчук Н. К.
Оценка параметров искровых разрядов и воспламеняющей способности емкостной системы зажигания с однополярными разрядными импульсами 25
Тазмеев Г. Х., Тазмеев А. Х., Тазмеев Х. К.
Особенности протекания тока в разряде с жидким катодом, приготовленным из водного раствора хлорида натрия 33
Доброклонская М. С., Василяк Л. М., Владимиров В. И., Печеркин В. Я., Попов Д. И.
Сепарация полидисперсных заряженных микрочастиц в воздухе электродинамической линейной ловушкой 39
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Яковлева Н. И., Ковшов В. С.
Моделирование температурной зависимости темнового тока фотодиодов на основе тройного соединения InAsSb 45
Абилов В. В., Стрельцов В. А.
Влияние шумов ВЗН-каналов на вероятность обнаружения малоразмерных объектов многорядными сканирующими фотоприемными устройствами 55
Комаровский Н. Ю., Молодцова Е. В., Трофимов А. А., Кормилицина С. С., Улькаров В. А., Нестюркин М. С., Зареченская А. А., Царегородцев Д. О.
Исследование зависимости прочностных характеристик монокристаллического InSb от кристаллографической ориентации и условий роста 63
ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Золотухин Д. Б., Тюньков А. В., Фролова В. П., Юшков Ю. Г.
О влиянии подслоя хрома на магнитные свойства магнито-диэлектрических покрытий на основе никеля и оксида алюминия при их осаждении в форвакуумной области давле-ний 73
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Суханов Д. Я., Халил А.
Трансмиссионная многоракурсная ультразвуковая томография температурных
неоднородностей воздуха 79
Варюхин А. Н., Гордин М. В., Дутов А. В., Жарков Я. Е., Козлов А. Л., Мошкунов С. И., Хомич В. Ю.
Моделирование неполнофазного режима работы активного трёхфазного повышающего преобразователя с коррекцией коэффициента мощности для генератора в составе лета-тельного аппарата 86
Лагутин А. С., Григорьев Г. Ю.
Магнитная система поляризатора ядер ксенона 92
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
Simonenko G. V.
Influence of the type of the illumination source of a liquid-crystal light modulator based on a -cell on its total operation time 5
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
Lapshin V. F.
Determination of the pressure and temperature of the radiating arc plasma from the measured values of photocurrent, voltage and discharge current 10
Baryshnikov Yu. S., Kurakin R. O., Chikiryaka A. V., Orlov F. A., Tverdokhlebov K. V.,
Leukhin S. A., Yurchenkov M. I. and Ponyaev S. A.
Obtaining spherical metal particles in a liquid anode setup 18
Gizatullin F. A., Gabidullina Z. G. and Potapchuk N. K.
On the estimation of the parameters of spark discharges and the ignition ability of a capacitive ignition system with unipolar discharge pulses 25
Tazmeev G. K., Tazmeev A. K. and Tazmeev K. K.
Features of current flow in a discharge with a liquid cathode prepared from an aqueous solution of sodium chloride 33
Dobroklonskaya M. S., Vasilyak L. M., Vladimirov V. I., Pecherkin V. Ya. and Popov D. I.
Separation of polydisperse charged microparticles in air by an electrodynamic linear trap 39
PHOTOELECTRONICS
Iakovleva N. I. and Kovshov V. S.
Temperature dependence of current in InAsSb-based p–n photodiode 45
Abilov V. V. and Streltsov V. A.
Influence of TDI-channels with anomalous noises on the probability of detecting small-sized objects by multiple row scanning photo-detectors 55
Komarovskiy N. Yu., Molodtsova E. V., Trofimov A. A., Kormilitsina S. S., Ul’karov V. A., Nestyurkin M. S., Zarechenskaya A. A. and Tsaregorodtsev D. O.
Investigation of the strength properties of single-crystal InSb depending on crystallographic orientation and growth conditions 63
PHYSICAL SCIENCE OF MATERIALS
Zolotukhin D. B., Tyunkov A. V., Frolova V. P. and Yushkov Yu. G.
Effect of chromium sub-layer on the magnetic properties of nickel- and alumina-based magneto-dielectric coatings deposited in forevacuum 73
PHYSICAL APPARATUS AND ITS ELEMENTS
Sukhanov D. Ya. and Khalil A.
Transmission multi-view ultrasonic tomography of air temperature inhomogeneities 79
Varyukhin A. N., Gordin M. V., Dutov A. V., Zharkov Ya. E., Kozlov A. L., Moshkunov S. I. and Khomich V. Yu.
Numerical simulation of open-phase operation of an active three-phase boost converter with power factor correction for an aircraft electric generator 86
Lagutin A. S. and Grigoriev G. Y.
Magnetic system of the xenon core polarizer 92
Другие статьи выпуска
Представлена модель магнитной системы и верифицированный расчет распределения магнитной индукции в ее объеме. Данная система будет частью установки для получения гиперполяризованного по ядерным спинам 129Xe путем оптической накачки паров рубидия с последующим спиновым обменом с атомами изотопа благородного газа. Представлена визуализация магнитного поля, создаваемого системой из четырех колец с различным числом витков. Верификация расчетной модели показала соответствие с данными эксперимента.
Произведено численное моделирование переходных режимов работы трёхфазного повышающего выпрямителя с коррекцией коэффициента мощности для генератора летательного аппарата. Посредством расчётной модели в программе LTSpice показано влияние сглаживающих конденсаторов нагрузки на функционирование устройства в переходных режимах работы.
Приводятся результаты исследования влияния подслоя хрома на магнитные свойства (эффективную намагниченность насыщения) магнито-диэлектрических покрытий, состоящих из тонких (1,2–1,8 мкм) слоев магнитных металлов (никеля, железа) и алюмооксидной керамики, и получаемых при испарении мишеней электронным пучком в форвакуумном диапазоне (5–8 Па) давлений гелия. Обнаружено, что добавление подслоя хрома ухудшает магнитные свойства пленок, поэтому синтез магнито-диэлектрических покрытий в описанных условиях целесообразно осуществлять без такого подслоя.
Исследовано влияние аномальных по спектральной плотности мощности шума (СПМШ) ВЗН-каналов на вероятность обнаружения малоразмерных объектов сканирующими многорядными фотоприемными устройствами (ФПУ). Сгенерированы серии выходных изображений ФПУ, имитирующих сигналы ВЗН-каналов с 4 основными типами СПМШ, рассчитана вероятность обнаружения малоразмерного объекта и произведена оценка эффективности применения различных комбинаций линейных фильтров, применяемых во внутрикадровой обработке. Установлено, что ВЗН-каналы с низкочастотным шумом наиболее значительно влияют на вероятность обнаружения малоразмерного объекта, а последовательное применение адаптивного рекурсивного фильтра и квазисогласованного с сигналом оконного фильтра увеличивает её на 22 % даже при наличии 6 % аномальных ВЗН-каналов в ФПУ.
Проведен расчет температурной зависимости темнового тока фотодиодов на основе тройного раствора InAs1-хSbх, детектирующих излучение в средневолновой инфракрасной (ИК) области спектра. По рассчитанным значениям темнового и фототока проведена оценка отношения сигнал/шум. Прогнозируемое отношение сигнал/шум составило ~103 при Т = 150 К, что подтверждает возможность достижения высоких фотоэлектрических параметров фотодиодов на основе тройных растворов InAs1-xSbx и пригодность их использования в высокотемпературных применениях.
Представлены результаты разделения полидисперсной смеси заряженных диэлектрических микрочастиц с помощью линейной электродинамической квадрупольной ловушки в воздухе при атмосферном давлении. Экспериментально показано, что размеры удерживаемых ловушкой микрочастиц в сильной степени зависят от величины напряжения на линейных электродах.
Проведены экспериментальные исследования разряда с жидким электролитным катодом в диапазоне токов 50–100 мА при межэлектродном расстоянии в пределах 3–4 мм. В качестве катода использован водный раствор хлорида натрия с молярной концентрацией 0,15 моль/л. Зафиксировано возникновение пульсаций тока, которые исследованы в предположении капельного переноса вещества и зарядов из водного раствора в плазму разряда. На основе анализа осциллограмм тока оценены размеры образующихся капель.
Разработан инструментарий для сравнительной теоретической оценки главного показателя эффективности перспективных емкостных систем зажигания с однополярными разрядными импульсами. Определены характеристики воспламеняющей способности по заданным фиксированным параметрам проектируемых и оцениваемых систем зажигания на основе критериев воспламеняющей способности применительно к неподвижной и движущейся топливовоздушным смесям в камерах сгорания газотурбинных двигателей. Получены расчетные выражения для параметров однополярных искровых разрядов в полупроводниковых свечах – энергии, длительности разрядного тока, которые могут использоваться для анализа физических процессов на стадиях проектирования и исследования эффективности систем зажигания.
Представлены результаты экспериментальных исследований на установке с жидким анодом при плазменном распылении различных металлов. Исследован процесс плазменного распыления металлического катода, представляющего собой металлическую проволоку или стружку из различных металлов (нержавеющая сталь, железо, оцинкованное железо, титан, вольфрам, никель-хромовый сплав, медь, олово, алюминий, цирконий). Для некоторых материалов получен порошок идеальной сферической формы микрочастиц, что может представлять интерес для различных технологий.
Установлено, что давление и температура плазмы излучающей дуги могут быть определены по измеренным значениям напряжения на плазменном столбе, разрядного тока и фототока, обусловленного потоком излучения всего объёма плазмы на фотоприёмник. Для случая аксиально-симметричной однородной дуговой плазмы, находящейся в состоянии локального термодинамического равновесия, сформулированы уравнения, связывающие значения параметров плазмы с результатами измерений. Уравнение для фототока получено на основе решения уравнения переноса излучения в плазме дуги произвольной оптической плотности. Рассмотрены случаи отражающих и поглощающих электромагнитное излучение поверхностей электродов. Показано, что задача определения параметров плазмы дуги сводится к решению системы двух нелинейных относительно давления и температуры уравнений. Описанный метод использован для определения параметров плазмы сильноточной вакуумной дуги на этапе анодной активности. На примере плазмы вакуумной дуги показана устойчивость метода по отношению к погрешностям исходных данных.
Представлено исследование зависимости динамики оптического отклика быстродействующего жидкокристаллического модулятора света на основе p-ячейки от длины волны модулируемого излучения. Для решения этой задачи применялся метод компьютерного моделирования электрооптических характеристик жидкокристаллических модуляторов. Установлено, что полные времена срабатывания модулятора при одинаковых абсолютных значениях управляющего напряжения имеют отличающиеся значения для различных областей модулируемого излучения. Показано, что значение напряжения оптического порога, в отличие от напряжения деформационного порога, зависит от длины волны модулируемого излучения. Установлено, что значение полного времени срабатывания такого устройства зависит от спектра источника модулируемого излучения. Показано, что для монохромных жидкокристаллических модуляторов для достижения минимальных значений полных времен срабатывания при выборе величин управляющих напряжений необходимо учитывать спектральный состав модулируемого излучения.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400