Ультразвук

А я давеча бак сварил для УЗИ-томографа не выходя из дома (мама еле встаёт).

 

Не подумайте, что я его в квартире варил! Из нержавейки 12Х18Н10Т! Я взял металл с металлобазы в 800 метрах от меня на Рязанском проспекте, ребята и Солнечногорска забрали, две недели коррекции чертежей, сварили, сфоткали и привезли в МГУ. Я вчера на такси в лабораторию (новую, кстати) съездил - удовлетворён (почти - верхнее кольцо повело, но немного и исправимо). Дёшево. С металлом около 200 тыров.

Впрочем, не по теме здесь это. Извините.

 

может заведем отдельную тему, я тут занимаюсь акуститической спектроскопей в жидкостях, может есть какие то взаимно интересные моменты работ?

 

Акустическая спектроскопия - это надо осмыслить. Как всегда - что-то новое рождается на стыке двух старых. (И, у меня, обычно -под баночку пивка). Заводи тему, и сообщи мне. Мой дипломный проект в МИИГАиКе назывался "Лазерный спектроанализатор жидких сред" (Хотя, я хотел делать астрономический "Измеритель лучевых скоростей" на ПЗС-матрице.)

 

Как на новой ветке? Не жмёт? Лапки не болят?

 

Объясни: акустическая потому что используются звуковые продольные волны, или потому, что волна оптического излучения изменяется (дифрагирует, например) с помощью возбуждённой акустически жидкой среды?

 

Отлично, хотел завести ветку типа "звук против света"
Акукстическая спектроскопия - возбуждвет продольные волны в среде (жидкости или ТТ) в зависимости от частоты УЗ меняется поглощение звука. На основе поглощения в зависимости от частты по достаточно сложной теории расчитываются свйства среды. Еще очень интересный аспект применения УЗС ( ультразвуковой спектроскопии) опредение размеров и концентрации включений в жидкость. Например примесей. пузырьков и тп.
В возрасте когда как говорится седина в бороду, а бес в ребро мной овлдаденла идея регистрации ударных волн в жидкости в том числе с помощью теневой фотграфии. Поскольку психиатра и санитаров поблизости не оказалось никто не смог остановить мое рвение достойное лучшего применения.

Это тоже, дифракция света в УЗ волне созданной скажем пъезо трансд'юсером.
и обратно. Короткие импульсы света создают в среде градиент температуры и это порождает звук. Этот звук регистрируется различными способами и эта тема называется фотоакустикой.
Вот снимок формироваия ударной волны. Сверху ( не показан) светит непрерывный лазер 850 нм, он на самом деле импульс, но 30 мс, просто для удобства работы. Мошность 0.5 Вт. Светит в кювету в которой налит медный купорос 1 М раствор. Свет от ИК лазера попадает в раствор через такой стаканчик на дне которого приклееена стекляшка, чтобы избежать фонтана при кавитации . Значит ИК лазер греет раствор купороса, он закипает, надувается пузырек, примерно к концу импульса ИК лазера. Затем пузырек схлопывается и при коллапсе формируется ударная волна (УВ). УВ создает градиент давления в жидкости и меняет показатель преломления , вследствие чего луч зеленого лазера, проходщий тоже через кюветку, отклоняется. Это замечает фотоприемник и дает пинка генератору который с задержкой примерно в микросекунду, поджигает мощный синий светодиод на время 100 нс. Камера все это снимает , она раскрывает хайло при старте импульса ИК лазера , те ждет когда будет вспышка. Ну вот можно заснять как формируется кавитационный пузырек и затем сфотографировать УВ. Луч зеленого лазера дает сигнал пропорциональный изменению показателя преломления те пропорционален давлению в УВ. Если изменять расстояние которое проходит УВ до луча 532 нм, то можно снять затухание УВ в жидкости и затем попробовать оаределить что там за жидкость какие в ней включения и тп
Я смотрю еа этот м-м-м-м бачок и хочу понять как устроен этот томограф

 

Про томограф я позже расскажу. Я забыл, как называется дифракция на разности показателей преломления. Помню, что используется в оптоволокне для монохроматизации, а название забыл. А в дипломном всё проще было: 4-я гармоника YAG(Nd3+) УФ 266нм импульсный на кювету и флюоресценция на спектрометр с ПЗС-линейкой. В воде - РОВ (раствор органических веществ), в самогоне - сивуха и т. д. Реперы почастотно (точнее по длине волны) в программе настроил и алга. Превышение - тревога. Продали мы его ещё до моей защиты на Кемеровский водозабор. После меня ещё несколько студентов по этой теме защитили дипломы.

Брэгговская "решётка" !!!!!!!

 

А по теневой фотографии я бы посоветовал метод Гартмана (1914 год). Внефокальная гартманаграмма при апертурном маскировании астрономических (чаще параболических) зеркал для проверки зональных отклонений поверхности.

Хотя, возможно, проще некоторый массив лазерных модулей, каждый из которых по фокусу перекрыт нитью. (Фуко с модификацией Ронки). С проекцией на стену (или фотофиксаторы).

 

ШЛИРЕН система не поблема их есть много на всякий случай , у меня вот такая
https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/3.11760
у меня со вспышкой проблема, похоже светодиод светит дольше чем длится импульс тока, возможно люминесцирует. надо с лазером попробовать. Фронт УВ размыт на фото, хотя экспозицмя 100 нс.
Фото это больше такая забава, для удовлетвоения эго.
Другое дело что УВ как источник ультра звука довольно низкочастотная <20 Мгц. Для акустической спектроскопии нанообъектов надо 100 и больше. но там техника возбуждения и регистрации совсем другая сложнее и дорогостоящая.

 

Жидкие среды могут не согласиться с высокой частотой. Она, скорее, больше подходит для NDT (Non Destructive Testing - неразрушающий контроль), но про контролю металла и сварных швов. В рыболовных эхолотах 440 Кг. В Этом "томографе" - меньше 200 Кг. Математика очень сложна. Решение обратных нелинейных задач. Посмотри метод Лимзема (1969 год). И "мех" на стенки для поглощения обратной волны. Пардон. Кг - это Килогерцы, а не килограммы. КГц. Уточните - что за "нанообъекты"?

 

Да в томографии частоты не высокие в УЗи до 4 Мгц, затухание пропорционально квадрату частоты, так что да...
в моем случае это нано пузырьки
https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/nanobubble

что то нет результатов поиска, может англоязычный ресурс есть?

 

Прошу низочайше меня простить. Метод Лизема. Основан на итерационных приближениях от произвольной (но грамотно выбранной) точки (здесь "точка" означает частота) с применением IFFT (обратного быстрого преобразования Фурье). Главное в "глубокую яму" не попасть, а задать правильные первичные условия.
Забыл добавить: Двумерного - IIFT2 , а может и больше.

 

ОК это метод обработки ,а аппаратная суть метода, если не секрет...

 

Впервые описано: in (L.B.Lesem, P.M.Hirsch, J.A.Jr. Jordan, The kinoform: a new wavefront reconstruction device, IBM J. Res. Dev., 13 (1969), 105–155).
Из патента выдрал - еле нашёл.

 

Аппаратная суть в электронно-лучевой литографии.

 

Аппаратная суть в случае использования жидких сред, мне, кажется, ближе к ультразвуковому возмущению с помощью пьезо-излучателя. Вряд ли там можно сформировать "коллапсирующий пузырёк" в определённой точке. (Тем более, Ваш "коллапс" наоборот больше похож на сброс оболочки сверхновой первого типа с образованием маленькой нейтронной звезды и небольшой планетарной туманности при массе меньше 5 сол.)

 

Брэгговские решётки! Мозгов не осталось, а память ещё есть. Но не могу понять: как создать пузырёк именно в определённом месте? На пересечении двух ИК-лучей?

 

место определяется поглощением раствора. Те можно создать коллапсирующий пузырек вблизи поверхности раствора, обычно делают снизу , сбоку, сверху кюветки. Пузырек вблизи границы раздела стенка кюветы и раствор. Раствор должен иметь высокое поглощение , иначе не прогреть жидкость. поэтому вглубине кюветы создать пузырек не получится. Все это относится только к термокавитации, те раствор сильно поглощает излучение. В случае если есть импульсный лазер YAG и тп, то можно сфокусировать в любом месте в объеме жидкости. Тут процесс образования плазменного пузырька вода не закипает, а разваливается на атомы и ионы. Но понятно такой лазер стоит не 20 $. В таком случает УВ по своим характеристикам длительности и давлении почти такая же как и в случае термокавитации. Ну понятно что цена прибора существенно разная. Вот и хотелось за бутылку пива на коленке .... получить источник ультразвука. Получить то получил, но есть много нюансов что делает затруднительным применить этот источник для реальных измерений.

Да процесс в чем-то схожий, там гравитация сжимает звезду, когда нет излучения, а здесь силы поверхностного натяжения сжимают пузырек когда давление паров внутри пузырька равно внешнему.
Несколько лет назад 10 или больше прошел слух что люди обнаружили тепловые нейтроны при кавитации, разгорелся ажиотаж - термоядерный реактор в кастрюле! Но потом разобрались никаких нейтронов и адепты кавитации подались в плоскоземельщики и антиваксеры.

 

Интересно: если стукнуть по пьезоэлементу в зажигалке - получаешь искру. А если на неё импульс напряжением вольт 100 послать. Будет ли акустический удар? Зажигалки они не дорогие.
Кроме того в Вашем методе нужна мутная среда для прогрева пузырька. Потом трудно изучать оптические свойства мутной среды.