one isolated pulse at the input is shown (black line)). An hydrophone
(HP) placed at the right-hand side records the output acoustic
pressure signal (the response of the device), whereas a secondary
transducer (ST) excites the BL transversally from the bottom side
by means of a continuous wave at the frequency xs. The transversal
dimension of the device is set to fit 1/4 of the wavelength at xs
in the BL to make it possible to the transversal wave to form a
standing wave with a pressure antinode at the source. The ST has
two modes: on or off. The similarity with an electric switch is that
the MT acts like the electric emitter, the HP behaves like the electric
collector, and the ST is the equivalent to the electric base. As
the attenuation properties of the BL depends on the frequency of
the propagating wave [15], the initial size (R0g) and density (Ng)
of spherical bubbles in water are set to allow the maximum attenuation
coefficient at the driving frequency xm (and all the frequencies
of the input signal, which are close to xm), xm=x0g ¼ 1, and
thereby, the BL behaves like an insulator at xm. xs is chosen to verify
the following condition: xs < x0g. This choice implies that
when the ST is turned on, the primary Bjerknes forces created by
the transversal standing wave at xs push the bubbles present in
water towards the pressure antinode (the source) and away from
the pressure node (the reflector) of the transversal acoustic pressure
field [16], and all the bubbles end up gathering in a thin bubble
layer at the ST. Thereby, when the ST is on, the main ultrasonic
field (emitted from the MT) propagates in water without bubbles
(bottom sketch of Fig. 1), and the output signal (at the HP) is the
same as the input signal: the switch is on (SON mode). On the other
hand, when the ST if turned off, bubbles recover their place in the
whole water volume which then acts like an insulator, and the
wave vanishes (top sketch of Fig. 1), so that there is not any signal
at the output of the device: the switch is off (SOFF mode). The pulse
repetition frequency has to match the time it takes for the bubbles
to gather into a layer when the switch is turned on (due to primary
Bjerknes forces). This repetition frequency must also suit the time
it takes for the bubbles to take up the whole water volume when
the switch is turned off (due to buoyancy and gravity forces).
It is worthy to note that the device is efficient at low and high
amplitude of the main acoustic field. A secondary acoustic field
of small amplitude is enough for pushing the bubbles towards
the pressure antinode. In the example shown below these values
were arbitrary chosen. The redistribution of bubbles in the off state
of the switch is still to be correctly defined in terms of time, method,
and homogeneity, and will probably require experimental tests.
The quite low bubble density used in the model means that the
bubbles are very separated and secondary Bjerknes forces should
not have a determinant effect on coalescence. A tertiary acoustic
field may be also used to facilitate the redistribution of bubbles.
It will be fundamental to solve this issue in the construction of
the device.
3. Results and discussion
As the SNOW-BL code simulates the acoustic propagation in
bubbly liquids [17], we can illustrate the theory described above
with the following example. The central frequency of the pulses
at the input is assumed to be xm ¼ 4:7 MHz. Thereby, as said
above for attenuation purpose, the bubbles we chose here for taking
up the water in the BL are such that R0g ¼ 4:5 lm and
Ng ¼ 1 1012 bubbles=m3. Fig. 2 presents the acoustic pressure
waveforms obtained from simulations corresponding to the SOFF
mode (the ST is off and the acoustic switch is off). Fig. 3 shows
the corresponding results for the SON mode (when the ST is on
and the acoustic switch is on). Input signals are represented by
black lines and output signals are represented by red lines. Both
figures clearly confirm the theory exposed above: the output
amplitude ratio between switch off and switch on is 0.0017%.
Thereby, we have shown that the device proposed in this paper
is able to behave like an acoustic switch. It must be noted that, to
our knowledge, the description of an acoustic switch for which
acoustic waves are manipulated by other acoustic waves had never
been given before. Moreover, the results we have shown demonstrate
the perfect behaviour of the acoustic switch which allows
us to recover 100% of the input signal at the output. Other tests
have been carried out by exciting the same device around the
m
m
m
Fig. 1. Schematic representation of the switch device.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
x 10−4
−1.5
−1
−0.5
0
0.5
1
1.5
x 10 4
t (t)
p (Pa)
input
output
Fig. 2. Switch off. Input (black) and output (red) acoustic pressure waveforms. (For
interpretation of the references to colour in this figure legend, the reader is referred
to the web version of this article.)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
x 10−4
−1.5
−1
−0.5
0
0.5
1
1.5
x 104
t (t)
p (Pa)
input
output
Fig. 3. Switch on. Input (black) and output (red) acoustic pressure waveforms. (For
interpretation of the references to colour in this figure legend, the reader is referred
to the web version of this article.)
ชีพจรหนึ่งแยกต่างหากในการป้อนข้อมูลถูกแสดง (สายดำ)) มี hydrophone(HP) อยู่ที่คอร์ดด้านขวาแสดงผลระดับความดันสัญญาณ (การตอบสนองของอุปกรณ์), ในขณะที่การศึกษาพิกัด (ST) ตื่นเต้น BL transversally จากด้านล่างจากตัวอย่างต่อเนื่อง wave ที่ xs ความถี่ แบบ transversalขนาดของอุปกรณ์ถูกตั้งค่าเป็น 1/4 ของความยาวคลื่นเหมาะสมที่ xsใน BL เพื่อให้ได้คลื่น transversal ฟอร์มเป็นคลื่นยืนกับ antinode ความดันที่ต้นทาง เซนต์ได้สองโหมด: หรือปิด คือคล้ายกับเป็นสวิตช์ไฟฟ้าMT กระทำเช่นตัวส่งไฟฟ้า HP การทำงานเช่นการไฟฟ้ารวบรวม และเซนต์ได้เทียบเท่ากับฐานไฟฟ้า เป็นคุณสมบัติอ่อนของ BL ขึ้นอยู่กับความถี่ของคลื่นเผยแพร่ [15], ขนาดเริ่มต้น (R0g) และความหนาแน่น (Ng)ทรงกลมฟองในน้ำถูกตั้งค่าให้มีความยาวสูงสุดสัมประสิทธิ์ที่ xm ความถี่ในการขับขี่ (และความถี่ทั้งหมดของอินพุตสัญญาณ ซึ่งใกล้เคียงกับ xm), xm = x0g ¼ 1 และจึง BL ปฏิบัติเช่นฉนวนที่ xm xs ตรวจสอบเงื่อนไขต่อไปนี้: xs < x0g ตัวเลือกนี้หมายถึงการที่เมื่อเซนต์ กองกำลัง Bjerknes หลักสร้างโดยคลื่นยืน transversal ที่ xs ผลักดันฟองอากาศอยู่ในน้ำ ต่อความดัน antinode (ต้นทาง) และห่างจากโหนดความดัน (หรือ) ของแรงดันระดับ transversalฟิลด์ [16], และฟองอากาศทั้งหมดท้ายรวบรวมในบางฟองชั้นที่ ST. Thereby เมื่อเซนต์บน อัลตราโซนิกฟิลด์ (ออกจาก MT) แพร่กระจายในน้ำโดยฟองอากาศ(ล่างร่าง 1 Fig.), และสัญญาณ (ที่ HP)เหมือนกับสัญญาณอินพุต: สวิตช์อยู่ (โหมดสน) อื่น ๆมือ เมื่อเซนต์ถ้าปิด ฟองกู้คืนของสถานทั้งน้ำเสียงใดกระทำแล้วเช่นฉนวน และคลื่นหายไป (บนร่างของ Fig. 1), ที่ไม่มีสัญญาณใด ๆในการแสดงผลของอุปกรณ์: สวิตช์ปิด (โหมด SOFF) อยู่ ชีพจรความถี่ซ้ำได้เพื่อให้ตรงกับเวลาในฟองอากาศเพื่อรวบรวมเป็นชั้นเมื่อสวิตช์เปิด (เพราะหลักBjerknes บังคับ) ความถี่นี้ซ้ำยังต้องเหมาะสมกับเวลาใช้สำหรับฟองอากาศที่จะรับปริมาณน้ำทั้งหมดเมื่อสวิตช์เปิดปิด (เนื่องจากกำลังพยุงและแรงโน้มถ่วง)จึงสมควรจะทราบว่า อุปกรณ์มีประสิทธิภาพที่ต่ำและสูงความกว้างของฟิลด์หลักอะคูสติก เขตระดับรองคลื่นขนาดเล็กเป็นพอกดฟองต่อantinode ความดัน ในตัวอย่างที่แสดงด้านล่างนี้ค่าเลือกกำหนดได้ วงเงินของฟองอากาศในสถานะปิดของสวิตช์จะยังคงถูกกำหนดในแง่ของเวลา วิธีและ homogeneity คงจะต้องมีการทดสอบทดลองหมายความ ว่า ความหนาแน่นค่อนข้างต่ำฟองใช้ในแบบจำลองฟองอากาศจะแยกมาก และควรรองกอง Bjerknesไม่มีผลกับดีเทอร์มิแนนต์ coalescence อคูสติกระดับตติยภูมิฟิลด์อาจถูกใช้เพื่อช่วยในวงเงินฟองยังมันจะเป็นพื้นฐานในการแก้ไขปัญหานี้ในการก่อสร้างอุปกรณ์3. ผลลัพธ์ และสนทนาเป็นรหัส BL หิมะจำลองการเผยแพร่ในระดับเหลว bubbly [17], เราสามารถแสดงทฤษฎีที่อธิบายไว้ข้างต้นตัวอย่างต่อไปนี้ ความถี่กลางของพัลส์ในการป้อนข้อมูลจะถือ xm ¼ 4:7 MHz. Thereby ที่กล่าวข้างต้นประสงค์ อ่อนฟองอากาศเราเลือกที่นี่สำหรับการค่าน้ำใน BL เป็นเช่นนั้น R0g ¼ lm 4:5 และNg ¼ 1 1012 ฟอง = m3 Fig. 2 แสดงระดับความดันได้จากการจำลองที่สอดคล้องกับ SOFF waveformsโหมด (เซนต์ มาปิดสวิตช์ระดับปิดอยู่) แสดง fig. 3ผลลัพธ์สอดคล้องสำหรับโหมดซัน (เมื่อเซนต์และสวิตช์ระดับบน) สัญญาณจะแทนด้วยเส้นสีดำและแสดงผลสัญญาณจะถูกแสดง โดยเส้นสีแดง ทั้งสองอย่างตัวเลขที่ชัดเจนยืนยันทฤษฎีที่แสดงข้างต้น: ผลผลิตอัตราส่วนความกว้างระหว่างสวิตช์ปิด และสวิตช์บนเป็น 0.0017%จึง เราได้แสดงว่า อุปกรณ์ที่นำเสนอในเอกสารนี้จะต้องทำงานเหมือนสวิตช์เป็นอะคูสติก ต้องสังเกตที่ การความรู้ของเรา คำอธิบายของการสวิตช์ระดับที่คลื่นอะคูสติกจะจัดการ โดยอคูสติกอื่น ๆ คลื่นไม่ได้รับก่อน นอกจากนี้ แสดงผลลัพธ์ที่เราได้แสดงพฤติกรรมที่เหมาะสมของสวิตช์อะคูสติกซึ่งช่วยให้เรากู้ 100% ของสัญญาณอินพุตที่ผลลัพธ์ การทดสอบอื่น ๆมีการดำเนินการ โดยอุปกรณ์เดียวกับสถานที่น่าตื่นเต้นนี้mmmFig. 1 แสดงแผนผังวงจรของอุปกรณ์สวิตช์0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5x 10−4−1.5−1−0.500.511.5x 10 4t (t)p (Pa)ป้อนข้อมูลผลผลิตFig. 2 ปิด ป้อน (สีดำ) และผล waveforms ดันอะคูสติก (สีแดง) (สำหรับตีความการอ้างอิงกับสีในรูปคำอธิบายนี้ อ่านว่าเว็บรุ่นของบทความนี้)0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5x 10−4−1.5−1−0.500.511.5x 104t (t)p (Pa)ป้อนข้อมูลผลผลิตFig. 3 สลับกับ ป้อน (สีดำ) และผล waveforms ดันอะคูสติก (สีแดง) (สำหรับตีความการอ้างอิงกับสีในรูปคำอธิบายนี้ อ่านว่าเว็บรุ่นของบทความนี้)
การแปล กรุณารอสักครู่..