Ранее предполагалось, что среды од­нородны в отношении своих нелинейных
свойств. Однако во многих приложениях принципиально важно измерять зависи­мость нелинейных модулей от простран­ственных координат. Примерами таких нелинейных неоднородностей могут слу­жить скопление дефектов в твердом теле, а также облако газовых пузырьков в жид­кости или опухоль в здоровой ткани орга­низма.

При дистанционных измерениях не­линейных параметров локальность можно обеспечить с помощью скрещенных УЗ - пучков. При этом две волны с частотами со! и со2 пересекаются в заданной области, которая становится источником нелиней­ного сигнала на комбинационной частоте. Сканируя область пересечения, можно выявить пространственное распределение є(г).

Эффект появления комбинационных частот вне области пересечения исходных волн с частотами со і и <о2 называют рас­сеянием звука на звуке. Как известно, в твердых телах благодаря существованию различных типов волн (продольных, сдви­говых), имеющих различные скорости распространения, можно удовлетворить условиям синхронизма для волнового триплета <»! ± со2 = соз.

Если эти условия выполнены, комби­национное рассеяние звука на звуке будет резонансным и амплитуда нелинейного сигнала должна увеличиваться линейно с расстоянием, пройденным по области пе­ресечения исходных пучков в направле­нии синхронизма.

Другая возможность нахождения пространственного распределения є (г)

достигается использованием в качестве одной из взаимодействующих волн им­пульсного сигнала. Короткий интенсив­ный импульс и пробная высокочастотная гармоническая волна пропускают через исследуемую среду навстречу друг другу. Взаимодействие происходит в той области пространства, где в данный момент нахо­дился акустический импульс. В результате фаза пробной волны оказывалась промо - дулированной во времени. Эта временная модуляция пересчитывается затем в про­странственное распределение нелинейно­сти вдоль всей прямой взаимодействия встречных волн.

Использование методов нелинейной акустики открывает новые возможности в измерениях обычных линейных характе­ристик систем. Это связано с известным свойством нелинейных эффектов "накап­ливаться" в пространстве; при этом волна как бы "запоминает" свойства трассы сво­его распространения.

Математический анализ показывает, что волна как бы распространяется в кана­ле переменного сечения и испытывает влияние нелинейности є и диссипации Ь. Для профилирования канала предлагается использовать эффект самоотражения вол­ны на разрывах. Изменяя амплитуду ис­ходного сигнала, можно варьировать ко­ординату образования разрыва, т. е. рас­стояние, на котором происходит самоот - ражение волны. Измеряя временную за­держку отраженного сигнала при различ­ных значениях исходной амплитуды, мож­но восстановить профиль канала.

Возможна также диагностика состоя­ния поверхности, основанная на повы­шенных нелинейностях контакта двух ше­роховатых твердых тел. В экспериментах регистрировалась вторая гармоника вол­ны, отраженной от зоны контакта. При отражении от свободной шероховатой поверхности амплитуда гармоники была пренебрежимо малой. Если же к поверх­ности прилагалась хорошо отполирован­ная пластинка и прижималась давлением Рст, вторая гармоника уверенно регистри­ровалась. Наличие прижимающего усилия вызывало появление и рост сигнала на частоте 2со. Зависимость амплитуды этого сигнала от давления Р(Рст) имела харак­терный максимум. При больших Рсх, фор­мировался хороший акустический контакт между телами и амплитуда второй гармо­ники стремилась к 0 при Рст, стремя­щемся к оо.

Было показано, что шероховатую по­верхность можно сопоставить с ансамблем упругих элементов ("зубцов", пружинок), характеризуемым разбросом по высоте. При этом функция Р(РС1). измеряемая в акустическом эксперименте, пересчитыва­ется в вероятностную функцию распреде­ления высот элементов шероховатости. Таким образом, открывается возможность оценивать качество поверхности по дан­ным нелинейно-акустических измерений.

Использование нелинейных эффектов для контроля прочности бетона рассмот­рено в разд. 7.5.5 и монографии И. Э. Школьника [340].

Глава 2