Самомодуляция ультразвукового импульса в магнитной жидкости

САМОМОДУЛЯЦИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИМПУЛЬСА
В МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ
М. В.Чистяков, В. М. Полунин
Экспериментально установлен эффект управляемой самомодуляции ультразвуковых импульсов, прошедших через намагниченную магнитную жидкость. Высказывается предположение,
что, наблюдаемое явление связано с образованием специфической структуры из феррочастиц под
влиянием длительного воздействия магнитного поля.
Хорошо известен эффект самодемодуляции звуковых импульсов, прошедших
через “обычные” слегка нелинейные и сильно поглощающие жидкости [1-4]. Так, в
[4] сообщается о результатах экспериментальных и теоретических исследований явления самодемодуляции ультразвуковых импульсов с частотой заполнения 3,5 МГц
в глицерине.
В нашем исследовании экспериментально установлен противоположный эффект – явление самомодуляции ультразвуковых импульсов, прошедших через
намагниченную магнитную жидкость. В настоящей работе изучались изменения относительной амплитуды и эволюция формы ультразвукового импульса, прошедшего
через акустическую ячейку, заполненную магнитной жидкостью (МЖ), при длительном воздействии магнитного поля.
На рис. 1 представлены осциллограммы прошедшего через МЖ-1 ультразвукового импульса (цена деления по Y 0,5 В/дел, по Х - 5 мкс/дел). Для МЖ-2 осциллограммы, имеют сходный характер. В процессе вращения магнитного поля изменяется форма видеоимпульса, т.е. происходит управляемая модуляция ультразвукового импульса. На углах 130-160 в средней части видеоимпульса появляется «провал», который вновь наблюдается на углах 210-240, однако, в первом случае «провал» перемещается справа – налево, а во втором в обратном направлении.
Следует отметить несколько особенностей обнаруженного эффекта: с уменьшением амплитуды зондирующего импульса в несколько раз, амплитуда принятого
видеоимпульса так же уменьшается, сохраняя свою форму; усиление сигнала в приемнике сопровождается появлением в начале развертки зондирующего импульса
Рис. 1. Осциллограммы прошедшего через МЖ-2 ультразвукового импульса для указанных значений 
(наводки) и увеличением принятого видеоимпульса, однако, по мере выхода за границу динамического диапазона его форма искажается; при удалении кюветы из магнитного поля «провал» пропадает практически без запаздывания, а амплитуда сигнала возрастает, хотя и не достигает первоначального уровня. Многократное (до 2030 раз) вращение магнитного поля приводит к восстановлению формы, близкой к
первоначальной и некоторому возрастанию амплитуды видеоимпульса, а спустя несколько суток после прекращения вращения поля «провал» появляется снова. Приведенные выше факты позволяют исключить «аппаратурное» происхождение модуляции наблюдаемого сигнала.
Можно предположить, что изменение формы ультразвукового импульса,
наблюдаемое в эксперименте, является следствием самомодуляции волны при распространении в среде с нелинейностью и дисперсией [5]. Дисперсия в данном случае могла бы быть связана с появлением в магнитном коллоиде агрегатов, состоящих из феррочастиц мелкой фракции и обладающих в магнитном поле резонансными свойствами в мегагерцевом диапазоне частот. Процессы структурообразования
за счет диполь-дипольного взаимодействия протекают в определенной последовательности, причем в первую очередь образуются структуры из наиболее крупных
частиц, имеющих большие магнитные моменты, а в последнюю – частицы с малым
магнитным моментом. Агрегаты, состоящие из малых частиц менее устойчивы, и
при вращении магнитного поля легко разрушаются [6, 7].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. H. O. Berktay. Possible exploitation of non-linear acoustics in underwater transmitting applications. J. Sound Vib. 2, (1965), pp.435-461.
2. M. B. Moffett, P. J. Westervelt, and R. T. Beyer. Large-amplitude pulse propagation-A transient effect. II. J. Acoust. Soc. Am. 49, (1971), pp.339-343.
3. P. Cervenka and P. Alais. Fourier formalism for describing nonlinear selfdemodulation of a primary narrow ultrasonic beam. J. Acoust. Soc. Am. 88, (1990),
pp.473-481.
4. Michalakis A. Averkiou, Yang-Sub Lee, and Mark F. Hamilton. Self-demodulation
of amplitude- and frequency-modulated pulses in a thermoviscous fluid. J. Acoust.
Soc. Am, vol. 94 (1993), no. 5, pp.2876-2883.
5. М.И. Рабинович, Д.И. Трубецков. Введение в теорию колебаний и волн. М.:
НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», (2000), 560 с.
6. С.С. Канторович. Структуры цепочечных агрегатов в полидисперсных феррожидкостях. 10-я Юбилейная международная плесская конф. по магнитным
жидкостям.: Сб. научных трудов (Иваново: ИГЭУ, 2002), c.51-55.
7. Е.Е. Бибик, В.Е. Скобочкин. Момент трения во вращающемся поле и магнитореологический эффект в коллоидных ферромагнетиках. Инж.-физ. ж., (1972),
Т.22, №4, c. 687-692.