Поверхностные акустические волны


Поверхностные акустические волны
Типичное ПАВ устройство, в основе которого применяется встречно-гребенчатый преобразователь, используемое в качестве полосового фильтра[1]. Поверхностная волна генерируется слева через приложение переменного напряжения через проводники, изготовленные печатным методом. При этом электрическая энергия преобразуется в механическую. Двигаясь по поверхности механическая высокочастотная волна меняется. Справа — приёмные дорожки снимают сигнал, при этом происходит обратное преобразование механической энергии в переменный электрический ток, через нагрузочный резистор.

Пове́рхностные акусти́ческие во́лны (ПАВ) — упругие волны, распространяющиеся вдоль поверхности твёрдого тела или вдоль границы с другими средами. ПАВ подразделяются на два типа: с вертикальной поляризацией и с горизонтальной поляризацией (волны Лява).

К наиболее часто встречающимся частным случаям поверхностных волн можно отнести следующие:

  • Волны Рэлея (или рэлеевские), в классическом понимании распространяющиеся вдоль границы упругого полупространства с вакуумом или достаточно разреженной газовой средой.
  • Затухающие волны рэлеевского типа на границе твердого тела с жидкостью.
  • Незатухающая волна с вертикальной поляризацией, бегущая по границе жидкости и твердого тела
  • Волна Стонли, распространяющаяся вдоль плоской границы двух твердых сред, модули упругости и плотности которых не сильно различаются.
  • Волны Лява — поверхностные волны с горизонтальной поляризацией (SH типа), которые могут распространяться в структуре упругий слой на упругом полупространстве.

Содержание

Волны Рэлея

Волны Рэлея, теоретически открытые Рэлеем в 1885 году[2], могут существовать в твердом теле вблизи его свободной поверхности, граничащей с вакуумом. Фазовая скорость таких волн направлена параллельно поверхности, а колеблющиеся вблизи нее частицы среды имеют как поперечную, перпендикулярную поверхности, так и продольную составляющие вектора смещения. Эти частицы описывают при своих колебаниях эллиптические траектории в плоскости, перпендикулярной поверхности и проходящей через направление фазовой скорости. Указанная плоскость называется сагиттальной. Амплитуды продольных и поперечных колебаний уменьшаются по мере удаления от поверхности вглубь среды по экспоненциальным законам с различными коэффициентами затухания. Это приводит к тому, что эллипс деформируется и поляризация вдали от поверхности может стать линейной. Проникновение волны Рэлея в глубину звукопровода составляет величину порядка длины поверхностной волны. Если волна Рэлея возбуждена в пьезоэлектрике, то как внутри него, так и над его поверхностью в вакууме будет существовать медленная волна электрического поля, вызванная прямым пьезоэффектом.

Применяются в сенсорных дисплеях с поверхностными акустическими волнами. [3][нет в источнике 321 день]

Затухающие волны рэлеевского типа

Затухающие волны рэлеевского типа на границе твердого тела с жидкостью.

Незатухающая волна с вертикальной поляризацией

Незатухающая волна с вертикальной поляризацией, бегущая по границе жидкости и твердого тела со скоростью

Волна Стонли

Волна Стонли, распространяющаяся вдоль плоской границы двух твердых сред, модули упругости и плотности которых не сильно различаются.

Волны Лява

Волны Лява — поверхностные волны с горизонтальной поляризацией (SH типа), которые могут распространяться в структуре упругий слой на упругом полупространстве.

Поверхностные акустические волны в пьезоэлектриках

Поверхностные акустические волны в пьезоэлектриках (линейная среда) полностью характеризуются уравнениями для смещений Ui и потенциала φ[4]:

T_{ij}=C_{ijkl}S_{kl}-e_{kij}E_k,
D_i=\varepsilon_{ij}E_j+e_{ijk}S_{jk},
S_{kl}=\frac{1}{2}\left(\frac{\partial U_k}{\partial x_l}+\frac{\partial U_l}{\partial x_k}\right),
E_i=-\frac{\partial \phi}{\partial x_i},
\rho\frac{\partial^2 U_i}{\partial t^2}=\frac{\partial T_{ik}}{\partial x_k},

где T, S — тензоры напряжений и деформаций; E, D — векторы напряженности и индукции электрического поля; C, e, ε — тензоры модулей упругости, пьезомодулей и диэлектрической проницаемости соответственно; ρ — плотность среды.

Примечания

  1. Например, фильтры на поверхностных акустических волнах для электроники цветных стационарных телевизионных приёмников.
  2. Lord Rayleigh (1885). «On Waves Propagated along the Plane Surface of an Elastic Solid». Proc. London Math. Soc. s1-17 (1): 4–11.
  3. «Устройства на поверхностных акустических волнах в системах и средствах связи» А. Багдасарян
  4. А. В. Осетров, Нгуен Ван Шо Расчет параметров поверхностных акустических волн в пьезоэлектриках методом конечных элементов Вычислительная механика сплошных сред. – 2011. – Т. 4, № 4. – С. 71-80. [1]

См. также

Волны на воде

Ссылки

  • Физическая энциклопедия, т.3 — М.:Большая Российская Энциклопедия стр.649 и стр.650.



Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Поверхностные акустические волны" в других словарях:

  • ПОВЕРХНОСТНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ — (ПАВ), упругие волны, распространяющиеся вдоль свободной поверхности тв. тела или вдоль границы тв. тела с др. средами и затухающие при удалении от границ. ПАВ бывают двух типов: с вертикальной поляризацией, у к рых вектор колебат. смещения ч ц… …   Физическая энциклопедия

  • ПОВЕРХНОСТНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ — упругие волны, распространяющиеся вдоль свободной поверхности твёрдого тела или вдоль границы твёрдого тела с др. средами и затухающие при удалении от границ. П. а в. ультра и гиперзвукового диапазонов широко используются в технике для… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • Поверхностные акустические волны в пьезоэлектриках — Генерация ПАВ с помощью встречно гребенчатого преобразователя. Справа приёмные дорожки снимают сигнал, при этом происходит обратное преобразование механической энергии в переменный электрический ток, через нагрузочный резистор. Поверхностные… …   Википедия

  • АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ — упругие возмущения, распространяющиеся в твёрдой, жидкой и газообр. средах. Распространение А. в. в среде вызывает возникновение механич. деформаций сжатия и сдвига, к рые переносятся из одной точки в другую; при этом имеет место перенос энергии… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • Поверхностно-акустические волны — Типичное ПАВ устройство, используемое, например, в качестве полосового фильтра[1]. Поверхностная волна генерируется слева через приложение переменного напряжения через проводники, изготовленные печатным методом. При этом электрическая энергия… …   Википедия

  • Волны Рэлея — поверхностные акустические волны. Названы в честь Рэлея теоретически предсказавшего их в 1885 году[1]. Содержание 1 Описание 2 Изотропное тело …   Википедия

  • ВОЛНЫ — ВОЛНЫ, по определению основателя волновой теории света Юнга (Joung, 1802), представляют такое колебательное движение, к рое распространяется через все точки среды, при чем после совершения колебания частицы среды прекращают свое движение.… …   Большая медицинская энциклопедия

  • УПРУГИЕ ВОЛНЫ — упругие возмущения, распространяющиеся в твёрдой, жидкой и газообразной средах, напр. волны, возникающие в земной коре при землетрясениях, звук. и ультразвук. волны в жидкостях, газах и тв. телах. При распространении У. в. в среде возникают… …   Физическая энциклопедия

  • ЛЯВА ВОЛНЫ — поверхностные акустические волны сгоризонтальной поляризацией, к рые распространяются на границе твёрдого полупространства с твердым слоем. Физическая энциклопедия. В 5 ти томах. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988 …   Физическая энциклопедия

  • Упругие волны —         упругие возмущения, распространяющиеся в твёрдой, жидкой и газообразной средах. Например, Волны, возникающие в земной коре при землетрясениях, звуковые и ультразвуковые волны в жидкостях и газах и др. При распространении У. в. происходит… …   Большая советская энциклопедия

Книги