Superficiel les ondes sont appelées lentes inhomogènes plates guidées ondes électromagnétiques classe E ou classe H, avec dispersion. Systèmes de guidage, le long duquel ils se propagent ondes de surface, sont surfaces ralentissantes (impédance).
Les ondes de surface ont deux principales caractéristiques , les distinguant de toutes les autres ondes guidées.
1.) Les amplitudes des vecteurs E et H des ondes de surface diminuent de façon exponentielle dans la direction de la normale aux surfaces ralentissantes le long desquelles elles se propagent.
2.) Les ondes de surface sont lentes (Vph
La diminution des amplitudes des vecteurs E et H d'une onde de surface dans la direction normale à la surface le long de laquelle elle se propage n'est pas associée à des pertes actives dans le milieu, mais est provoquée par des relations de phase particulières entre les composantes des vecteurs E et H de cette onde, grâce à quoi le flux du vecteur Poynting dans dans ce sens en moyenne sur la période =0.
La densité de flux d'énergie transférée par une onde de surface le long d'une surface de guidage est maximale immédiatement au niveau de cette surface et diminue fortement avec la distance. Au sens figuré, se propageant le long de la surface de guidage, l'onde semble « s'y coller », ce qui a déterminé le nom « surface » pour les ondes de ce type.
48.Conditions aux limites approximatives de Leontovich.
Supposons qu'une onde électromagnétique plane arrive de l'air selon un angle sur une interface plane avec un milieu assez conducteur décrit par l'indice de réfraction complexe :
De l’établissement du concept de milieu bien conducteur, il découle cela. L'extrême inégalité selon la loi de Siell signifie que l'angle de réfraction doit être très petit. On peut supposer approximativement qu'une onde réfractée pénètre dans le milieu 2 dans la direction de la normale dans sens différent angle d'incidence. C'est l'essentiel définition physique Les conditions de Léontovitch. D'après ce qui précède, le circuit équivalent d'un milieu métallique prend la forme d'une longue ligne homogène avec une résistance caractéristique calculée par formule générale
Au début de la ligne (c'est-à-dire à l'interface), les composantes tangentielles du champ magnétique et vecteurs électriques doit satisfaire la relation incontestable qui découle directement de la définition de la résistance caractéristique :
Comme on le sait, à la surface d'un conducteur idéal. Une composante tangentielle non nulle apparaît à l'interface dans le cas d'une conductivité importante mais finie. Malgré la petitesse de cette valeur (puisque à ), elle détermine le flux d'énergie dans le métal utilisé pour le chauffer.
Si l'axe z est dirigé à l'intérieur de l'Environnement 2, et l'interface coïncide avec le plan , alors à l'interface, en conséquence, doit être rempli conditions suivantes:
Avec cette disposition des signes, comme on peut facilement le vérifier, le flux du vecteur de Poynting correspondant aux pertes thermiques sera toujours dirigé selon la direction positive de l'axe z. Utilisation des conditions aux limites de Leontovich sous la forme 
ou dans le formulaire, vous devez voir la composante tangente vecteur magnétique.
49. Interférence dans les plaques minces. 
50. 49. Interférence dans les anneaux de Newton. 
Surfaces retardatrices
Une surface retardatrice (impédance) est l'interface entre milieux sur laquelle les composantes tangentes des vecteurs E et H du champ EM alternatif (existant de part et d'autre de cette frontière) sont déphasées l'une par rapport à l'autre de 90°. De ce fait, le flux du vecteur Poynting dans la direction de la normale à la surface ralentissante est en moyenne sur une période = 0, et le transfert d'énergie par les ondes EM n'est possible que dans la direction parallèle à une telle surface.
Lors de la résolution de problèmes de limites en électrodynamique, un paramètre appelé impédance de surface (résistance de surface) est souvent utilisé pour caractériser les interfaces. égal au rapport amplitudes complexes des composantes tangentes des vecteurs E et H sur cette surface.
Module de résistance de surface complexe
Argument (phase) de résistance de surface complexe
En raison du déphasage entre les composantes tangentes des vecteurs E et H sur la surface ralentissante, son impédance de surface est une quantité purement imaginaire. .
Si Z est positif, alors les ondes de surface de classe E se propagent le long de la surface qui ralentit.
Si Z est négatif, alors les ondes de surface de classe H se propagent le long de la surface qui ralentit.
Les surfaces planes de ralentissement peuvent être l'interface entre deux diélectriques ayant des constantes diélectriques différentes (air - diélectrique) et l'interface entre un diélectrique - une structure métallique en peigne (air - une structure métallique en peigne).
On parlait jusqu'à présent d'ondes acoustiques volumétriques se propageant dans le volume d'un solide isotrope. En 1885, le physicien anglais Rayleigh prédit théoriquement la possibilité de propagation d'ondes acoustiques de surface, communément appelées ondes de Rayleigh, dans une fine couche superficielle d'un corps solide bordant l'air. Dans le problème de Rayleigh, on se limite à la formulation du problème et de ses résultats finaux. Il existe une frontière plate entre le vide et le milieu solide isotrope. L'interface coïncide avec le plan, l'axe est dirigé profondément dans le milieu solide.
Les points de départ pour résoudre le problème sont l’équation du mouvement de Lamé (4) et la condition aux limites, où nj sont les composantes de l’unité normale à la surface. A la frontière du vide forces extérieures Les Fi sont absents et la normale (Fig. 3) a une composante le long de z.
Pour ondes harmoniques les équations d'onde initiales et les conditions aux limites prendront la forme
La solution est recherchée sous la forme d’ondes harmoniques planes se déplaçant le long de l’axe x dans un demi-espace solide.
Pour l'effet de surface, les amplitudes doivent diminuer le long de la normale à la frontière
Le premier type de solution au problème posé a la forme
où B est la constante d'amplitude déterminée par les conditions d'excitation des ondes. Cette solution correspond à une onde de cisaillement volumétrique homogène (pas de diminution d'amplitude le long de la normale à la surface) polarisée dans la direction perpendiculaire à la direction propagation selon x et normale à la surface. Cette onde est instable dans le sens où de petites déviations dans la formulation du problème (par exemple, une charge sur la couche superficielle ou la présence d'un effet piézoélectrique dans le milieu) peuvent faire de cette onde une onde de surface. Le deuxième type de solution au problème détermine l’onde de surface de Rayleigh.
Vecteurs d'ondes, et sont liés les uns aux autres en raison de conditions aux limites et l'onde de Rayleigh est une onde acoustique complexe.
La vitesse de l'onde de Rayleigh est donnée par
Lorsque le coefficient de Poisson change approximativement, la vitesse passe de à. La vitesse dépend uniquement de propriétés élastiques corps solide et ne dépend pas de la fréquence et l'onde de Rayleigh n'a pas de dispersion. L'amplitude de l'onde diminue rapidement à mesure que l'on s'éloigne de la surface. Dans une onde de Rayleigh, les particules du milieu se déplacent selon (14), (15) le long de trajectoires elliptiques, axe majeur L'ellipse est perpendiculaire à la surface et la direction du mouvement des particules sur la surface se produit dans le sens inverse des aiguilles d'une montre par rapport à la direction de propagation des ondes. Des ondes de Rayleigh ont été découvertes lors de vibrations sismiques la croûte terrestre, lorsque trois signaux ont été enregistrés. Le premier d'entre eux est associé au passage d'une onde longitudinale, le deuxième signal est associé à des ondes transversales dont la vitesse est inférieure à celle de ondes longitudinales. Et le troisième signal est provoqué par la propagation des ondes à la surface de la Terre. Outre les ondes, il existe un certain nombre d’autres types d’ondes acoustiques de surface (SAW). Ondes transversales de surface dans une couche solide reposant sur un demi-espace élastique solide (ondes d'amour), ondes en plaques (ondes de Lamb), ondes sur surfaces courbes, ondes en coin, etc. L'énergie des tensioactifs est concentrée dans une couche superficielle étroite d'une épaisseur de l'ordre de la longueur d'onde qu'ils ne subissent pas (contrairement aux ondes de volume) ; grosses pertesà la divergence géométrique dans le volume du demi-espace et donc ils peuvent s'étendre à longues distances. Les tensioactifs sont facilement accessibles à la technologie, comme s’ils « étaient faciles à prendre ». Ces ondes sont largement utilisées en acoustoélectronique.
Ondes de surface
Un appareil SAW typique, utilisé par exemple comme filtre passe-bande. L'onde de surface est générée à gauche en appliquant une tension alternative à travers des conducteurs imprimés. En même temps énergie électrique se transforme en mécanique. En se déplaçant le long de la surface, l'onde mécanique à haute fréquence change. À droite, les pistes de réception captent le signal, tandis que conversion inverse énergie mécaniqueà variable courant électrique, via une résistance de charge.
Ondes acoustiques de surface(tensioactif) - ondes élastiques se propageant le long de la surface d'un corps solide ou le long de la frontière avec d'autres milieux. Les tensioactifs sont divisés en deux types : à polarisation verticale et à polarisation horizontale ( Vagues d'amour).
Les cas particuliers les plus courants d’ondes de surface sont les suivants :
- Ondes de Rayleigh(ou Rayleigh), au sens classique, se propageant le long de la limite d'un demi-espace élastique avec le vide ou un milieu gazeux assez raréfié.
- à l'interface solide-liquide.
- Vague de Stoneley
- Vagues d'amour- des ondes de surface à polarisation horizontale (type SH), qui peuvent se propager dans la structure en couches élastiques sur un demi-espace élastique.
Ondes de Rayleigh
Les ondes de Rayleigh, théoriquement découvertes par Rayleigh en 1885, peuvent exister dans un corps solide à proximité surface libre bordant le vide. La vitesse de phase de ces ondes est dirigée parallèlement à la surface et les particules du milieu oscillant à proximité ont à la fois des composantes transversales, perpendiculaires à la surface et longitudinales du vecteur de déplacement. Ces particules décrivent des trajectoires elliptiques dans le plan lors de leurs oscillations, perpendiculaire à la surface et en passant par la direction vitesse de phase. Ce plan est appelé sagittal. Les amplitudes des vibrations longitudinales et transversales diminuent avec la distance de la surface plus profondément dans le milieu. lois exponentielles avec différents coefficients d'atténuation. Cela conduit au fait que l'ellipse se déforme et que la polarisation loin de la surface peut devenir linéaire. La pénétration de l’onde de Rayleigh dans la profondeur du conduit sonore est de l’ordre de la longueur de l’onde de surface. Si une onde de Rayleigh est excitée dans un piézoélectrique, alors une onde lente existera à la fois à l'intérieur et au-dessus de sa surface dans le vide. champ électrique provoquée par l’effet piézoélectrique direct.
Utilisé dans les écrans tactiles avec ondes acoustiques de surface.
Ondes de Rayleigh amorties
Ondes amorties de type Rayleigh à l'interface solide-liquide.
Onde continue à polarisation verticale
Onde continue à polarisation verticale, courant le long de la frontière d'un liquide et d'un solide avec une vitesse
Vague de Stoneley
Vague de Stoneley, se propageant le long de la limite plate de deux support solide, dont les modules élastiques et la densité ne diffèrent pas beaucoup.
Vagues d'amour
Links
- Encyclopédie physique, vol. 3 - M. : Bolshaya Encyclopédie russe p.649 et p.650.
Fondation Wikimédia.
- 2010.
- Ondes acoustiques de surface
Ondes élastiques de surface
Voyez ce que sont les « ondes de surface » dans d’autres dictionnaires : ONDES DE SURFACE - des ondes électromagnétiques qui se propagent le long d'une certaine surface et ont une répartition des champs E et H qui décroît assez rapidement à mesure qu'on s'en éloigne d'un côté (PV unilatéral) ou des deux côtés (PV vrai). Unilatéral C. v. surgit...
Voyez ce que sont les « ondes de surface » dans d’autres dictionnaires : Encyclopédie physique - (voir), apparaissant à la surface libre d'un liquide ou se répandant le long de l'interface de deux liquides non miscibles sous l'influence cause externe (vent, jet de pierre, etc.), provoquant un déséquilibre de la surface... ...
Grande encyclopédie polytechnique ondes de surface - - Sujets industrie pétrolière et gazière
Voyez ce que sont les « ondes de surface » dans d’autres dictionnaires :- des ondes se propageant le long de la surface libre d'un liquide ou à l'interface de deux liquides non miscibles. surgir sous l’influence de facteurs externes influence (par exemple, le vent) qui éloigne la surface du liquide de état d'équilibre. DANS… … Grand dictionnaire polytechnique encyclopédique
Ondes de surface- Ondes élastiques se propageant le long de la surface libre d'un corps solide ou le long de la limite d'un corps solide avec d'autres milieux et s'atténuant avec la distance par rapport à la limite. Le plus simple et en même temps le plus fréquemment rencontré dans la pratique P. dans... Grande Encyclopédie Soviétique
ondes d'interférence de surface- - Thèmes : industrie pétrolière et gazière FR rouleaux de solbruit des ondes de surface... Guide du traducteur technique
ONDES ACOUSTIQUES DE SURFACE- (tensioactif), ondes élastiques se propageant le long de la surface libre d'un solide. corps ou le long du bord du téléviseur. corps avec d’autres médias et s’atténuant avec la distance des frontières. Il existe deux types de tensioactifs : à polarisation verticale, ceux à oscillations vectorielles. déplacement h c… … - des ondes électromagnétiques qui se propagent le long d'une certaine surface et ont une répartition des champs E et H qui décroît assez rapidement à mesure qu'on s'en éloigne d'un côté (PV unilatéral) ou des deux côtés (PV vrai). Unilatéral C. v. surgit...
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Ondes acoustiques de surface- Un dispositif SAW typique basé sur un convertisseur anti-peigne utilisé comme filtre passe-bande. Une onde de surface est générée sur la gauche grâce à l'application d'une tension alternative à travers le pro... Wikipédia
Livres
- Phénomènes ondulatoires dans les milieux à dispersion, Kuzelev M.V.. Le livre présente systématiquement les principes fondamentaux de la physique phénomènes ondulatoires dans les milieux dispersifs, y compris les milieux dissipatifs et hors équilibre. Basé sur les concepts de fonction de dispersion et de dispersion...
Les tensioactifs peuvent exister près de la surface libre d'un solide ou près de l'interface entre deux différents corps. Il existe cinq types connus de tensioactifs.
Ondes de Rayleigh, théoriquement découvert par Rayleigh en 1885, peut exister dans un corps solide près de sa surface libre bordant le vide. La vitesse de phase de ces ondes est dirigée parallèlement à la surface et les particules du milieu oscillant à proximité ont à la fois des composantes transversales, perpendiculaires à la surface et longitudinales du vecteur de déplacement. Lors de leurs oscillations, ces particules décrivent des trajectoires elliptiques dans un plan perpendiculaire à la surface et passant par la direction de la vitesse de phase. Ce plan est appelé sagittal. Les amplitudes des vibrations longitudinales et transversales diminuent avec la distance de la surface au milieu selon des lois exponentielles avec différents coefficients d'atténuation. Cela conduit au fait que l'ellipse se déforme et que la polarisation loin de la surface peut devenir linéaire. La pénétration de l’onde de Rayleigh dans la profondeur du conduit sonore est de l’ordre de la longueur de l’onde de surface. Si une onde de Rayleigh est excitée dans un piézoélectrique, alors à la fois à l'intérieur et au-dessus de sa surface dans le vide, il y aura une onde de champ électrique lente provoquée par l'effet piézoélectrique direct.
Vagues de Stoneleigh(ou Stonley), du nom du scientifique qui les a découvertes en 1908, diffèrent des ondes de Rayleigh en ce sens qu'elles peuvent exister à proximité de l'interface de deux milieux solides en contact acoustique. Lorsqu'une onde de Stoneley se propage, les particules des deux milieux participent aux oscillations. En même temps, comme dans une onde de Rayleigh, ils effectuent un mouvement elliptique dans le plan sagittal. Les profondeurs de pénétration des ondes de Stoneley dans les milieux en contact sont de l’ordre de la longueur d’onde de surface.
Gulyaev - Ondes Bluestein(Blyukshtein) ont été découverts en 1968 en URSS par Yu.V. et indépendamment aux États-Unis par Bluestein. Ils en ont deux signes caractéristiques. Premièrement, ils n'existent que dans les cristaux piézoélectriques proches de la frontière libre et, deuxièmement, les particules du milieu subissent une expérience purement vibrations transversales dans une direction parallèle à la surface (polarisation "horizontale"). Les ondes de Gulyaev-Blustein pénètrent plus profondément dans le milieu oscillant que les ondes de Rayleigh et Stoneley. La profondeur de leur pénétration dans le volume d'un corps solide est de l'ordre de grandeur λ son ε / k 2
, où ε- permittivité, k
- coefficient de couplage électromécanique (voir ci-dessous). Grâce à l'effet piézoélectrique direct, l'onde de Gulyaev-Blustein est accompagnée d'une onde de champ électrique lente dans le vide au-dessus de la surface du piézoélectrique.
Vagues de Marfeld - Tournois, découvertes en 1971, diffèrent des ondes de Gulyaev-Blustein en ce sens qu'elles peuvent exister près de l'interface de deux piézoélectriques en contact. Ces tensioactifs sont également purement cisaillement et ont une polarisation « horizontale ».
Vagues d'amour (1926)étaler en une fine couche (environ λ son) une couche d'une substance déposée sur un substrat dans laquelle la vitesse du son est supérieure à celle de la couche. Ces ondes purement cisaillement sont polarisées « horizontalement » et pénètrent dans le substrat jusqu'à une profondeur de l'ordre de λ son. Ils ont une dispersion ; leur vitesse se situe entre les vitesses du son dans la couche et dans le substrat.
1.3. Ondes guidées et canalisées. Représentants guide d'ondes les modes acoustiques sont des ondes en plaques ou films minces, dont les deux surfaces sont libres et dont l'épaisseur est de l'ordre de la longueur onde élastique. Dans ce cas, la plaque remplit les fonctions d'un guide d'ondes plan et les ondes elles-mêmes sont essentiellement des ondes normales. Ces dernières ont été appelées ondes de Lamb du nom du scientifique qui les a découvertes en 1916. Le vecteur déplacement dans une onde de Lamb a des composantes longitudinales et transversales, la composante transversale étant normale aux surfaces du guide d'ondes.
D'autres représentants des modes de guide d'ondes sont les ondes acoustiques normales en fines tiges de profils variés (ronds, rectangulaires, etc.). Canalisé les ondes acoustiques sont les ondes qui peuvent se propager à la fois à travers des canaux le long de rainures et de saillies de divers profils (rectangulaires, triangulaires, semi-circulaires, etc.) réalisées sur la surface libre (pas nécessairement plane) d'un corps solide, ainsi que le long de l'angle spatial formé de deux faces de tuyaux sonores. Pour la pratique, ils sont intéressants car ils peuvent être utilisés dans des circuits intégrés acoustiques.
2. ÉQUATIONS DÉCRIVANT L'ÉLECTROMÉCANIQUE
PROCÉDÉS EN PIÉZOÉLECTRIQUE
Les ondes acoustiques de surface (SAW) sont largement utilisées dans le développement de filtres et de lignes à retard utilisés dans les appareils radio. DANS dernièrement Les tensioactifs sont également utilisés dans le développement de transducteurs de mesure.
Plusieurs types de tensioactifs sont connus ; les ondes de Rayleigh sont le plus souvent utilisées en pratique. Déplacement des particules solides lors de la propagation des ondes de Rayleigh dans la direction de l'axe X illustré sur la fig. 2-22, UN. Comme on peut le voir sur la Fig. 2-22, UN, les ondes se propagent près de la limite d'un corps solide et s'atténuent presque complètement à distance z de la surface, approximativement égale à la longueur d'onde l. L’une des principales raisons de l’intérêt croissant porté aux tensioactifs est précisément la concentration d’énergie dans couche mince, car grâce à cela, une seule exigence est imposée à la technologie de fabrication des éléments tensioactifs : un traitement minutieux de la surface de travail le long de laquelle l'onde acoustique se propage.
Pour exciter le tensioactif, des peignes d'électrodes dos à dos sont appliqués à la surface de l'élément piézoélectrique (Fig. 2-22, b), qui sont un convertisseur internumérique (IDC) ayant un pas je 0 = l. Lorsqu'une tension est connectée aux électrodes IDT, en dessous d'elles, en raison de l'effet piézoélectrique inverse, des déplacements de particules se produisent et un tensioactif apparaît, se propageant dans les deux sens. Si la longueur d'onde coïncide avec le pas IDT, alors en raison de la superposition d'oscillations apparaissant sous chaque paire d'électrodes, l'énergie SAW totale atteint un maximum ; si la longueur d'onde ne coïncide pas avec le pas IDT, l'énergie SAW diminue et dans un certain rapport entre l et je 0 vague en dehors de l’IDT peut être complètement éteinte.
Pour recevoir l'énergie du tensioactif, un deuxième IDT est utilisé, qui a également un pas égal à la longueur flots. En raison de l'effet piézoélectrique direct, des charges apparaissent sur les électrodes de l'IDT récepteur et une tension apparaît. La ligne à retard se compose d'un IDT d'entrée et de sortie. En première approximation, les deux IDT peuvent être considérés comme des électrodes locales situées à distance L, égale à la distance entre centres géométriques VShP. Le temps de retard t est égal au temps de passage de l'onde acoustique entre les IDT, soit
t = L/u,
où u = – vitesse de propagation du tensioactif ; E ij– constante d'élasticité ; r est la densité du matériau.
En quartz Oui-la vitesse de propagation du tensioactif est u= 3159 m/s ; ainsi, avec L= 10 mm, le temps de retard est d'environ 3 µs. La longueur d'onde l est déterminée par la vitesse de propagation u et la fréquence d'excitation des ondes et est l= u /f. Technologie moderne offre la possibilité de créer des IDT avec des étapes allant jusqu'à je 0 = 10 µm ; ainsi, les fréquences de fonctionnement des SAW peuvent aller jusqu'à 300 MHz.
La structure tensioactive peut être utilisée comme élément de réglage de fréquence d'un auto-oscillateur (Fig. 2-22, V); dans ce cas, comme il ressort de la condition d'équilibre des phases (déphasages en circuits électriques négligé), sur toute la longueur L un nombre entier de vagues doit s'adapter. La caractéristique phase-fréquence de la ligne à retard est définie comme j (w) = –wt. La valeur du facteur de qualité équivalent est déterminée par la formule :
et équivaut à Qéq = pw 0 t L/(2l).
Longueur L limité par la taille de la structure du tensioactif et l'atténuation de l'énergie du tensioactif et ne dépasse pas L= 500l ; ainsi, le facteur de qualité est égal à Qéq » 10 3 .
La modification du temps de retard de la structure du tensioactif sous l'influence de facteurs externes est utilisée dans les convertisseurs de mesure avec sortie de fréquence. Lorsque t change, le changement relatif de la fréquence du générateur est
Dw/w 0 =–Dt/t 0 .
Modification du temps de retard t = L/u déterminé par le changement de longueur L et la vitesse de phase u est égale à
Dt/t=D LIL-DE ij /(2Eij) + Dr/(2r).
Une modification du temps de retard peut se produire en raison de la déformation mécanique de la structure du tensioactif, sous l'influence de la température, lors du chargement de la surface avec des films minces (épaisseur du film h" < 0,1 l), при изменении зазора d между поверхностью распространения ПАВ и токопроводящим экраном (d < 1). En conséquence, les convertisseurs pour mesurer grandeurs mécaniques(Dt/t–jusqu'à 1 %), température (Dt/t–jusqu'à 1 %), micro-déplacements, pour le micropesage et l'étude des paramètres de couches minces (Dt/t–jusqu'à 10 %). Avec un système d'excitation sans contact, les transducteurs SAW peuvent également être utilisés pour mesurer le mouvement d'un objet qui provoque le mouvement de l'un des IDT et entraîne un changement. L.
