ИССЛЕДОВАНИЕ ВИЗУАЛЬНОГО ПРОЯВЛЕНИЯ ОПТОАКУСТИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА В ПЛЕНКАХ НА ВОДЕ

Александр  Андреевич Мольков; Станислав  Александрович Ермаков; Ирина  Андреевна Сергиевская; Татьяна  Николаевна Лазарева; Георгий  Владимирович Лещёв

doi:10.37890/jwt.vi64.100

А.А. Мольков Институт прикладной физики Российской академии наук, Волжский государственный университет водного транспорта, г. Нижний Новгород, Россия https://orcid.org/0000-0002-8550-2418
С.А. Ермаков Институт прикладной физики Российской академии наук, Волжский государственный университет водного транспорта, г. Нижний Новгород, Россия
И.А. Сергиевская Институт прикладной физики Российской академии наук, Волжский государственный университет водного транспорта, г. Нижний Новгород, Россия
Т.Н. Лазарева Институт прикладной физики Российской академии наук, г. Нижний Новгород, Россия
Г.В. Лещев Институт прикладной физики Российской академии наук, г. Нижний Новгород, Россия

DOI: https://doi.org/10.37890/jwt.vi64.100

Аннотация

Недавно в рамках лабораторного эксперимента был впервые продемонстрирован эффект генерации в воздухе акустических импульсов звуковых частот ("треск"), при облучении пленки на поверхности воды непрерывным лазерным излучением с длиной волны 10,5 мкм, в то время как для чистой воды треск не регистрировался. Наличие пленки существенно меняло условия формирования областей локального нагрева в воде и, как результат, излучения акустических волн. Характеристики звука были предварительно исследованы в зависимости от температуры воды, толщины пленки и ее вещества, интенсивности излучения. Однако недостаточная повторяемость эффекта в ряде экспериментов стимулировала дополнительные исследования, наблюдаемого оптоакустического эффекта для получения наглядной информации о процессах, происходящих в зоне облучения с использованием видеосъемки. Результаты этого исследования на примере лабораторного и натурного эксперимента представлены в настоящей работе.

Ключевые слова: оптоакустика, оптоакустический эффект, пленки ПАВ, слики, макросъемка, скоростная съемка

Литература

Fingas M., Handbook of oil spill science and technology /Fingas M.-Wiley, 2015. -682 p.

https://doi.org/10.1002/9781118989982.ch10

Дистанционные методы определения толщин пленок нефти и нефтепродуктов на морской поверхности /А.А. Мольков, И.А. Капустин, А.В. Ермошкин, С.А. Ермаков// Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса- 2020. -Т. 17. -№3. -С. 9–27. DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-3-9-27

https://doi.org/10.21046/17dzzconf-2019a

Fingas M., The challenges of remotely measuring oil slick thickness / M. Fingas // Remote sensing – 2018. – Vol. 10. – Is. 2. – Pp. 319-337. https://doi.org/10.3390/rs10020319

https://doi.org/10.3390/rs10020319

Leifer I. State of the art satellite and airborne marine oil spill remote sensing: Application to the BP Deepwater Horizon oil spill / I. Leifer, W.J. Lehr, D. Simecek-Beatty, E. Bradley, R. Clark, P. Dennison, J. Wozencraft // Remote Sensing of Environment. – 2012. – Vol. 124. – Pp. 185–209. https://doi.org /10.1016/j.rse.2012.03.024

https://doi.org/10.1016/j.rse.2012.03.024

Kolokoussis P., Oil Spill Detection and Mapping Using Sentinel 2 Imagery/ Kolokoussis P., Karathanassi V.// J. Mar. Sci. Eng. -2018.-Vol 6(1) – Is 4.

https://doi.org/10.3390/jmse6010004

Thickness measurement and three-dimensional structure imaging of oil slick on water by optical coherence tomography / F. Yana, H. Ru, Z. Li, J. Shi, N. Luo, C. Xie, Y. Zhang, W. Zhang, X. He, Z. Chen // Optik. – 2019.-Vol. 180, Pp. 1036-1042.

https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2018.11.147

Study on the hyperspectral polarized reflection characteristics of oil slicks on sea surfaces / Z.Sun, Y. Zhao, G. Yan, S. Li //Chinese Science Bulletin. – 2011. – Vol. 56. – №. 15. – Pp. 1596-1602.

https://doi.org/10.1007/s11434-010-4112-5

Remote Sensing of Organic Films on the Water Surface Using Dual Co-Polarized Ship-Based X-/C-/S-Band Radar and TerraSAR-X / S.A. Ermakov, I.A. Sergievskaya, J. C.B. Da Silva, I.A. Kapustin, O.V. Shomina, A.V. Kupaev, A.A. Molkov // Remote Sens. – 2018 - Vol 10-Is 7, Pp. 1097; https://doi.org / 10.3390/rs10071097

https://doi.org/10.3390/rs10071097

Wang L., Grueneisen Relaxation Photoacoustic Microscopy / L. Wang, C. Zhang, L.V Wang // Phys. Rev. Lett.- 2014. -Vol.113.- Pp.1–5.

https://doi.org/10.1103/physrevlett.113.174301

Биомедицинский оптико-акустический томограф на основе цилиндрической фокусирующей антенны из поливинилиденфлюорида / П.В Субочев., А.С. Постникова, А.В. Ковальчук, И.В. Турчин // Изв. вузов. Радиофизика. -2017. -Т. 60.- № 3. -С. 260–267

Ахманов С.А., Параметрический лазерный излучатель ультразвука. / С.А. Ахманов, О.В. Руденко //Письма в «Журнал технической физики». -1975. -Т. 1. -№ 15. -С. 725–728.

Есипов И.Б. Излучение звука движущим со сверхзвуковой скоростью тепловым источником / И.Б. Есипов // Научная сессия Объединенного научного совета АН СССР по комплексной проблеме «Физическая и техническая акустика» Акуст. журн.- 1977. Т. 23.- Вып. 1 – С. 155.

https://doi.org/10.1134/s0320791919060030

Егерев С.В., Есипов И.Б., Лямшев Л.М., Наугольных К.А. Генерация звука длинными лазерными импульсами. Акуст. журн. 1979. Т.25. Вып. 2. С. 220–226.

Генерация мощных звуковых импульсов при лазерном нагреве поверхности. Вычислительные методы и прораммирование,/ А.А. Карабутов, Е.А. Лапшин, Г.П. Панасенко, О.В. Руденко // Изд. МГУ Москва. -1979. -Т. 31. -С. 174–183.

Brown C.E. The LURSOT sensor: providing absolute measurement of oil slick thickness / C.E. Brown, M.F. Fingas, R.H. Goodman, M. Choquet, A. Blouin, D. Drolet, J.-P. Monchalin, C.D. Hardwick // In: Proceedings of the Fourth Conference on Remote Sensing for Marine and Coastal Environments, Environmental Research Institute of Michigan, Ann Arbor, MI, USA. -1997- Vol. 1.- Pp.-393–397.

Li Y. Experimental Study on Thickness Measuring Method of Oil-on-Water Using Laser-Ultrasonic Technique/ Y. Li, X. Qi, H. Wang // Nami Jishu yu Jingmi Gongcheng/Nanotechnol. Precis. Eng. – 2017. – Vol. 15. – P. 159–167.

Underwater optocoustic detection and characterization of oil films: laboratory study. / P. Subochev, R. Belyaev, M.Prudnikov, V. Vorobyev, I. Turchin, A.Bugrov, A. Pyanova, A. Ermoshkin, I. Kapustin, A. Molkov // Books of abstracts. The 20th Internaional on Photoacoustic and photothermal phenimena: Russia, Moscow, 7-12 July 2019. – 2019. – BP 026. – P. 279.

An effect of sound generation due to surfactant films on the water surface illuminated by intensive IR radiation / A.A. Molkov, I.A. Kapustin, S.A. Ermakov, T.N. Lazareva, G.V. Leshchev, I.A. Sergievskaya // Remote Sensing of the Ocean, Sea Ice, Coastal Waters, and Large Water Regions 2019, -111501K- (14 October 2019)- Vol. 11150; https://doi org: 10.1117/12.2533156

https://doi.org/10.1117/12.2533156

Эффект генерации звука мощным излучением ИК-диапазона при облучении воды, покрытой пленкой поверхностно-активного вещества / А.А.Мольков, И.А. Капустин, С.А. Ермаков, Т.Н. Лазарева, Г.В. Лещев, И.А. Сергиевская// Тезисы конференции: «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». -2019 г-. С. 307.

https://doi.org/10.21046/17dzzconf-2019a

Ильиных А.Ю., Гидродинамика контакта падающей капли со свободной поверхностью жидкости/ А.Ю. Ильиных, Ю.Д. Чашечкин // Известия Российской Академии наук. Механика жидкости и газа -2016. -№2. -С. 3–12.

https://doi.org/10.7868/s0568528116020092

Данные авторов

Александр Андреевич Мольков , Институт прикладной физики Российской академии наук, Волжский государственный университет водного транспорта, г. Нижний Новгород, Россия

к.ф.-м.н., научный сотрудник отдела радиофизических методов в гидрофизике, Институт прикладной физики Российской академии наук (ФГБНУ "ИПФ РАН"), 603950, г. Нижний Новгород, БОКС -120, ул. Ульянова, 46, старший научный сотрудник кафедры гидродинамики, теории корабля и экологической безопасности, Волжский государственный университет водного транспорта (ФГБОУ ВО "ВГУВТ"), 603951, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5, e-mail: a.molkov@inbox.ru

Станислав Александрович Ермаков , Институт прикладной физики Российской академии наук, Волжский государственный университет водного транспорта, г. Нижний Новгород, Россия

д.ф.-м.н., зав. отделом радиофизических методов в гидрофизике, Институт прикладной физики Российской академии наук (ФГБНУ "ИПФ РАН"), 603950, г. Нижний Новгород, БОКС- 120, ул. Ульянова, 46,Зав. кафедрой гидродинамики, теории корабля и экологической безопасности, Волжский государственный университет водного транспорта (ФГБОУ ВО "ВГУВТ"), 603951, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5, e-mail: stas.ermakov8@gmail.com

Ирина Андреевна Сергиевская , Институт прикладной физики Российской академии наук, Волжский государственный университет водного транспорта, г. Нижний Новгород, Россия

к.ф.-м.н., зав. лабораторией оптических методов, Институт прикладной физики Российской академии наук (ФГБНУ "ИПФ РАН"), 603950, г. Нижний Новгород, БОКС -120, ул. Ульянова, 46, старший научный сотрудник кафедры гидродинамики, теории корабля и экологической безопасности, Волжский государственный университет водного транспорта (ФГБОУ ВО "ВГУВТ"), 603951, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5, e-mail: onw2009@mail.ru

Татьяна Николаевна Лазарева , Институт прикладной физики Российской академии наук, г. Нижний Новгород, Россия

ведущий программист отдела радиофизических методов в гидрофизике, Институт прикладной физики Российской академии наук (ФГБНУ "ИПФ РАН"), 603950, г. Нижний Новгород, БОКС-120, ул. Ульянова, 46, e-mail: lazareva@ipfran.ru

Георгий Владимирович Лещёв , Институт прикладной физики Российской академии наук, г. Нижний Новгород, Россия

инженер отдела радиофизических методов в гидрофизике, Институт прикладной физики Российской академии наук (ФГБНУ "ИПФ РАН"), 603950, г. Нижний Новгород, БОКС 120, ул. Ульянова, 46, e-mail: georgeleshev@gmail.com