Ультразвуковое устройство для измерения акустических параметров вещества

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик (} }) 1О00899

Ф а (6} ) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 23,10.81 (2} ) 3349572/18-28 с присоединением заявки №вЂ”

5 01 г} 29/00

g QO1 Й 9/24

// GO1 Н 5/00

Гесудврственньм какнтет (23) ПриоритетОпубликовано 28 0 83 Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 28.02.83 йа Аелам нзабретвннй н открытий (53) УДК 534.6;534.22.221 (088. 8) В. А. Сукацкас и Э. В. Станкявичюс (72) Авторы изобретения с;

Каунасский политехнический институт; им, Айтанаса

Снечкус а (7! ) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВ УКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

АКУСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ, ВЕШЕСТВА

Изобретение относится к акустическим измерениям и може быть использовано для одновременного измерения скорости распространения ультразвука в веществе, его плотности и акустического (волнового) сопротивления при исслед ванин свойств и контроле качества материала в различных областях народного хозяйства.

Известно ультразвуковое устройство для измерения плотности вещества, содержащее генератор, подключенный к его выходу пьезопреобразователь, рабочую и компенсационную ультразвуковые камеры, расположенные с противоположных сторон пьезопреобразователя, с отраждаюшими экранами, устанавливаемыми на разных расстояниях or пьезопреобразователя, установленный в компенсационной камере между поьезопреобразователем и отражающим экраном модулируюший диск-обтюратор, приводимый во вращение синхронным двигателем, и блок

2 сравнения интенсивностей сигналов, принимаемых пьезопреобразователями.

Плотность вещества определяют сравнивая амплитуды ультразвуковых волн, прошедших соответственно через иссле5 дуемое вешество и среду с известными характеристиками Г 1)

Однако амплитуда ультразвука зависит не только от плотности, но и от других акустических параметров среды, 10 например коэффициента поглошения, поэтому однозначнпе определение плотности возможно только для определенного класса вешества, для которого известна зависимость амплитуды от плотности, что !

5 сужает область применения устройства и является источником погрешностей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому- результату к изоб20 ретению является ультразвуковое устройство для измерения акустических парамет ров aeutec a, содержащее электроакустически замкнутый тракт, состоящий из высокочастотного генераФерв перестраи1000899 ваемой частоты, излучающего и принимающего преобразователей, связанных с измерительной камерой, заполняемой исследуемым веществом, усилителя,формирователя и блока управления, изменяющего по определенному закону частоту генератора, преобразователь время — код, содержащий генератор стабильной частоты, входом подключенный к блоку управления, и с летчик, входом Счет" подклю- 10 ченный к генератору через коммутатор, в входом Сброс" — к блоку управления, и блок индикации, вход которого соединен с выходом счетчика.

Устройство содержит также второй 15 формирователь, подключенный входом к выходу усилителя-детектора, подключенного к принимающему преобразователю, выход которого соединен с блоком управления и первым входом триггера, выход 20 . которого соединен с управляющим входом коммутатора, а второй вход через второй триггер подключен к выходу первого формирователя $ 21

I 25

Недостатком устройства является сравнительно большая систематическая погрешность (до 3,5 Ь) и необходимость при этом введения поправки, связанной с изменением акустических параметров при замене исследуемого вещества. Кроме того, устройство позволяет измерять единственный параметр — плотность вещества.

Цель изобретения — обеспечение одновременного измерения скорости распространения ультразвука в веществе, его плотности и акустического сопротивления.

Поставленная цель достигается тем, 40 что ультразвуковое устройство для измерения акустических параметров вещества, содержащее электроакустически замкнутый тракт, состоящий из высокочастотного генерв тора перестраиваемой частоты, излучающего и принимающего преоб45 разоввтелей, связанных с измерительной камерой, .- заполняемой исследуемым веществом, усилителя, формирователя и блока управления, изменяющего по определенному закону чвстоту генератора, преобразователь время — код, содержащий гейервтор стабильной частоты, входом подключенный к блоку управления, и счетчик, входом Счет подключенный к генератору через коммутатор, а входом "Сброс к йтоку управления, и блок индикации, вход которого соединен с выходом счетчика, снабжено вторым коммутатором, вхопом соединенным с выходом усилитс— ля, подключенными к выходам второго коммутатора двумя пиковыми детекторами, подключенным к их выходам дифференциальными входами преобразователем напряжение — код, управляющий вход кото— рого соединен с выходом блока управления, в преобразователе время — код— включенными между первым выходом коммутатора и входом счетчика делителем частоты и схемой И1(И, второй вход которой подключен к второму выходу коммутатора непосредственно, в блоке индикации — вычислителем, гремя разделительными входами подключенным к выходам счетчика, блока управления и преобразо— вателя налряжение — код, а выходом — к индикатору, а формирователь выполнен с фиксированным порогом срабатывания и подключен выходом к управляющим Входам обоих коммутаторов.

На фиг. 1 дана функциональная схема устройства; нв фиг. 2 — зпюры налряжений, поясняющие принцип его работы, Устройство содержит электроакустически замкнутый тракт, состоящий из высокочастотногo генератора 1, излучающего 2 и принимающего 3 преобразова— телей, связанных с измерительной камерой 4, заполняемой исследуемым веществом, усилителя 5, формирователя 6 и блока 7 управления, изменяющего по on— ределенному закону частоту генератора

1, преобразователь время — код (нв фиг.1 обведен пунктиром), содержащий генератор 8 =твбильной частоты, подключенный входом к нему первый коммутатор

9, первый выход которого через делитель 10 соединен со схемой ИЛИ 11, второй вход которой подключен. к второму выходу первого коммутатора 9 непосредственно, и счетчик 12, входом

"Счет" подключенный к выходу схемы

ИЛИ 11, входом "Сброс" — к блоку 7 управления, второй KOMMyrarop 13, входом соединенный с выходом усилителя

5, подключенные к выходам второго коммутатора 13 двв пиковых детектора 14 и 15, подключенный к их выходвм дифференциальными входами преобразователь

16 напряжение — код, управляющий вход которого соединен с выходом блока 7 управления, вычислитель 17, 1тремя разделительными входами подключенный к Ьт выходам счетчика 12, блока 7 управления и преобразователя 16 напряжение— код,а выходом — к индикатору 18, в формирователь 6 выполнен с фиксироввн1000 йМ ным порогом срабатывания и подключен выходом к управляющим входам обоих коммутаторов 9 и 1 3.

Устройство работает следующим образом.

Частота генератора 1 изменяется под воздействием сигнала с блока 7 управления по линейному закону., В исследуемом веществе возникает акустический резонанс каждый раз, когда на длине камеры 4 укладывается целое число полуволн. В момент резонанса возрастает выходное напряжение принимаюшего преобразователя 3, образуя резонансный пик, амплитуда которого растет по мере увеличения частоты генератора 1 и приближения ее к резонансной частоте принимакпцего преобразователя 3 (фиг. 2, tL). Формирователь 6, выполненный в виде порогового элемента с фиксФторным порогом (3, формирует из усиленного усилителем 5 сигнала принимаю- щего. преобразователя 3 импульсы (фиг. 2$), воздействующие на блок 7 управления и коммутаторы 9 и 13, Передний фронт импульсов совпадает с Моментом времени, когда выходное напряжение усилителя 5 превышает порог срабатывания Ц формирователя 6, а задний фронт — с моментом уменьшения резонансного пика до указанного порога срабатывания U. Под воздействием car нала 7 управления (фиг. 2д) частота геI нератора 1 изменяется в интервале между двумя акустическими резонансами 35 плюс интервалы, равные полуширине резонансных пиков. Вся перестройка занимает врел я Т», равное

Т„=Т+Т„+ТТ где T — время перестройки между акустическими резонансами; Т1- время перестройки по ширине первого резо:нансного пика; Т2 — время перестройки по ширине второго резонансного пика.

Импульсы с формирователя 6 воздействуют на коммутатор 9 твк, что в течение действия импульса он переключает ся в верхнее положение, тем самым цодсоединяя делитель 10 к .выходу генератора 8, и счетчик 12 через схему ИЛИ

11 регистрррфт импульсы с частотой, в два раза меньшей частоты сгабильного генератора 8. В противном случае. коммутатор 9 перебрасывается в нижнее

55 положение, и импульсы с выхода генератора 8 через схему ИЛИ 11 непосредственно поступают на вход счетчика 12.

Такил образом, преобразователь время — код вырабатывает определенное количество импульсов, соответствующее времени 1 перестройки частоты генератора

1 между экстремумами двух резонансных пиков, r. е. пропорциональное величине д . Учитывая, что скорость ультразвука (;= АНДИ, где Я вЂ” расстояние между преобразователяМи 2 и 3, получаем

Одновременно, при воздействии импульсов формирователя 6, перключакнцих коммутатор 13, на выходах пиковых детекторов 14 и 15 устанавливается напряжение, соответствующее амплитудам первого и второго резонансных пиков (Ц и

Q> нв фиг. 2,cL). Выходные напряжения ц, и () поступают на дифференциальные входы преобразователя 1 6 напряжение— код, который вырабатывает при этом чис-. ло импульсов Й,. пропорциональное разности 0= О -0 ° Эта разность в общем случае зависит от плотности среды Р и скорости С распространения ультразвука в ней, т. е. нв вычислитель 17 поступает код Й, несущий информацию о плот ности среды, и код, связанный со временем 1, несущий информацию о. скорости ультразвука в среде. Вычислитель 17 в зависимости or режима вычисляет и выдает нв индикатор 18 один или все следующие параметры: скорость с ультразвука, плотность > и удельное акустическое .сопрогивление р С среды.

Блок 7 управления управляет режимом работы устройства. Во первых, он запускает генератор 8 только в определенные промежутки времени (в рассматриваемом случае — когда частота генератора 1 увеличивается, фиг. 2,q). В это врелм происходит преобразование в код времени 4. Во время убывания частоты генерагора 1 включается преобразователь напряжение — код, измеряющий разность напряжений ЬО, преобразуемую в код )4.

Таким образом, использование предлвгемого устройства позволяет одновре менно автоматически измерять три параметра ветцества — скорость ультрвзвука1 плотносгь и акустическое сопро|тивление, что сокрашет объем аппаратуры, время измерений и повышает достоверность получаемых результатов.

Формула изо бре гения

Ультразвуковое устройство для измерения акустических параметров вещее в

1000899

1О

Г ! !

L ва, содержащее электроакустически замкнутый тракт, состоящий из высокочастотного генератора перестраиваемой частоты, излучающего и принимающего преобразователей, связанных с измери- S тельной камерой, заполняемой исследуемым веществом, усилителя, формирователя и блока управления, изменяющего по определенному закону частоту генератора, преобразователь время — код, содержащий генератор:стабильной частоты, входом подключенный к блоку управления, и счетчик, входом "Счет" подключенный к генератору через коммутатор, а входом " Сброс" — к блоку управления, и блок индикации, вход которого соединен с выходом счетчика, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения одновременного измерения скорости ультразвука, плотности и акустического сопротивлени с вещества, оно снабжено вторым коммутатором, входом соединенным с выходом усилителя, подключенными к выходам второго коммутатора двумя пиковыми детекторами, подключенным к их выходам дифференциаль— ными входами преобразователем напряжение — код, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления, s преобразователе время — код — включенными между первым выходом коммутатора и входом счетчика делителем час— тоты и схемой ИЛИ, второй вход которой подключен к второму выходу коммутатора непосредственно. в блоке индикации — вычислителем, тремя разделительными входами подключенным к выходам счетчика, блока управления и преобразователя напряжение — код, а выходом— к индикатору, а формирователь выполнен с фиксированным порогом срабатывания и подключен выходом к управляющим входам обоих коммутаторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство ..ССР № 236843, кл. 501 N 9/24, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 748240, кл. 601N 29/00, 1978 (прототип) .

1000899 фиг 2

Составитель В. Гордиенко

Редактор С. Пекарь Техред К,Мьшьо Корректор Н. Король

Заказ 1370/46

Тираж 877 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьгтий

113035, Москва, Ж-35, Раушская нвб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектнвя, .1