Ультразвуковой интерферометр

 

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР , содержащий измерительную камеру , включакядую излучатель и рефлектор , высокочастотный кварцевый генератор и соединенный с излучагелем высокоомный блок регистрации, отличающийся тем, что, с целью повышения: точности измерений, он снабжен включенным параллельно иэ лучателю компенсцруюдам резонаторе и конденсатором связи, потенциалышй электрод компенсируннцего резонатора через конденсатор связи соединен с резонатором кварцевого генератора, а емкостное сопротивление конденсатора связи на порядок превышает мс|дуль акустического импеданса интер-8 ферометра в рабочих максимумах кри (Л вой реакции. . , да сд со О1

(19) (11)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ БЛИН

M59 G 01 Н 5/00 // G 01 N 29/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3381266/18-28 (22 ) 11.01. 82 (46) 07.01.84. Бюл. Р 1 (72) А.С. Химунин (71) Всесоюзный научно-.исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт токов высокой частоты им. В.П. Вологдина (53) 534.6г 534.221(088.8), (56) 1. HJIryBac В., Кубилюнене О., Япертас А, Прецизионный интерферометр для измерения скорости ультразвука в жидкостях в диапазоне частот

3.-12 ИГц. — Акустический журнал, 1964, 10, Р 1, с. 54-59.:

2. Авторское свидетельство СССР

Р 119358, кл. 0 01 Н 5/00, 1956 (прототип). (54)(57) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР, содержащий измерительную камеру, включающую излучатель и рефлектор, высокочастотный кварцевый генератор и соединенный с излучателем высокоомный блок регистрации, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен включенным параллельно излучателю компенсирующим резонатором и конденсатором связи, потенциальный злектрод компенсирующего резонатора через конденсатор связи соединен с резонатором кварцевого генератора, а емкостное сопротивление конденсатора связи на порядок превышает модуль акустического импеданса интер-® ферометра. в рабочих максимумах кривой реакции.

1065695

Изобретение относится к технике акустических измерений и может быть испол ьз овано для преци зионных и змерений фазовой скорости и коэффициента затухания ультразвука в жидких средах.

Известен ультразвуковой интерферометр, содержащий измерительную камеру, включающую излучатель и рефлектор, и двухкаскадный усилитель постоянного тока.

Измерение скорости ультразвука осуществляется обычным способом по минимумам кривой реакции, а точность измерения достигает (на высоких частотах ) 0,01-0,02% (1g.

Недостатком интерферометра является то, что он дает искаженное воспроизведение кривой реакции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является ультразвуковой интерферометр, содержащий измерительную камеру, включающую излучатель и рефлектор, высокочастотный кварцевый генератор и соединенный с излучателем высокоомный блок регистрации (2 ).

Однако внутреннее выходное сопротивление генератора достаточно мало, так что происходит уменьшение амплитуды максимумов импеданса кри. вой реакции из-за. паразитного шунтирования входной цепи блока регистрации выходным сопротивлением генератора, что в свою очередь приводит к систематическим погрешностям определения скорости и коэффициента затухания ультразвука.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой интерферометр, содержащий измерительную камеру, включающую излучатель и рефлектор, высокочастотный кварцевый генератор и соединенный с излучателем высокоомный блок регистрации, снабжен включенным параллельно излу чателю компенсирующим резонатором и конденсатором связи, потенциальный электрод компенсирующего резонатора через конденсатор связи соединен с резонатором кварцевого генератора, а емкостное сопротивление конденсатора связи на порядок превышает модуль акустического импеданса интерферометра в рабочих максимумах кривой реакции. !

На фиг. 1 приведена принципиальная схема ультразвукового интерферометра; на фиг. 2 - характерные огибающие максимумов и минимумов модуля импеданса.

Ультразвуковой интерферометр содержит измерительную камеру 1 (фиг.1,:) заполняемую исследуемой жидкостью, и включающую излучатель 2 и рефлектор 3., включенный параллельно излучателю 2 высокоомный блок 4 регистрации, и компенсирующий резонатор 5, конденсатор 6 связи, кварцевый генератор 7, собранный по схеме ПирсаИиллера, потенциальный электрод компенсирующего резонатора 5 через конденсатор 6 связи соединен с резонатором 8 кварцевого генератора 7. I0 Для установки частоты генератора

7, близкой к частоте резонанса парал лельного контура, составленного из параллельных емкостей излучателя 2, резонатора 5 и его эквивалентных индуктивностей и емкостей, параллельно резонатору 8 включен конденсатор 9 переменной емкости, среднее значение которого равно сумме емкос- б тей излучателя и входной цепи блока регистрации °

Устранение шунтирующего влияния импеданса Z интерферометра достигает. ся выбором емкости конденсатора 6 связи из условия жС

10 Е!

Фах ев где I к I „- модуль импеданса интерферометра в рабочих максиму30 мах кривой реакции.

Увеличение емкости сверх оптимального значения приводит к заметному шунтированию, уменьшение же ее сопровожда- ется уменьшением напряжения на излуЗ5 чателе 2, т.е. приводит к сокращению динамического диапазона измерений.

; Интерферометр работает следующим образом.

При включении напряжения генера4О тора 7 возбуждается по частоте, весьма близкой к частоте параллельного резонатора эквивалентного контура., составленного из параллельно соединенных емкостей резонатора 8, конденсатора 9 и эквивалентных индуктив ности и емкости последовательной ветви резонатора 8. Высокочастотное напряжение с черезвычайно малым коэффициентом гармоник через конденсатор

6 связи поступает на излучатель 2.

Если суммарная емкость излучателя

2, резонатора 5 и входной емкости блока 4 равна. суммарной емкости резо натора 8, конденсатора 9 и входной емкости транзистора генератора 7, 5S то будут обеспечены условия устранения неконтролируемых вариаций резонансных частот обоих резонаторов.

При перемещении рефлектора 3 от60 носительно излучателя 2 амплитуда высокочастотного напряжения на йоследнем изменяется пропорционально акустическому импедансу камеры 1 (вследствие большой величины R ) 5 и измеряется блоком 4 регистрации.

1065695

ВНИИПИ Заказ 11030/41 Тираж 533 Подписное г

Филиал ППП "Патент.", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Динамический диапазон блока 4 регист рации определяется отношением макси- мальных и минимальных напряжений в рабочих экстремумах кривой реакции.

Характерные огибающие максимумов и минимумов кривой реакции приведены на фиг. 2. Четные кривые соответ- ствуют огибающим минимумов, нечетное - максимумов. Кривые 1 и .2 соответствуют дифракционной задаче, рассчитанной для отношения коэффициента с затухания к квадрату частоты о /f 100 -10- c /см, кривые

3 и 4 - для сЦf = 500 ° 10 " с /см.

Одномерному решению для такого затухания соответствуют кривые 5,6 и 7,8.15

Иэ этих зависимостей, в частности, следует то, что при базе Р 10 мм динамический диапазон достигает

70 дБ. В таких условиях требования к коэффициенту гармоник и шумовому с спектру генератора 7 становятся исключительно высоки. Эти требования в интерферометре удовлетворяются тем что высокочастотное напряжение снимается непосредственно с высокодобротного кварцевого резонатора 5 (фиг. 1), а крайне малая величина емкости конденсатора 6 связи не создает дополнительной нагрузки для генератора 7.

Использование ультразвукового интерферометра позволяет существенно повысить точность измерения скорости ультразвука и довести ее при обработке с учетом дифракционных поправок по методу наименьших квадратов до (1-2) ..10 Ъ.