Способ измерения параметров затухания ультразвука

 

Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и является усовершенствованием изобретения по авт. св. N 1295320. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет расширения частотного диапазона. Способ измерения частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн заключается в следующем. В исследуемый образец излучают ультразвуковые импульсы с помощью резонансного преобразователя, изменяют периодически частоту заполнения в пределах каждого импульса в диапазоне частот, включающем основную резонансную частоту преобразователя и ее нечетные гармоники, и принимают отраженные эхо-импульсы, по параметрам которых определяют коэффициент затухания ультразвуковых волн на резонансных частотах ультразвукового преобразователя. По значениям коэффициента затухания на соответствующих резонансных частотах преобразователя определяют частотную зависимость коэффициента затухания ультразвуковых волн в исследуемом образце. Периодическое изменение частоты заполнения в пределах каждого импульса осуществляют в полосе пропускания ультразвукового преобразователя на каждой его резонансной частоте по линейному закону, а между полосами пропускания ультразвукового преобразователя на различных его резонансных частотах - скачками от верхней граничной частоты полосы пропускания ультразвукового преобразователя на каждой его предыдущей резонансной частоте до нижней граничной частоты полосы пропускания ультразвукового преобразователя на его последующей резонансной частоте. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 N 29/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1295320 (21) 4651383/28 (22) 15.02.89 (46) 07.08,91. Áþë. М 29 (71) Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д.Калмыкова и Ленинградский государственный университет (72) M.È.Ñëàñòåí, В.А.Третьяков, А,И.Недбай и B.8.Èãíàòþê (53) 620,179.16 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N1295320,,кл. G 01 N 29/00, 1985, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ЗАТУХАНИЯ УЛЬТРАЗВУКА (57) Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и яавляется.усовершенст вованием иэобр.етения по авт.св . М 1295320. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет расширения частотного диапазона.

Способ измерения. частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн заключается в следующем. В иссследуемый образец излучают ультразвуковые импульсы с помощью резонансного преобразователя, изменяют периодически частоИзобретение относится к ультразвуковым измерениям и является усовершенствованием изобретения по авт.св. N. 1295320.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет расширения частотного диапазона, На фиг. 1 представлена зависимость, по которой осуществляется изменение частоты заполнения в пределах каждого импульса, возбуждающего ультразвуковой резонансÄÄ5U ÄÄ 1668937 А2 ту заполнения в пределах каждого импульса в диапазоне частот, включающем основную резонансную частоту преобразователя и ее нечетные гармоники, и принимают отраженные зхо-импульсы, по параметрам которых определяют коэффициент затухания ультразвуковых волн на резонансных частотах ультразвукового преобразователя, По значениям коэффициента затухания на соответствующих резонансных частотах преобразователя определяют частотную зависимость коэффициента затухания ультразвуковых волн в исследуемом образце.Периодическое изменение частоты заполнения в пределах каждого импульса осуществляют в полосе пропускания ультразвукового преобразователя на каждой его резонансной частоте по линейному закону, а между полосами пропускания ультразвукового преобразователя на различных его резонансных частотах — скачками от верхней граничной частоты полосы пропускания ультразвукового преобразователя на каждой его предыдущей резонансной частоте до нижней граничной частоты полосы пропускания ультразвукового преобразователя íà его последующей резонансной частоты, 2 ил. ный преобразователь; на фиг. 2 — структурная схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит резонансный ультразвуковой преобразователь 1, генератор

2 импульсов, усилитель 3, амплитудный детектор 4, логарифмический усилитель 5, линию 6 задержки, дифференциальный усилитель 7, формирователь 8 огибающей, двухканальный осциллограф 9, генератор

10 импульсов сравнения, синхронизатор 11, 1668!О7

10 программный формирователь 12 импульсов, частотный модулятор 13, причем резонансный ультразвуковой преобразователь 1 соединен с выходом генератора 2 импульсов и входом усилителя 3, выход усилителя

3 подключен к входу амплитудного детектора 4, выход которого соединен с входом логарифмического усилителя 5, а выход логарифмического усилителя 5 подключен к входу линии 6 задержки и первому входу дифференциального усилителя 7, выход линии 6 задержки соединен с вторым входом дифференциального усилителя 7, выход которого подключен к входу формирователя 8 огибающей, выход формирователя 8 огибающей соединен с входом первого канала Ч двухканального осциллографа 9, а к входу второ о канала Vдвухканаль,ного осциллографа 9 подключен выход генератора

10 импульсов сравнения, вход которого соединен с первым выходом синхронизатора

11, второй, третий и четвертый выходы синхронизатора 11 соответственно соединены с третьим входом (входом Х) двухканального осциллографа 9, первым входом генератора 2 импульсов и входом программного формирователя 12 импульсов, выход которого подключен к входу частотного модулятора 13, соединенного своим выходом с вторым входом генератора 2 импульсов, резонансный ультразвуковой преобразователь

1 имеет акустический контакт с исследуемым образцом 14.

В исследуемый образец 14 излучают ультразвуковые импульсы с помощью резо-! нансного ультразвукового преобразователя 1. Возбуждение резонансного ультразвукового преобразователя 1 осуществляется периодически повторяющимся электрическим радиоимпульсом, вырабатываемым генератором 2 импульсов, В пределах каждого импульса, вырабатываемого генератором 2 импульсов, частоту заполнения периодичесви изменяют в диапазоне частот, включающем основную резонансную частоту резонансного ультразвукового преобразователя 1 и ее нечетные гармоники, Периодическое изменение частоты заполнения в пределах каждого импульса . осуществляк;т в полосе пропускания резонансного ультразвукового преобразователя

1 на каждой его резонансной частоте по линейному закону, а между полосами пропускания резонансного ультразвукового преобразователя 1 на различных его резонансных частотах — скачками от верхней граничной частоты полосы пропускания резонансного ультразвукового преобразователя 1 на каждой его предыдущей резо15

55 нансной частоте до нижней граничной частоты полосы пропускания резонансного ультразвукового преобразователя 1 на его последующей резонансной частоте, Длительность каждого импульса олимп (фиг.1), вырабатываемого генератором 2 импульсов, не должна превышать удвоенное время прохождения ультразвуковой волны через исследуемый образец 14, В пределах т м, в зависимости от времени t частота заполнения изменяется следующим образом: от нуля до t = 3fp). В течение времени от t) до tzf изменяется также по линейному закону со скоростью \/д,л в полосе пропускания резонансного ультразвукового преобразователя 1 на его третьей нечетной гармонике 1з = 3fo от 4 до 4s и т.д, В пределах каждого импульса, вырабатываемого генератором 2 импульсов, частота заполнения f периодически изменяется в диапазоне частот Fi-Ð, включающем основную резонансную частоту резонансного ультразвукового преобразователя 1 и N ее нечетных гармоник. Изменение частоты заполнения электрических импульсов, вырабатываемых генератором 2 импульсов для возбуждения резонансного ультразвукового преобразователя в необходимом диапазоне частот по указанному закону, осуществляется частотным модулятором 13 при подаче на него соответствующего линейно-ступенчатого модулирующего напряжения с программного формирователя 12 импульсов.

При возбуждении резонансного ультразвукового преобразователя 1 импульсов, в котором частота заполнения изменяется по зависимости, представленной на фиг, 1, резонансный ультразвуковой преобразователь 1 излучает в исследуемый образец

14 составной импульс ультразвуковых колебаний. Этот импульс состоит из N подым пульсов, в каждом из которых частота изменяется во времени по линейному закону в полосе частот на соответствующей

10

55 резонансной частоте резонансного ультразвукового преобразователя 1. Составной импульс ультразвуковых колебаний распространяется в исследуемом образце 14, м н о го крат но отражаясь от его плоскопа раллельных противоположных граней, Отраженные от противоположной резонансному ультразвуковому преобразователю 1 грани исследуемого образца 14 эхо-импульсы принимаются резонансным ультразвуковым преобразователем 1, который после излучения импульса ультразвуковых колебаний работает в режиме приема.

По параметрам принятых отраженных эхо-импульсов определяют коэффициет затухания ультразвуковых волн на резонансных частотах резонансного ультразвукового преобразователя 1 следующим образом. Принятые составные эхо-импульсы усиливаются в усилителе 3 до необходимой величины, с помощью амплитудного детектора 4 выделяются огибающие принятых усиленных эхо-импульсов и в логарифмирующем усилителе 5 огибающие принятых составных эхо-импульсов логарифмируются. Затем необходимо определить разность логарифмов амплитуд двух каких-либо эхо-импульсов из принятой серии отражений.

Например, если определять коэффициент затухания ультразвуковых волн на резонансных частотах резонансного ультразвукового преобразователя 1 по первому и второму эхо-импульсам (прошедшим через исследуемый образец 14 два и четыре раза соответственно), так как первый и второй составные эхо-импульсы сдвинуты во времени один относительно другого, то для их совмещения осуществляется задержка серии прологарифмированных огибающих принятых составных эхо-импульсов на соответствующее время (в данном случае на удвоенное время прохождения ультразвуковой волны через исследуемый образец 14) с помощью линии 6 задержки, а коэффициент затухания можно определить, вычитая изпрологарифмированной огибающей первого составного эхо-импульса задержанной серии отражений прологарифмированную огибающую второго составного эхо-импульса исходной незадержанной серии отражений.

Вычитание этих эхо-импульсов осуществляется в дифференциальном усилителе 7.

Максимальное значение огибающей каждого подымпульса составного разностного сигнала на выходе дифференциального усилителя 7 характеризует величину коэффициента затухания ультразвуковых волн на соответствующей резонансной частоте резонансного ультразвукового преобразователя 1. По значениям коэффициента затухания на соответствующих резонансных частотах резонансного ультразвукового преобразователя 1 определяют частотную зависимость коэффициента затухания ультразвуковых волн в исследуемом образце 14, Характеристикой частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн в исследуемом образце 14 является кривая, соединяющая максимумы огибающей каждого подымпульса в разностном составном сигнале, которая вырабатывается в формирователе 8 огибающей и которую можно визуально наблюдать на экране двухканального осциллографа 9.На вход второго канала двухканального осциллографа 9 подается калиброванный импульс сравнения с генератора 10 импульсов сравнения для отсчета коэффициента затухания ультразвука. Синхронизатор 11 обеспечивает согласованный между собой запуск генератора 2 импульсов, генератора развертки двухканального осциллографа 9, генератора 10 импульсов сравнения и программного формирователя

12 импульсов. Программный формирователь 12 импульсов вырабатывает линейноступенчатое модулирующее напряжение по заданной программе в соответствии с конкретными условиями измерения частотной зависимости в исследуемом образце 14— необходимой точности измерения частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн и дипазона частот, исходя .из длины исследуемого образца 14, скорости распространения ультразвуковой волны в нем и параметров (основной резонансной частоты и ширины полосы пропускания) выбранного для измерений резонансного ультразвукового преобразователя 1.

Л инейно-ступенчатое модули рующее напряжение подается на частотный модулятор 13, с помощью которого периодически изменяют частоту заполнения в пределах каждого импульса, возбуждающего резонансный ультразвуковой преобразователь

1, в необходимом диапазоне частот по заданной программе. Частотный модулятор

13 при подаче на него модулирующего напряжения с программного формирователя

12 импульсов непосредственно изменяет частоту генератора 2 импульсов.

Формула изобретения

Способ измерения параметров затухания ультразвука по авт,св. ¹ 1295320, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет расширения частотного диапазона, периодическое

1668937 пропускания резонансной частоты и нечетных гармоник по линейному закону. изменение частоты заполнения в пределах каждого импульса осуществляют в полосах г-1 с

О % 4 3 4 $ ими

Фиа f.

Редактор И. Шулла

Корректор T. Палий

Техред M.Ìîðãåíòàë

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2653 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 ,i