Акустический датчик для контроля концентрации газов

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю. Цель изобретения - повышение надежности контроля за счет увеличения чувствительности. Сигнал с усилителя проходит по иепи обратной связи, образованной резонатором на поверхностных акустических волнах, состоящим из двух акустических отражателей и двух втречно-штыревых преобразователей. В результате на резонансной частоте возникает генерация. Поскольку элементы отражателей и электроды преобразователей или поверхность звукопровода между ними выполнены из поглощающего контролируемый газ материала, при поглощении этого газа изменяются условия распространения поверхностной акустической волны в резонаторе , что приводит к сдвигу частоты генерации , который измеряют частотомером По величине этого сдвига определяют концентрацию контролируемого газа. Кроме того, расстояние между каждым преобразователем и ближайшим к нему отражателем выбрано равным половине периода решетки отражателей, а расстояние между преобразователями выбрано равным этому периоду, что позволяет миниминизировать фазовую задержку волны в резонаторе и повысить «увстзительность датчика 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ss)s G 01 N 29/02, 29/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕ ЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ / е (21) 4 746875/28; 4746875/28 (22) 04,08,89 (46) 30.09,91,Бюль 36 (71) Государственный проектный институт по проектированию систем автоматического пожаротушения, пожарной и охранной сигнализации "Спецавтоматика" и Институт физической химии им.Л,В.Писаржевского (72) Я,Е.Мельцер, Л.И.Бударин, M.Ë.Êàçàêåвич и В.Н.Покатаев (53) 620.179.16(088.8) (56) IEEE Ultrason, Symp. ProcÄ 1982, р.308311.

Там же, 1984, р, 207-212. (54) АКУСТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДЛЯ КОНТРОЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗОВ (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю, Цель изобретения — повы шение надежности контроля за счет увеличения чувствительности, Сигнал с усилителя проходит по цепи обратной связи, образованной резонатором на поверхностных акустических волнах, состоящим из

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при ультразвуковом контроле.

Целью изобретения является повышение надежности контроля за счет увеличения чувствительности, На фиг.1 и 2 показаны акустические датчики для контроля концентрации газов.

Акустический датчик для контроля концентрации газов содержит звукопровод 1, размещенные на его поверхности в одном акустическом канале два акустических отражателя 2 и 3, выполненных в виде периодических решеток из отражающих элементов, . Ы,„, 1681229 А1 двух акустических отражателей и двух втречно-штыревых преобразователей. В результате на резонансной частоте возникает генерация. Поскольку элементы отражателей и электроды преобразователей или поверхность звукопровода между ними выполнены из поглощающего контролируемый газ материала, при поглощении этого газа изменяются условия распространения поверхностной акустической волны в резонаторе, что приводит к сдвигу частоты генерации, который измеряют частотомером. По величине этого сдвига определяют концентрацию контролируемого газа. Кроме того, расстояние между каждым преобразователем и ближайшим к нему отражателем выбрано равным половине периода решетки отражателей, а расстояние между преобразователями выбрано равным этому периоду, что позволяет миниминизировать фазовую задержку волны в резонаторе и повысить чувствительность датчика. 2 з.р..ô-лы, 2 ил. с индексами от 1 до и, расположенные между ними входной и выходно-:. встречно-штыревые преобразователи 4 и -;, включенный между преобразователями 4 и 5. усилитель

6, блок 7 питания усилителя и частотомер 8.

Отражающие элементы отражателей 2 и 3 и электроды преобразователей 4 и 5 (см фиг.1) или поверхность звукопровода между ними (см.q:èã.2) выполнены из поглощающего контролируемый газ материала. Расстояние между каждым преобразователем и ближайшим к нему отражателем выбрано равным половине периода решетки из отражающих элементов, а расстояние между ближними

1681229

50 электродами преобразователей 4 и 5 выбрано равным периоду d или половине длины возбуждаемой преобразователем 4 поверхностной акустической волны на резонансной частоте, Акустический датчик для контроля концентрации газов работает следующим образом.

При включении блока 7 питания сигнал с усилителя 6 поступает на преобразователь

4, возбуждающий в звукопроводе 1 поверхностную акустическую волну. В результате многократных отражений этой волны от отражателей 2 и 3 на частоте, когда эффективное расстояние между отражателями кратно половина ее длины в пределах полосы рабочих частот преобразователей 4 и 5, возникает стоячая волна. Эффективное расстояние между отражателями определяется фазовой задержкой поверхностной акустической волны, которая равна в случае малого расстояния между преобразователями сумме фаз отражения от отражателей 2 и 3.

B результате из-за наличия в цепи обратной связи усилителя 6 частотно-селективного элемента в виде резонатора на поверхностных акустических волнах возникает генерация на резонансной частоте. Эту частоту генератора измеряют частотомером 8. При наличии в составе газовой смеси, контактирующей с поверхностью звукопровода 1, происходит его поглощение, что приводит к изменению акустических параметров в структуре отражателей, преобразователей или на поверхности звукопровода. Это вызывает изменение фазы поверхностной акустической волны и соответствующий ему сдвиг частоты генератора. По измеренной величине такого сдвига определяют наличие и концентрацию контролируемого газа, B результате того, что только отражающие элементы или поверхность звукопровода между ними выполнены из поглощающего контролируемый газ материала, а не вся поверхность звукопровода, суммарное возмущение акустических свойств при отражении волны оказывается меньшим по величине. А из-за этого возрастает крутизна фазочастотной характеристики резонатора и, следовательно, повышается чувствительность, Кроме того, для повышение чувствительности необходимо сделать фазовую задержку поверхностной акустической волны в резонаторе -минимальной. В частности, равной суммы фаз отражения, Для этого расстояние между каждым преобразователем и ближайшим к нему отражателем выбраны равными половине периода решетки из отражающих элементов. В результате элементы решетки отражателя и электроды ближнего к нему преобразователя образуют единую периодическую структуру отражательных элементов. Поэтому в данном случае достигается минимальное расстояние между отражателями, равное расстоянию между ближайшими электродами преобразователей 4 и 5. В свою очередь, наименьшее значение этого расстояния, исходя из условия образования стоячей волны в резонаторе, составляет половину длины поверхностной акустической волны на резонансной частоте, что совпадает с Ber.ичиной d периода решетки из отражающих элементов, Формула изобретения

1. Акустический датчик для контроля концентрации газов, содержащий звукопровод, размещенные на его поверхности в одном акустическом канале два акустических отражателя, выполненные в виде периодических решеток из отражательных элементов, и расположенные между ними входной и выходной встречно-штыревые преобразователи, размещенный в пределах акустического канала чувствительный к контролируемому газу элемент, выполненный из поглощающего этот газ материала, и включенный между преобразователями усилитель, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности контроля за счет увеличения чувствительности решетки отражателей и преобразователей выполнены с одинаковым периодом, а расстояние между преобразователями составляет период решетки из отражающих элементов соответственно.

2. Датчик по п,1, отличающийся тем, что в качестве чувствительного элемента использованы отражающие элементы и электроды преобразователей.

3.Датчик поп1,отл и чаю щийся тем, что в качестве чувствительного элемента использованы поверхность звукопровода между отражающими элементами и электродами преобразователя.

16812?9

1681229

Составитель В.Сорокин

Техред M.Moðãåíòàë Корректор Т.Палий

Редактор О.Спесивых

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 161

Заказ 3309 Тираж 379 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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