Способ измерения приращения скорости ультразвуковых волн

 

Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и может быть использовано при исследовании физико-механических свойств материалов. Цель изобретения - повышение точности измерения. Это достигается за счет того, что формируют вспомогательный синусоидальный сигнал. начало периода которого синхронно моменту излучения акустического импульса, а конец определяется моментом прихода выбранной полуволны в принятом акустическом импульсе, О приращении скорости судят .по приращению частоты вспомогательного синусоидального сигнала . 2 ил. ..

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 Н 5/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4901237/28 (22) 09,01,91 (46) 30.04,93, Бюл. N. 16 (?1) Свердловский горный институт им.

В, B. Вахрушева (72) Э. Э. Артма, Г, П. Зиновьева и

В, А. Бархатов (56) Авторское свидетельство СССР

Гч. 1408240, кл. G 01 Н 5/00, 1988, Гузь А, И. Упругие волны в телах с начальными напряжениями, т. 2, Закономерности распространения. Киев: Наукова думка, 1986, с. 495, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИРАЩЕНИЯ

СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН

Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и может быть использовано при исследовании ризико-механических . свойств, материалов.

Цель изобретения состоит в повышении точности измерения приращений скорости

УЗВ.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит генератор 1 зондирующих импульсов. излучающий пьезопреобразователь 2, исследуемую среду 3, принимающий пьезопреобразователь 4; широкополосный усилитель 5; ключ 6; интегратор 7; формирователь 8 импульсной пэры частотомер 9.; управляемый вспомогательный генератор 10, Выход генератора зондирующих им- пульсов 1 соединен с входом излучающего- пьезопреобразовэтеля 2, связанного с исс-, „,5U,, 1812446 А1

2 (57) Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и может быть использовано при исследовании физико-механических свойств материалов. Цель изобретения — повышение точности измерения. Это достигается за счет того, что формируют вспомогательный синусоидальный сигнал. начало периода которого синхронно моменту излучения акустического импульса, а конец определяется моментом прихода выбранной полуволны в принятом акустическом импульсе. О приращении скорости судят по приращению частоты вспомогательного синусоидального сигнала. 2 ил.. ледуемой средой 3, Принимающий пьезопреобразователь 4, также связанный с исследуемой средой, последовательно соединен с широкополосным усилителем 5, ключом 6, интегратором 7. Далее последовательно соединенные управляемый вспомогательный генератор 10 и формирователь импульсной пары 8, первый выход которого соединен с запускающим входом генератора зондирующих импульсов 1, а второй выход — с управ- ляющим входом вспомогательного генератора 10. а вход частотомера 9 соединен с выходом управляемого вспомогательного генератора 10 и входом формирователя импульсной пары 8.

Генератор зондирующих импульсов 1 может быть Г5-54; в качестве излучающего

2 и принимающего 4 пьезопреобразователей можно использовать пластины из пьезокерамики или кварца; широкополосный усилитель 5 может быть типа УЗ-29; ключ 6 можно реализовать на диодах КД510 по схе1812446 ме балансного модулятора; интегратор 7— по стандартной схеме йа операционном усилителе 140УД17; формирователь импульсной пары 8 может быть реализован на микросхемах 155-й серии; 155И Е8.

155ТВ10, 155АГЗ; в качестве управляемого вспомогательного генератора 10 можно использовать Х1-48; частотомер 9 может быть

"l3-35.

Способ осуществляется следующим образом: управляемый вспомогательный генератор 10 вырабатывает непрерывный синусоидальный сигнал (фиг. 2а). Из этого сигнала формирователем импульсной пары

8 формируются пары. импульсов (фиг. 2б), расстояние между которыми равно периоду синусоидального сигнала, а время повторения импульсных.пар не менее времени достаточного для затухания в исследуемой среде пачки переотраженных импульсов, Первый импульс пары подается на запускающий вход генератора зондирующих импульсов 1, который вырабатывает радиоимпульс (фиг. 2в), излучаемый пьезопреобразователем 2 в исследуемую среду 3.

Пачка переотраженных импульсов (фиг.

2г) принимается пьезопреобразователем 4, усиливается широкополосным усилителем 5 и подается на вход ключа 6. На управляющий вход ключа 6 поступает второй импульс с формирователя импульсной пары 8, его длительность равна длительности полуволны зондирующего радиаимпульса. Таким образом, второй импульс. пары "вырезает" из первого (или другого любого) радиоимпульса пачки отрезок синусоиды длительностью в половину периода (фиг, 2д), В зависимости от положения "вырезающего" импульса, сигнал на.выходе ключа 6 может быть положительным, отрицательным, либо иметь равные по площади положительную и отрицательную части. Именно последний случай соответствует работе устройства в автоматическом режиме при замкнутой отрицательной обратной связи.

Сигнал с выхода ключа (фиг. 2д) интегрируется интегратором 7 (фиг. 2е) и подается на управляющий вход вспомогательного генератора 10. Таким образом замыкается отрицательная обратная связь и положение второго импульса импульсной пары отслеживает изменение задержки тз УЗВ в исследуемой среде. Допустим, время задержки тз(фиг. 2г) возросло, тогда площадь положительной части "вырезанного" участка (фиг.

2д) увеличилась, следовательно, увеличится постоянный уровень на выходе интегратора

7 и частота вспомогательного генератора 10 уменьшится, при этом положение 2-го импульса импульсной пары {фиг. 2б) отследит изменение задержки в исследуемой среде.

Таким образом, период колебаний управляемого вспомогательного генератора

5 будет определяться формулой: Тзг = гз + (N + 1 } — у — -р- + тап

Тзонд и2 гд т;-L/V — время задержки УЗВ в исследуемой среде; — база прозвучивания; Ч— скорость УЗВ; N — количество целых полупериодов от начала информационного радиоимпульса до начала второго импульса пары; Тзонд длительность периода частоты заполнения зондирующего радиоимпульса;

"5 t -длительность второго импульса импульсной пары; тап — время задержки в аппаратуре.

В формуле (1) Тзонд, г;а и f» являются величинами известными до эксперимента, N — подбирается в ходе эксперимента. Величина Тзг является измеряемой величиной.

Таким образом, можно определить величину задержки t3 УЗВ в исследуемой среде или, при известной базе нрозвучивания L, скорость распространения УЗ В.

Пусть под действием внешних факторов скорость Ч1 в исследуемой среде в момент времени t1 изменилась и в следующий мо30 мен г tz стала равной Ч2, тогда из (1) можно записать:

Тзг1 = — + Т

Ч1

Тзг2 + г

2 гдето =(И+1} онд -«<+g»

Относительное приращение скорости можно определить:

Ч2-V1 Т.1-

ЬЧ- V, =т„, 1 т.е, для определения относительного приращения скорости УЗ В в исследуемой среде за

45 период времени Л t z-ц1 необходимо знать параметры предварительной настройки устРойства: Тзонд, Хн2,,хап N и Две инфоРмаЦИОННЫЕ ВЕЛИЧИНЫ Тзг1 И Тзг2, КОТОРЫЕ измеряются частотомером 9.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения приращений скорости УЗВ за счет устранения линии задержки, нестабильность которой не сказы55 вается теперь на точности измерений. Это достигается изменением принципа синхронизации автоматического измерителя путем введения в егосостав управляемого вспомогательного генератора и формирователя импульсной пары.

1812446

Составитель Э.Артма .

Техред М.Моргентал

Корректор СЛбско

Редактор

Заказ 1571 . Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035,Москва,Ж-35, Раушская наб„ 4/5

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

Формула изобретения

Способ измерения приращения скорости ультразвуковых волн, заключающийся в том, что излучают в исследуемой среде акустический импульс, принимают прошедший фиксированное расстояние импульс, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, формируют вспомогательный синусоидальный сигнал, начало периода которого синхронно моменту излучения акустического импульса, а конец определяется моментом прихода выбранной полуволны в

5 принятом акустическом импульсе, а о приращении скорости ультразвуковой волны судят по приращению частоты вспомогательного синусоидального сигнала.