Ультразвуковой интерферометр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ 657331

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советакнк

Социалистических

Республик (62) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05.10.76(22) 2410562/25-10 с нрисоединением заявки № (23) Приоритет (Ы) N. Кл.

G 01 N 29/00

Государствеииый комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 150479.Бюллетень % 14 (SS) УЛтк 534.232 (088. 8) Дата опубликования описания 150479 (72) Автор изобретения

В.A. Сукацкас (72) Заявитель

Каунасский политехнический институт им. А. Снечкуса (54) УЛЬТРАЗВУКОВОИ ИНТЕРФЕРОМЕТР

Изобретение относится к технической акустике и может найти применение в измерительной технике.

Известно устройство для измерения акустических параметров материалов, основанное на принципе ультразвуковой интерферометрии (1). Однако оно не позволяет непосредственно измерять удельное акустическое сопротивление среды. 20

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является ультразвуковой интерферометр, содержащий последовательно соединенные блок настройки, диапазон- iS ный генератор, излучающий преобразователь, установленный по одну сторону кюветы, по другую сторону которой напротив излучающего установлен приемный преобразователь, подключенный к полосовому усилителю— детектору с центральной частотой, вдвое меньшей резонансной частоты преобразователей, и формирователь (2) .

Однако этот интерфероме."р также не обеспечивает непосредственного измерения удельного акустического сопротивления среды.

Целью изобретения является обеспечение непосредстиенного измерения удельного акустического сопротивления среды.

Цель достигается благодаря тому, что в предлагаемое устройство введены второй полосовой усилитель-детектор с центральной частотой полосы, вдвое превышающей центральную частоту полосы первого, переключатель режима работы, триггер и последовательно -соединенные ждущий генератор импульсов, вольтметр и источник регулируемого постоянного напряжения, при этом второй полосовой усилительдетектор подключен параллельно первому, и они оба соединены со входом формирователя через одну секцию переключателя режима, средний контакт второй секции которого подключен ко входу блока настройки и ко входу ждущего генератора, а переключаемые контакты — к выходу формирователя непосредственно и через триггер.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого интерферомЕтра на фиг. 2 — эпюры напряжения и час-. тоты.

Диапазонный генератор 1 подключен к пьезоизлучателю 2, находящемуся в кювете 3. Пьезоприемник 4 соединен со входом полосовых усилителей-де657331

45 текторов 5 и 6. Полоса пропускания усилителя-детектора 5 соответствует диапазону частот генератора 1 и находится в области частот 0,5 f, где

à — резонансная частота преобразователей 2 и 4. Полоса пропускания усилителя-детектора 6 находится в 5 области резонансной частоты f . Выходы блоков 5 и 6 через одну секцию переключателя режима 7-9 подключены к входу формирователя 10, а средний контакт второй секции соединен с )0 ждущим генератором 11. Выход формирователя 10 подключен к счетному входу триггера 12 и контакту 13 второй секции переключателя режима. Выход триггера 12 соединен с контактом 14, а общий контакт 15 переключателя — с входом блока настройки 16 и с входом ждущего генератора 11 импульсов стабильной частоты и амплитуды, последовательно соединенного с вольтметром 17 постоянного напряжения и источником постоянного регулируемого напряжения 18. Выход блока настройки 16 связан с входом настройки частоты генератора 1.

На фиг.2 номером 19 обозначен rpa- 5 фик расположения акустических резонансов системы из исследуемой среды,расположенной между преобразователями 2 и 4,и самих преобразователей 2 и 4 в области частоты 0,5 и ; 20 — графики 30 расположения акустических резонансов в области резонансной частоты преобразователей fo и изменение частоты генератора 1 во времени; 21 выходные импульсы формирователя; 35

22 — импульсы триггера 12. Выходное импульсное напряжение генератора 11 и его средняя составляющая в обоих режимах работы (соответственно U и

V ) переключаемых двухсекционным 40 переключателем с контактами 7-9, 13-15 в момент времени „,показаны графиком 23.

Интерферометр работает следующим образом.

Включают питание и помещают исследуемое вещество в кювету 3 между преобразователями 2 и 4. В конструкции кюветы предусмотрено фиксированное расстояние между преобразователями 2 и 4, если исследуется только жидкость или газ, либо переменное расстояние, с целью прижатия преобразователей к поверхностям плоскопараллельных исследуемых образцов разной толщины иэ твердого тела. Пе- 55 реключают переключатель режима в положение, в котором замкнуты контакты 8,9 и 14,15 соответственно. Частота генератора 1 под воздействием сигнала с блока настройки 16 изменя- 60 ется в области частоты 0,5 fo например увеличивается (графики 19, 20) по прямолинейному закону. Процесс протекает до возникновения акустического резонанса системы исследуьмое вещество — преобразователи .

Выходное напряжение усилителя-детектора 5 увеличивается и в момент акустического резонанса становится максимальным. В этот момент времени срабатывает формирователь 10 (график 21). Импульс формирователя 10 поступает на вход блока настройки

16, который с этого момента начинает изменять частоту генератора 1 в противоположном направлении. Одновременно импульс формирователя 10 поступает на счетный вход триггера 12,"перебрасывая его (график 22), запускает генератор 11 импульсов стабильной длительности и частоты. Частота генератора 1 уменьшается до достижения акустического резонанса и, ввиду срабатывания блоков 10 и 16, опять начинает увеличиваться и т.д. В каждый.момент реверса изменения частоты импульс с формирователя поступает на запуск генератора 11, который вырабатывает серию импульсов стабильной амплитуды и длительности (график 23) .

Регулируют напряжение источника 18 до достижения нулевых показаний вольтметра 17, т.е. до достижения равенства напряжения источника 18 среднему напряжению U последовательности выходных импульсов генератора 11. Поскольку скорость изменения частоты генератора 1 постоянна, а генератор

11 запускается каждый раэ при изменении частоты на величину интервала между двумя соседними акустическими резонансами ьЙ,, то напряжение Ц( обратно пропорционально величине интервала hf< .

В момент времени 1 переключают контакты 7-9 и 13-15 переключателя режима. Усилитель-детектор 6 настроен на вторую гармонику напряжения генератора 1 и íà его выходе выделяются сигналы акустических резонансов, находящихся в области резонансной частоты преобразователей Й (график 20) .

Коэффициент передачи преобразователей на этой частоте существенно выше, чем в предыдущем случае (в области

0,5 f ) и роль напряжения возбуждения пьезоизлучателя 2 выполняет напряжение второй гармоники, содержащееся в сигнале генератора 1. Закон изменения частоты второй гармоники одинаков как и частоты первой гармоники, но скорость изменения в два раза выше. Поэтому сигнал формирователя

10 поступает на входы блока настройки 16 и генератора импульсов 11 через триггер 12, который делит количество импульсов на 2. В остальном работа интерферометра не отличается от предыдущего случая. Среднее напряжение выходных импульсов генератора 31 U теперь будет обратно пропорционально интервалу частоты дГ между двумя акустическими резонансами в области резонансной частоты преобразователей. Напряжение источника 18 было установлено равным П<

657331 таким образом вольтметр 17 покажет напряжение U » -U которое, в свою

» очередь, пропорционально у — «д

Величины частотных интерйалов ьй<

hf связаны с удельным акуст.»ческим

O сопротивлением среды ñð находящейся между преобразователями 2 и 4, след и о м лой: ующе фру

i„= ((-.,- - —, .$ — : (.— ; —, ) 1 где 2 — удельное акустическое сопротивление материала преобразователя.

По показаниям вольтметра, градуированного согласно этому уравнению отсчитывают искомое сопротивление.

Положительный эффект предлагаемого изобретения заключается в упрощении измерений, необходимы только три операции: введение вещества в кювету, регулирование напряжения источника и переключение переключателя режима, не требуется измерения расстояния между преобразователями или длины образца, результат отсчитывается непосредственно по шкале. Расширяется область применения, измеряют акустическое сопротивление жидкостей, газов или твердых веществ в виде плоскопараллельных изделий. Кроме того, не требуется знать значение скорости ультразвука в исследуемой среде.

Формула изобретения

Ультразвуковой интерферометр, содержащий последовательно соединенные блок настройки, диапазонный генератор, излучающий преобразователь, установленный по одну сторону кюветы, по другую сторону которой напротив излучающего установлен приемный преобразователь, подключенный к полосовому усилителю-детектору с центральной частотой, вдвое меньшей резонансной частоты преобразователей, и формирователь, о ò ë è ÷ а ю шийся тем, что, с целью обеспечения непосредственного измерения удельного акустического сопротивления среды, в него введены второй полосовой усилительдетектор с центральной частотой полосы, вдвое превьааающей центральную частоту полосы первого, переключатель режима работы, триггер и последовательно соединенные ждущий генератор импульсов, вольтметр и источник регулируемого постоянного напряжения, при этом второй полосовой усилительдетектор подключен параллельно первому, и они оба соединены со входом формирователя через сдну секцию переключателя режима, средний контакт второй секции которого подключен ко

25 входу блока настройки и ко входу ждущего генератора, а переключаемые контакты — к выходу формирователя непосредственно и через триггер.

Источники информации, принятые во

30 внимание при экспертизе

1. Иванов В.Е. Об измерении скорости ультразвука в твердых телах ин1терферометром с двумя пьезопре»эбразователями, Труды ВУЗов, Лит.ССР, Ультразвук, 1969 ., I, с. 135-141.

2. Авторское свидетельство СССР

9 372495, кл. G 01 N 29/00, 1971.

657331! 1 ))

1 !

Редактор И. Шубина

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Пирогов

Техред М.11етко Корректор О, Билак

Заказ 1783/42 Тираж 1089 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР ,по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35 Раушская наб. д. 4j5