СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПРОДОЛЬНЫХ И СДВИГОВЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН Российский патент 2010 года по МПК G01N29/00 

Описание патента на изобретение RU2382358C2

Изобретение относится к области акустической измерительной техники и может быть использовано для одновременного определения скорости продольных и поперечных акустических волн в различных образцах с целью контроля и исследования их свойств в тех областях науки, техники и медицины, где требуется знание скорости акустических волн в исследуемых средах.

Известен способ определения скорости сдвиговой акустической волны [Физическая акустика. Методы и приборы ультразвуковых исследований. Под редакцией У.Мэзона Том 1. Часть А. - М.: Издательство «Мир», 1966, с.352-354], заключающийся в том, что в исследуемую жидкость помещают кварцевый преобразователь, измеряют изменение резонансной частоты и входного сопротивления преобразователя, совершающего крутильные колебания, по которым определяют импеданс жидкости, и при известной плотности находят скорость сдвиговых акустических волн.

Недостатком данного способа является невозможность определения скорости распространения продольной волны.

Известен способ определения скорости продольной акустической волны [Носов В.А. Проектирование ультразвуковой измерительной аппаратуры. - М.: «Машиностроение», 1972, с.83], заключающийся в измерении величины силы тока на резонансной частоте, протекающего через пьезопреобразователь, находящийся в контакте с исследуемой средой, по величине которого рассчитывают акустическое сопротивление среды, и при известной плотности исследуемой среды рассчитывают скорость распространения продольной акустической волны.

Недостатком данного способа является невозможность определения скорости распространения сдвиговой волны.

Целью данного изобретения является расширение функциональных возможностей путем одновременного определения скорости продольных и сдвиговых волн с использованием одного акустического излучателя.

Поставленная цель достигается тем, что в исследуемом образце излучателем формируют акустическую волну и регистрируют изменение резонансных кривых, соответствующих продольным и поперечным деформациям излучателя, находящегося в акустическом контакте с исследуемым образцом, по которым определяют скорости продольных и сдвиговых акустических волн.

В предлагаемом способе одновременное определение скорости продольных и поперечных акустических волн достигается тем, что при возбуждении излучателя происходит его деформация в продольном и поперечном направлениях по отношению к направлению вектора напряженности возбуждающего поля, вследствие чего в исследуемом образце, находящемся в акустическом контакте с излучателем, возбуждаются продольные и сдвиговые акустические волны, при этом исследуемый образец и излучатель образуют механическую колебательную систему, что приводит к изменению резонансных кривых, соответствующих продольным и поперечным деформациям излучателя, относительно их вида, соответствующего колебательной системе, состоящей из излучателя, не находящегося в акустическом контакте с исследуемым образцом, в то время как в известном способе определение скорости акустических волн в исследуемом образце осуществляется только по продольной деформации излучателя.

На фиг.1 представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

На фиг.2 представлен пример резонансных кривых, соответствующих излучателю, находящемуся в акустическом контакте с воздухом и с глицерином.

Устройство (см. фиг.1) содержит генератор 1, пьезопреобразователь 2, амперметр 3, причем выход генератора 1 подключен к первому выводу пьезопреобразователя 2, второй вывод которого подключен к первому выводу амперметра 3, второй вывод которого подключен к общему проводнику.

Реализация предлагаемого способа осуществляется следующим образом. Изменяя частоту генератора 1, измеряем ток через пьезопреобразователь 2 и получаем зависимость амплитуды тока от частоты для областей продольного и поперечного механических резонансов пьезопреобразователя 2.

Представленные зависимости (см. фиг.2) построены для следующих сред, находящихся в акустическом контакте с преобразователем: воздух (резонансные пики 1, 3), глицерин (резонансные пики 2, 4). Резонансные пики 1 и 2 соответствуют продольному, а 3 и 4 - поперечным резонансам.

По полученным зависимостям определяются скорости продольной и сдвиговой акустических волн:

где сl - скорость продольной волны;

al, bl - константы;

Ql - добротность системы при продольном резонансе;

ρ - плотность среды.

где cτ - скорость поперечной волны для частоты f;

аτ, bτ - константы;

Qτ - добротность системы при поперечном резонансе;

ρ - плотность среды.

Пример. Для зависимостей, построенных на фиг.2, по формулам (1) и (2) были определены следующие значения скорости продольных и поперечных акустических волн (при температуре 20°С).

Воздух Глицерин Продольная волна f, кГц 113 101 a1, с·м2/кг -0,85·10-3 b1, с·м2/кг 0,16·10-3 Q1 19,8 5,4 ρ, кг/м3 1,29 1260 c1, м/с 343 1923 Поперечная волна f, кГц 348 346 аτ, с·м2/кг -66·10-3 bτ, с·м2/кг 3,2·10-3 Oτ 49,7 20 ρ, кг/м3 1,29 1260 cτ, м/с - 71,0

Похожие патенты RU2382358C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЯЗКОУПРУГИХ ЖИДКИХ СРЕД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2009
  • Зозуля Олег Михайлович
  • Есипов Игорь Борисович
  • Фокин Андрей Викторович
RU2411500C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХОЛОДНОЙ ДЕФОРМАЦИИ ИЗДЕЛИЯ 2003
  • Кортов С.В.
  • Тюленёв Л.Н.
  • Коростин О.С.
  • Козлов А.В.
  • Щербаков Е.Н.
  • Яговитин П.И.
  • Исаков А.П.
  • Кузеванов А.А.
  • Шихалёв В.С.
  • Ковалёв И.Н.
RU2241206C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 1999
  • Власов В.Т.
  • Марин Б.Н.
RU2146818C1
Способ контроля структурного состояния сплавов на основе никелида титана 2019
  • Грязнов Александр Сергеевич
  • Плотников Владимир Александрович
RU2713020C1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО ИМПЕДАНСА СРЕДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2017
  • Муравьева Ольга Владимировна
  • Злобин Денис Владимирович
  • Богдан Ольга Павловна
  • Муравьев Виталий Васильевич
RU2672774C1
СВЧ акустический масс-сенсор 2019
  • Сорокин Борис Павлович
  • Квашнин Геннадий Михайлович
  • Асафьев Н.О.
  • Лупарев Николай Викторович
RU2723956C1
Способ испытаний кавитационной эрозии 2020
  • Абраменко Денис Сергеевич
  • Барсуков Роман Владиславович
  • Генне Дмитрий Владимирович
  • Голых Роман Николаевич
  • Нестеров Виктор Александрович
  • Тертишников Павел Павлович
  • Хмелёв Владимир Николаевич
RU2739145C1
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАТЧИК СДВИГОВЫХ ВОЛН 2007
  • Хлыбов Александр Анатольевич
  • Углов Александр Леонидович
  • Прилуцкий Максим Андреевич
RU2365911C2
Акустический способ определения упругих констант токопроводящих твёрдых тел 2017
  • Бобренко Вячеслав Михайлович
  • Бобров Владимир Тимофеевич
  • Бобренко Сергей Вячеславович
  • Бобров Сергей Владимирович
RU2660770C1
ДАТЧИК ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО МИКРОСКАНИРОВАНИЯ МЯГКИХ БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ 2015
  • Федорова Валентина Николаевна
  • Куликов Владимир Альбертович
  • Фаустова Екатерина Евгеньевна
  • Фаустов Евгений Витальевич
RU2594806C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 382 358 C2

Реферат патента 2010 года СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПРОДОЛЬНЫХ И СДВИГОВЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН

Использование: для одновременного определения скорости продольных и сдвиговых акустических волн. Сущность: заключается в том, что излучателем формируют акустическую волну в исследуемом образце и регистрируют изменение резонансных кривых, соответствующих продольным и поперечным деформациям излучателя, находящегося в акустическом контакте с исследуемым образцом, по которым определяют скорости продольных и сдвиговых акустических волн. Технический результат: расширение функциональных возможностей путем одновременного определения скорости продольных и сдвиговых волн с использованием одного акустического излучателя. 2 ил., 1 табл.

Формула изобретения RU 2 382 358 C2

Способ одновременного определения скорости продольных и сдвиговых акустических волн, заключающийся в том, что излучателем формируют акустическую волну в исследуемом образце, отличающийся тем, что регистрируют изменение резонансных кривых, соответствующих продольным и поперечным деформациям излучателя, находящегося в акустическом контакте с исследуемым образцом, по которым определяют скорости продольных и сдвиговых акустических волн.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2382358C2

Способ измерения скоростей распространения продольных и поперечных звуковых волн в плоских изделиях 1983
  • Артемов Валерий Евгеньевич
  • Добротин Дмитрий Дмитриевич
  • Мамистов Сергей Валентинович
  • Паврос Сергей Константинович
  • Трошин Андрей Гелиевич
SU1146558A1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ И ПОПЕРЕЧНЫХ ВОЛН В РАЗЛИЧНЫХ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛАХ 1991
  • Еськов Ю.Б.
  • Бондаренко Ю.К.
  • Мельников А.С.
  • Шекеро А.Л.
RU2011192C1
Способ определения скорости сдвиговых волн 1971
  • Медведев Моисей Зельманович
  • Зудов Игорь Алексеевич
SU439322A1
JP 2000221076 A, 11.08.2000
JP 61237023 A, 22.10.1986.

RU 2 382 358 C2

Авторы

Кузнецов Николай Александрович

Потехин Дмитрий Станиславович

Тарасов Илья Евгеньевич

Тетерин Евгений Петрович

Даты

2010-02-20Публикация

2006-11-07Подача