Ультразвуковой способ измерения физических параметров вещества Советский патент 1983 года по МПК G01N9/24 G01H5/00 G01N29/02 

(5+) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ : ПАРАМЕТРОВ ВЕЩЕСТВА

1

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для одновременного определения,скорости ультразвука в веществе, его плотности и коэффициента адиабатической сжимаемости при изучении биологических мягкиТГ Тканей и желеобразных веществ, в том числе при одностороннем доступе к ним.

Известен ультразвуковой способ измерения физических параметров вещества, например плотности, заключающийся в том, что измеряют величину ослабления ультразвука при прохождении его через исследуемую среду и по ней определяют плотч :ность- вещества | 1 .

Недостатками известного способа являются низкая точность измерения, так как способ позволяет измерять только относительное изменение плотности, и невозможность измерений

при одностороннем доступе к исследуемо му веще с т ву .

Наиболее близким по Технической сущности и достигаемому результату к изобретению является ультразву5 ковой способ измерения физических пай раметрое вещества, заключающийся в том, что с помощью двух преобразователей возбуждают и принимают ультразвуковые волны, прошедшие задан- ное расстояние в пластине, контактирующей с исследуемым веществом и определяют скорость звука, по которой судят о физических параметрах вещества. Контролируемый параметр вычисляют по разности скоростей распространения волны для известного и исследуемого жидкого вещества, помещенных в резервуар 2.

Недостатком способа является от20сутствие вЬзможности измерять физические параметры жидкости при йаличии последней в малых количествах, а также снижение точности измерения в случае, когда стенка резервуара выполнена из неизвестного материала. Цель изобретения - повышение точности измерений. Поставленная цел.ь достигается тем, что согласно ультразвуковому способу измерения физических парамет ров веществ, заключающемуся в том, что с помощью двух преобразователей возбуждают и принимают ультразвуковые волны, прошедшие заданное расстояние в пластине, контактирующей с исследуемым веществом, и определяют скорость- звука, по которой судят о физических параметрах вещества, один 9014 из преобразователей размещают на плоскопараллельном участке пластины, второй - на клиновидном ее участке с углом при вершине oi , который рыРирают из условия res iri() по-V очередно измеряют коэффициенты / и V, характеризующие отражение волн от границы раздела двух сред пластинаисследуемое вещество, соответственно при нормальном их падении и падении под углом соотносительно нормали к границе раздела, и определяют скорость ультразвука С в исследуемом веществе, его плотность р и коэфс и циент адиабатической сжимаемости BQ,, определяют по формулам

- (HV))3-p CL((-V)

С-5A d.(-Vo)l:Ь(l+V)-ctO-V)3

P()b(UV)-aCHtV)3Sivio(. .

Р-V{ -Vo)CtoCbVo)-aO-v)-p,C(Worn-V)

U-Vo)b U 4V)-a ( -V )3 di

« Cjp )VU-Vonby-vV)-CJ(-V)(UYo)(-Vf где c2 s i nVVc - s i C, ,( 2C. sm%/) p- плотность материала пластины, Cg и С- - соответственно скорость распространения продольных и попереч ных волн в ней, С,., - скорость нулевой моды волны Лэмба в материале пь& зопреобразователя, VQ ,, V i -величина сигнала, принятого i-ым преобразователем (,2), соответственно, при конт-актировании с исследуемым веществом и при отсутствии последнего. На чертеже изображена принципиаль ная схема устройства для осуществления предложенного способа. Устройство включает два пьезопреобразовачгеля 1 и 2, первый из них размещен на плоскоспараллельном учас Кб пластины 3, второй - на клиновидном ее участке с углом oi при вершине Пластина 3 отшлифованной поверхностью k контактирует с исследуемым ве ществом 5. Для осуществления предложенного способа, необходимо поочередно пьезопреобразователями 1 и 2 возбудить

,И)

(3) В пластине 3 продольные волны с помощью генератора импульсов (нг показан) . Отраженные от поверхности 4 ультразвуковые волны принимают те же преобразователи и определяют их амплитуду, например, по величине сигнала на экране осциллографа (не показан ), подключенного входом к пьезопреобразователям. Измерение проводят дважды - при контактировании поверхности пластины с исследуемым веществом 5 и при .отсутствии последнего. Затем определяют отношения где А;, и А|р- величина сигнала, принятого i-ым пьезопреобразователем соответственно в отсутвие контакта с исследуемым веществом, и при контактировании с ним. С целью повышенияточности уголо выбирают, исходя, изусловия sin 2о6 , (М или 06-2 arcs in С /Со-Условие (ч) соответствует оптимальному возбуждению волны Лэмба,

так что преобразователь 2 показывает наибольший принятый сигнал, а различие между о . V и оказывается максимальным. Затем по формулам (1) и (3} определяют значения скорости ультразвука С в исследуемом веществе его плотность ри коэффициентр,д„ адиабатической сжимаемости.

Поскольку пластину 3 изготавливают из известного материала, известг ны с достаточной точностью скорости продольных и поперечных ультразвуковых волн в материале пластины, его плотность и значение угла о, что повышает точность измерений.

Преимуществом способа является возможность одновременного определения скорости распространения ультразвуковых волн плотности и коэффиг циента адиабатической сжимаемости жидких и желеобразных материалов, имеющихся в малых количествах, а также возможность использования его для исследования мягких тканей живого организма, например, при диагйостйке заболеваний, так как способ требует только одной рабочей поверхности.

.. )))a-v)

UrVo)Cb(.UY)-Ofl-V)3 SivioL

.)Lb(uv)-a(-v)3eiHoL )ЧЪCA4V)-aO-v) -p;ic((l4Vo)()

) U- V)-a (н-V)3

Рч ))b и+v )-ao-v )Г-5): -сг:С1 Vo) O-v) где a p,C т ,(C, - 2 f sinV)2/cJ; coscd p- плотность материала пластины; Cjj и Ц. соответственно скорость распространения продольных и поперечных волн в ней; скорость нулевой моды волн Лэмба в материале пьезопреоРразователя; , A|.j- величина сигнала, принятого i-ым пьезопреобразователем (,2) соотФормула изобретения

Ультразвуковой способ измерения физических параметров вещества, заключающийся в том, что с помощью двух преобразователей возбуждают и принимают ультразвуковые волны, прошедшие заданное расстояние в пластине, контактирующей с исследуемым веществом, и определяют скорость звука, по которой судят о физических параметрах вещества, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, один из

преобразователей размещают на плоскопараллельном участке пластины, второй - на клиновидном ее участке с углом при вершине ci который выбирают из условия oi- //2.arcsin{C f j

поочередно измеряют коэффициенты VQ и V, характеризующие отражение волн от границы раздела двух сред пластина - исследуемое вещество соответственно при нормальном их падении и падейии под. углом (ЭС. относительно нормали к границе раздела и определяют скорость ультразвука С в исследуемом веществе, его плотность О. и коэффициент адиабатической -сжимаемости определяют по формулам ветственно при контактировании с исследуемым веществом и при отсутствии последнего. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 N 9/2, 1966. 2.Авторское свидетельство СССР № i 25098, кл. G 01 N 29/02, 1970 (прототип).