Способ измерения коэффициента поглощения ультразвука Советский патент 1984 года по МПК G01N29/00 

9

8

Иэрсретение относи -ся к измерительной технике и может быть исполь-; 8О89НО при изучении физико-химических свойств жидких сред.

Иавест-эи способ измерения коэффициента поглощения ультразвука, заключ ающийся в непос 5едственном определении величины о.слабления амплитуды сигнала, при прохождении через среду П. .

Однако для веществ с.малым поглощением способ имеет большую погрешность определения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения коэффициента поглощения ультразвука, заключающийся в том, что помещают исследуемую среду в интерферрметрическую камеру, возбужIдают в ней непрерывные ультразвуковые колебания, изменяют частоту и фиксируют значения двух близких частот: первой, соответствук щей резонансу, второй - для которой амплитуда сигнала ослабляется в Т2 раз по сравнению с ее значением при резонансе, и по разности этих частот судят о коэффициенте поглощения уль-тразвука 2 }.

Недостатком способа является невысокая точность измерений, особенно при быстрых измерениях поглощefния ультразвука, в средах с малым значением коэффициента поглощения Последнее связано с тем, что время, необходимое для установления колебаний в резонансной системе, пропорционально ее добротности. Это уеловие ограничивает скорость иг/менения частоты при измерениях.

Цель изобретения - повышение точности измерений изменения коэффициента поглощения, например, под воз-(teйcтвиeм меняющихся внешних параметров.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения коэффициента поглощения улътразвука, заключающемуся в том, что помещают Исследуемую среду в интерферометрическую камеру, возбуждают в ней непрерывные ультразвуковые колебания, изменяют частоту и фиксируют значения двух близких частот: первой, соответствующей резонансу; второй - для которой амплитуда сигнала ослабляется в У раз по сравнению с ее значением при резонансе, и по разности этих- частот судят о коэффициенте- поглощения ультразвука, ультразвуковые колебания на резонансной частоте модулируют по амплитуде низкочастотным синусоидальным сигналом с коэффициентом модуляции m , прошедший через среду сигнал детектируют и измеряют постоянное напряжение и действующее значе- ;

кие переменного напряжения с частотой модуляции, в кач:естве второй частоты выбирают одну из боковых частот в спектре модулированных колебаний, об ослаблении сигнала в

5 У раз на второй частоте судят по достижению- отношения измеренных пе:ременнога и постоянного напряжений эначещя т/2 У при изменении частоты модуляции,- а разность час0 тот полагают равной частоте модуляции.

На чертеже представлена блок-схе ма устройства для реализации способа.

с Устройство содержит последоваТ1вльно со единенные ультразвуковой диапазонный генератор 1, интерферометрическую камеру 2, детектор 3, фильтр 4, вольтметр 5, подключенный выходом к управляющему входу гене0 ратора 1, низкочастотный генератор 6, последовательно соединенные линию 7 задержки, усилитель-ограничитель 8 и частотомер 9. Вход линии 7 звдержуи подключен к выход;у гене5 ратора 1, а выход усилителя-ограничителя 8 - к второму входу детектора 3. Способ осуществляется следующим

образе.

0 Изменяя частоту генератора 1 по максимуму измеряемого вольтметром 5 постоянного напряжения настраивают генератор 1 точно на резонансную ч оинтерферометрлческой ка5 меры 2.. Затем включают низкочастотный генератор 6 и осуществляют амплитудную модуляцию- с заданнм коэффициентом модуляции m частотой Л. При этом, как известно, в спектре

0 сигнала появляются две боковых час- тоты, симметричные относительно

о i Амплитуда U этих 4adTOT,на выходе генератора 1 равна -у UH амплитуда

е сигнала с несущей частотой U/Q .Вследствие конечной добротности Q резонансной системы амплитуда сигнала на выходе камеры 2 будет изменяться при изменении частоты. Если значение Sl соответствует половине поло0 сы пропускания интерферометрической камеры на уровне 1/ Y2 0,707, (которая определяет коэффициент поглощения среды), т.е. выполняется условие

5 on И 1

20.-%(1)

Шг

то для прошедашх через среду сигналов после несложных преобразований получим

. I

1

(2)

2

где штрихи относятся к амплитудам 65 Сигналов на выходе камеры 2.

Таким образом, изменяя частрту моцуляцйи Q и добиваясь выполнения условия (2), можно определить на основании соотношения (1) добротность Q резонансной системы и ггем самым вычислить коэффициент поглощения ультразвука.

Осуществляется это следующим образом.

Детектор 3 перемножает поступгцощий с интерферометрической кешеры 2 сигнал с колебаниями и енератора 1 В результате перемножения на выходе детектора 3 образуется сложный сигнал, который поступает на льтр 4 нижних частот, где выделяются полезные составляющие, там что на вход вольтметра 5 поступает напряжение

и --и ц + Uj cosSZ t.

Вольтметр 5 измеряет отдельно постоян«|ук составляющую напряжения оц и действуккцее зиачение переменной составляющей. Затем определяют отношение переменной составляющей к постоянной и. подстраивают час- . тоту и генератора б так, чтобы,выполнялось условие (2),определяют частотомером 9 частоту генератора б,.определяют по формуле (1) дорротность Q,a затем и коэффициент поглощения oL по формуле

f

(3)

где с - скорость распространения ультразвука в среде.

Линия 7 задержки и усилитель-ограничитель 8 служат для.фоЕЖирования коммутирующего сигнала прямоугольной формы, синфазного с несущими

0 колебаниями на выходе интерферо-метрической камеры 2 и необходимого для нормальной работы детектора 3.

Фильтр 4,предназначен для фильтрации побочных продуктов детектиро5вания.

Если теперь коэффициент поглощения изменится в некоторых пределах, то для выполнения условия (2) потребуется изменить частоту Q на вели0чину 9, меньшую, чем значение Я . Так, при изменении ci на 20% отношение Д51/Й не превысит: 0,1. Это означает, что определить изменение коэфг фициента поглощения можно быстрее,

5 чем известньт способом. Причем, чем меньше изменение коэффициента cL , тем выше точность измерений.

Использование способа позволит повысить точность измерений на 1015%.

0

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИ- : ЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКА,, заклюЧёиощийся в том, что помещгиот исследуемую среду в интерферометри-ческую. камеру, возбуждают в ней непрерывные ультразвуковые колебания, изменяют частоту и фиксируют значения двух близких частот: первой, соответствующей резонансу, второй для которой амплитуда сигнала ослабляется в Y2 раз по сравнению с :ее. значением при резонансе, и по разности этих частот судят о коэффициенте поглснцения ультразвука, отличающийся тем, что, с целью повьииения точности измерений изменения коэффициента поглощения, ультразвуковые колебания на резонансной частоте мйдулируют по амплитуде низкочастотным синусоидальным сигналом с коэф 111циентом модуляции m , пропедишй через среду сигнал детектируют и измеряют.пйстоянное напряжение и действукм11ее значение переменного напряжения с частотой модуля.цйи, в качестве второй частоты выбиргиот одну из боковых частот в спектре модулированных колебаний, об ослаблении сигнала в YT раз на второй частоте, судят по достижению отнсхиения измеренжлх переменного и постоянного напряжений значения ш/2 V7 при изменении частоты мо- i дуляции, а разность частот полагают оавной частоте модуляции. Ф 00 00 4t о to