Способ измерения коэффициента затухания ультразвука в плоскопараллельных образцах Советский патент 1984 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быт использовано при измерении параметро затухания ультразвука в твердых средах. Известен способ измерения коэффициента затухания ультразвука, основанный на излучении преобразователем ультразвуковых импульсов в плоскопараллельные образцы, нагруженные на преобразователь с двух его сторон, приеме эхо-импульсов, отраженных от двух отражателей, расположенных на различных расстояниях от преобразователя и измерении соотношения амплитуд эхо-импульсов f1 J. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения коэффициента затуха ния ультразвука в плоскопараллельных образцах, заключающийся в том,что излучают пьезопреобразователем в основной образец ультразвуковые импуль сы, принимают переотраженные эхо-импульсы, измеряют их амплитуды и по ним определяют коэффициент затухания 2, Недостатком известного способа яв ляется низкая точность измерений, обусловленная неизвестным коэффициентом отражения от границы преобразо ватель-образец и искажением волновог поля при отражении эхо-импульсов от границы преобразователь-образец. Цель изобретения - повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем что согласно способу измерения коэффициента затухания ультразвука в пло копараллельньпс образцах, заключающемуся в том,что излучают пьезопреобразователем в основной образец ультразвуковые импульсы, принимают переотраженные эхо-импульсы, измеряют их амплитуды и по ним определяют коэффициент затухания, между пьезопреобразователем и основным образцом уста навливают дополнительный плоскопарал лельньй образец, толщину которого подбирают из условия отсутствия нало жения первых двух эхо-импульсов, пе реотраженных в основном образце с эхо-импульсами в дополнительном образце, измеряют первый эхо-импульс, отраженный от границы двух образцов. и первые два эхо-импульса, переотра женные в основном образце, убирают его ,и измеряют амплитуду первого эхо импульса в дополнительном образце. а коэффициент затухания ультразвука определяют по формуле , L fnfU-e-y K j:2r±2rjl 2r Kp(4rb2r-,)J , где г и Г-, - толщины основного и до, полнительного образцов соответственно j Уд - амплитуда первого эхоимпульса в дополнительном образце при убранном основном; UY - амплитуда первого эхо импульса, отраженного от границы двух образцов; U2 и и - амплитуды первых двух эхо-импульсов, соответственно переотраженных в основном образцеJ Кц(2г+2г) и K(4r- -2r/j) - коэффициенты передачи акустических колебаний по давлению, обусловленные расхождением ультразвуковых колебаний от преобразователя и дифракционными явле- ниями в результате конечности размеров излучателя для расстояний (2г+ +2r-j) и (4г+2г) соответственно. На фиг.1 изображен ход ультразвукового луча в основном и дополнительном образцах; на фиг,2 - ход луча в дополнительном образце в отсутствие основного образца. При измерении с двумя образцами на основном образце 1 через переходный слой 2 устанавливают дополнительный образец 3, на котором через переходный слой 4 размещают пьезопреобразователь 5i, На фиг. 1 и фиг.2 схематично изображены стрелками пути излученного импульса эхо-импульсов U,, и, и, }. Способ измерения коэффициента за-;тухания ультразвука осуществляется следующим образом. С помощью пьезопреобразователя 5 через переходный слой 4 излучают ультразвуковые импульсы U(3A в дополнительный плоскопараллельный образец 3, изготовленный из того же материала, что и основной образец 1, но имеющий толщину, отличную от толщины основного образца. Устанавливают на одну из граней образца 1, предварительно смоченную контактной жидкостью;, образец 3 свободной гранью.Притирают образцы 1 и 3 между собой. При этом ультразвуковой импульс излученный в образец 3 недошедшийдо переходного слоя 2, частично отражается обратно с коэффициентом отражения а частично проходит через слой 2 в образец 1. Отраженный эхо-импульс возвращается на пьезопреобразователь 5, на котором преобразуется в эйектрическое напряжение U. Прошедший через слой 2 ультразвуковой импульс доходит до свободной грани основного образца 15 отражается от нее и падает на переходный слой 2. Через слой 2 часть энергии импульса проходит и поступает на пьезопреобразователь 5, с которого снимается напряжение эхо-импульса U, а часть энергии импульса отражается с коэффициентом . отражения К , доходит до свободной грани основного образца 1, снова отражается, поступает на перехОдньй слой 2, частично проходит через этот слой, через дополнительный образец 3 и поступает на пьезопреобразователь 5, с которого снимается напряжение эхо-импульса Uj. Притирают образцы 1 и 3 между собой до получения достаточных по величине амплитуд импульсов U и Ui . Если амплитуды эхо-импульсов Uj и U, переотраженных в основном образце 1 и поступивших на пьезопреобразовател 5, накладываются с амплитудами эхоимпульсов, переотраженных в дополнительном образце 3, то подбирают толщину дополнительного образца так, чтобы отсутствовали эти наложения. И меряют амплитуды эхо-импульсов U,U2 и Ш. Убирают основной образец 1, не меняя положения пьезопреобразователя 5, к измеряют амплитуду Ug первого эхо-импульса в образце 3. Так как измеряют эхо-импульсы UQ , U, и U. которые не претерпевают переотражение от границы преобразователь-образец, то у них отсутствуют искажения волно вого поля, вызванные прохождением в преобразователь части энергии ультра звуковой волны в месте контакта преобразователя с образцом, отражением части энергии от преобразователя в образец и полного отражения энергии от свободной грани образца, где нет преобразователя. Коэффициент отражения от переходного слоя 2 определяют цо отношению /UQ, отношение эхо-импульсов и и U2 равно MlriM,, Kp( 1 5 г и г - толщины основного и дополнительного образцов соответственно-, UQ - амплитуда первого эхоимпульса в дополнительном образце при убранном основном; и - амплитуда первого эхоимпульса, отраженного от границы двух образцов v Ug и Ui - амплитуды перв-гх двух эхо-импульсов соответственно, переотраженных в основном образце-; К (2г+2г) и К (4r-f2r ) - коэффициенты передачи акустических колебаний по давлению, обусловленные расхождением ультразвуковых колебаний от преобразователя и дифракционными явлениями в результате конечности размеров излучателя для расстояний (2г+2г ) и (4г+2г ) соответственно. Расчетная формула для определения оэффициента oL затухания ультразвука имеет вид W- I- К 12г+2г1 2г LU.U2 Kp(4r+2r)JЕсли прием эхо-импульсов l) и Uj соответствует условию дальней зоны ультразвукового поля, то .формула для расчета коэффициента затухания упростится и примет вид оС-1 . ° 2г uvU (r,+r) JТак как образцы 1 и 3 выполнены из одного и того же материала, то условия отражения от переходного лоя 2 при падении ультразвуковых импульсов как из основного, так и из дополнительного образца остаются одинакоыми. Притирксй образцов 1 и 3 ожно изменять величину коэффициента отражения Кетр ультразвука от слоя 2 в широких пределах. При этом при изменении отношения , отношение Ua/U2.изменяется обратно пропорционально так, что общее соотношениеUoiUj и iU2 остается величиной постоянной при однородном контактирующем слое между образцами 1 и 3.

510831056

Использование изобретения позволит цы, где установлен преобразователь, повысить точность измерения за счет и за счет отсутствия измерений эхоисключения влияния коэффициента отра- импульсов, претерпевших переотражение жения ультразвуковой волны от грани- от границы преобразователь-образец.

Фиг,Г

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАТУХАНИЯ УЛЬТРАЗВУКА В ПЛОСКОНАРАЛЛЕЛЬНЫХ ОБРАЗЦАХ, заключающийся в том, что излучают пьезопреобразователем .в основной образец ультразвуковые импульсы, принимают переотраженные зхо-импульсы, измеряют их амплитуды и по ним определяют коэффициент затухания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, между презопреобразователем и основным образцом устанавливают дополнительный плоскопараллельный образец, толщину которого подбирают, из условия отсутствия наложения первых двух эхо-импульсов, переотраженных в основном образце с эхо-импульсами в дополнительном образце, измеряют первый эхо-импульс, отраженный от границы двух образцов, и первые два эхоимпульса, переотраженные в основном образце, убирают его и измеряют амплитуду первого эхо-импульса в дополнительном образце, а коэффициент затукания ультразвука определяют по формуле 1 i-nf .lSi