Ультразвуковое устройство для измерения физических параметров веществ Советский патент 1984 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к средства неразрушающего контроля к может быт использовано для измерения физических параметров жидких и гелеобразных веществ. Известно ультразвуковое устройст для измерения физических параметров веществ, например, биологических тканей, содержащее угломер, состоящий из подвижной части и неподвижной, выполненной в виде трапецеидальной призмы, два пьезопреобразов теля,.,устано вленных один на наклонной поверхности призмы, другой на ее поверхности, противоположной рабочей, так, что их точки ввода совпадают, и микрометрическое устройство перемещения подвижной части угломера С13Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достига мому результату является ультразвуковое устрсй1ство для измерения физических параметров веществ, соде жащее наклонный с прнзмой и прямой пьезопреобразователи, твердый звукопровод с двумя разновысотными отражаюидами параллельными поверхностя ми, генератор импульсов, связанный с пьезопреобразователями, подключен ные к прямому пьезопреобразователю последовательно соединенные первые селектор импульсов, усилитель и измеритель отношения напряжений, второй вход которого соединен с вторым выходом селектора импульсов, и последовательно наклонного пьезопреобразователя, и регистратор, прямой пьезопреобразователь установ лен на поверхности звукопровода, параллельной его отражающим поверхностям, а его ось симметрии лежит в плоскости, соединяющей отражшощие поверхности и перпендикулярной к ним, при этом призма наклонного пье зопреобразователя выполнена твердой и соединена со звукопроводом, а ее рабочая поверхность совпадает с раб чей поверхностью звукопровода .23. Недостатком известных устройств являются их низкие функциональные возможности из-за невозможности проведения измерений при односторон нем доступе к исследуемому веществу Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковое устройств для измерения физических параметров веществ, содержащее наклонный с призмой и прямой пьезопреобразователи, твердый звукопровод с двумя разновысотными отражающими параллельными поверхностями, генератор импульсов, связанный с пьезопреобразователями, подключенные к прямому пьезопреобразозателю последова тельно соединенные первые селектор импульсов, усилитель и измеритель отношения напряжений, второй вход которого соединен с вторым выходом селектора иг ульсов, и второй усилитель, прямой пьезопреобразователь установлен на поверхности звукопровода, параллельной его отражающим поверхностям, а его ось симметрии лежит,в плоскости, соединяющей отражающие поверхности и перпендикулярной к ним, снабжено последовательно соединенными вторым селектором импульсов, подключенным к прямому пьезопреобразователю, и вторим измерителем отнсхиения напряжений, второй усилитель включен между вторым выходом второго селектора импульсов и вторым входом второго измерителя отношения Напряжений, призма наклонного пьезопреобразователя выполнена жидкостной и установлена на одной с прямым пьезопреобразователем поверхности звукощ овода, расстояние между осью симметрии прямого и точкой ввода наклонного пьезопреобразователей выбирают равным сумме расстояний от прямого пьезопреобраэователя до отражающих поверхностей звукопроаода, а длину дальней отражакяцей поверхности выбирают равней расстоянию от нее до прямого пьезопреобразователя. Материалы для выполнения твердого звукопровода и жидкостной призкы и угол ее наклона выбирают из условий f- о - iVz ; et «rcsin плостности материалов где Я, призма и твердого звукопровода соответственно;скорости распространения продольных волн в материале жидкостной призмы и поперечных волн в материале твердого звукопровода соответственно}угол наклона жидкостной призмы, На чертеже представлена схема устройства. Устройство содержит наклонный пьезопреобразователь 1 с жидкостной призмой 2, прямой пьезопреобразователь 3, твердый звукопровод 4, имеющий две разновысотные отражающие

поверхности, параллельные его поверхнести, на которой размещены пьезопреобразователи, генератор 5 импульсов, соединенный с пьезопреобразоватепями, соединенные последовательно первый селектор б импульсов, вход 5 которого соединен с прямым преобразователем, первый усилитель 7 и первый измеритель 8 отношения напряжений, второй вход которого соединен с вторым выходом первого селектора Ю импульсов, и соединенные последовательно второй селектор 9 импульсов, вход которого соединен с прямдм преобразователем, второй усилитель 10 и второй измеритель 11 от- 15 ношения напряжений, второй вход которого соединен с вторым выходом второго селектора импульсов, причем ось симметрии прямого пьезопреобразователя лежит в плоскости, соеди- 20 някицей отражающие поверхности и перпендикулярной к ним, расстояние между осью симметрии прямого и точкой ввода наклонного пьезопреобразователей выбирают равным сум- 25 ме расстояний d - от прямого пьезопреобразователя до ближайшей отражающей поверхности и с - от прямого пьезопреобразователя до дальней отражающей поверхности, а длину последней №1бирают равной 30 расстоянию Й2 от нее до прямого пьезопреобразователя. Позициями 12-15 обозначены направления распространения ультразвуковых волн в звукопроводе, а позицией 16 - ис- 35 следуемое вещество.

Материалы для выполнения твердого звукопровода и жидкостной приз мл и угол ее наклона выбирают из условий (1).40

Устройство работает следующим образом.

Генератор 5 импульсов возбуждает одновременно пьезопреобразовате- .с 1ли 1 и 3. Пьезопреобразователь 3 излучает в твердый звукопровод 4 импульсы продольных ультразвуковых, волн 12 и 13. Отраженные от ближай- шей отражакнцей поверхности звукопро- CQ вода, граничащей с воздухом, и от дальней отражающей поверхности, граничащей с исследуемым веществом, ультразвуковые импульсы принимаются пьезопреобразователем 3 и подаются „ на вход первого селектора б импульсов, на первом выходе которого выделяется импульс, создаваекый продольными волнами 12, а на втором - продольными волнами 13, и далее эти .сигналы: первый непосредственно, О второй - после усиления первым усилителем 7 подаются соответственно на знаменательный и числительный входы измерителя 8 отношения. напряжений. При этом коэффициент уси-65

ления первого усилителя 8 выбирают таким образом, чтобы при отсутствии исследуемого в.ещества 16 амплитуды импульсов, подаваемых на входы первого измерителя 8 отношения напряжений были равны. Тогда показание первого измерителя 8.отн-ошения напряжений при акустическом контакте звукопровода 4 с исследуемым веществом 16 равно коэффициенту отражения продольных ультразвуковых волн от границы между звукопроводом и исследуемлм веществом.

Пьезопреобразователь 1 излучает импульсы продольных ультразвуковых волн в жидкостную призму 2 с углом oL наклона, которые при переходе в звукопровод 4 трансформируются в поперечные ультразвуковые волны 14 и 15. Если материалы для выполнения звукопровода 4 и призмы 2 и угол cf. наклона последней выбраны из условий (1), то импульсы поперечных волн 14 и 15 распространяются под углом 45 к отражающим поверхностям. Так как расстояние между осью симметрии прямого преобразователя 3 и точкой ввода наклонного преобразователя 1

1

dg, а длина дальней от

равно

прямого пьезопреобразователя отражающей поверхности равна dg о импульсы поперечных волн 14 отражаются от ближайшей к прямому преобразователю отражающей поверхности, а импульсы поперечных волн 15 от дальней. Принятые импульсы подаются на вход второго селектора 9 импульсов и далее на блоки 10 и 11 так же, как и на блоки 7 и 8 соответственно. При этом в случае выбег коэффициента усиления второго усилителя 10 из тех же условий, что и первого усилителя 7, показание второго измерителя 11 отношения напряжений в рабочем положении равно коэффициенту отражения поперечных ультразвуковых волн от границы между звукопроводом и исследуемым веществом.

По найденным значениям коэффициентов отражения можно определить скорость С распространения продольных ультразвуковых волн в ис;еледуемом веществе, его плотность р и коэффициент адиабатической сжимаемости следуищих формул:

-cf , 2 }

2d-cfM42 2 2 L-яе С. , CT скорости распростi. т 2 ранения ультразв ко ковых соотввтсггвенно продольных и попереч ных волн в материале звукопроЁОда; плотность материгла эвукопровода VT - коэффициенты отражения соответственно продольных и поперечных волн от границы звукопровод. - исследуемое вещество. Таким образом, и спользЪвание предлагаекюго устройства позволяет осуществлять измерение физических параметров вещества при одностороннем к нему доступе.

УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЕЩЕСТВ, содержащее наклонный с призмой и прямой пьезопреобраэрватели, твердый звукопровод с двумя разновысотными отражающими параллельныки поверхностями, генератор импульсов, связанный с пьезопреобразователями,подключенные к прямому пьезо-iпреобразователю последовательно соединенные первые селектор импульсов, усилитель и измеритель отношений напряжений, второй вход которого соединен с вторым выходом селектора импульсов, и второй усилитель, прямой пьезопреобразователь установлен на поверхности звукопровода, параллельной его отражающим поверх-ностям, а его ось симметрии лежит в плоскости, соединяющей поверхности и перпендикулярной к ним, отличающееся тем, что с целью расширения функциональных возможностей;оно снабжено последовательно соединенными вторым селектором импульсов, подключенным к прямому пьезопреооразователю, и вторым измерителем отношения напряжений , второй усилитель включен между вторим выходом второго селектора импульсов и вторым входом второго .измерителя отношения напряжений, призма наклонного пьезопреобразова теля выполнена жидкостной и уста-новлена на одной с прямым пьезопреобразователем поверхности эву КШ1ровода, расстояние между осью :симметрии прямого и точкой ввода наклонного пьезопреобразователей выбирают равным сумме расстояний от прямого пьезопреобраэователя до отражаюодах поверхностей звукопровода, а длину дальней, отражающей поверхности выбирают равной расстоянию от нее до прямого :пьезопреобразователя. 2. Устройство по п. 1, отличаю щ е е с я тем, что материалы для выполнения твердого звукопровода и жидкостной призмы и угол ее HatoioHa выбирают из условий СП плотности материалов где сд жидкостной призмы и твердого звукопровода со соответственно С, ,С - скорости распростра1 2 Нения продольных волн в материале жидкостной призмы и поперечных волн в материале твердого звукопровода соответственно; at - угол наклона жидкостной призмы.