Способ измерения нелинейного акустического параметра твердых тел и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01N29/00 

сов. Далее сигнал усиливается широкополосным усилителем 3. Фазовращателем 9 изменяют -фазу сигнала с широкополосного усилителя 3 в пределах от О до 180 и он поступает на излучатель 4 ультразвука. Приемником 5 ультразвука принимаются, прошедшие через среду ультразвуковые колебания, которые через фильтр 6 верхних частот и узкополосный усилитель 7 поступают на осциллограф 8. По экрану последнего измеряются максимальные U,,an.jH минимальные U,ц значения сигналов, по которь определяют коэффициент модуляции. Мощности излучения на первой и второй гармониках сигнала измеряют путем перемножения двух напряжений, одно из которых пропорционально напряжению, действукнцему на излучателе 4, а другое пропорционально току, протекающему через излучатель 4. Напряжение, пропорциональное проИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования физико-механических свойств материалов.

Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений путем изменения фазы излученного в среду сигнала.

На чертеже изображено устройство для реапизации способа измерения нелинейного акустического параметра твердых тел.

Устройство для измерения нелинейного акустического параметра содержит последовательно соединенные генератор 1, модулятор 2, щирокополосный усилитель 3, излучатель 4 ультра-звука и приемник 5 ультразвука, последовательно соединенные фильтр 6 верхних частот, узкополосный усилитель 7 и осциллограф 8, последовательно соединенные фазовращатель 9, вход которого соединен с выходом широкополосного усилителя 3, преобразователь 10 ток-напряжение, первый выход которого соединен с входом излучателя 4 ультразвука, и ваттметр

текающеггу через излучатель 4 току, с выхода преобразователя 10 ток-напряжение подается на ваттметр 11, где перемножается на напряжение, пропорциональное напряжению, действующему на излучателе 4 ультразвука. Ключами 12 и 13 выбираются режимы калибровки

и измерения U,. и U., ,. По измеренным

мопсе

мощностям излучения на первой и вто- рой гармониках сигнала определяют гшплитуду смещения второй гармоники излученного сигнала, по которой с З четом коэффициента модуляции опре- 1;еляют амплитуду смещения второй гармоники принятого сигнала. По значению амплитуды смещения второй гармоники принятого сигнала с учетом длины ба- зы -прозвучивания, скорости распространения ультразвука и амплитуды смещения первой гармоники излученного сигнала определяют искомый параметр. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. .

11, второй вход которого соединен с Е:торым выходом преобразователя 10 ток-напряжение, первый и второй ключ 12 и 13, Первый ключ 12 включен между

выходом ваттметра 11 и входом осциллографа 8, а второй 13 - между выходом узкополосного усилителя 7 и входом осциллографа 8, причем второй вход, осциллографа 8 соединен с выходом модулятора 2. Калиброванное сопротивление (не обозначено) предназначено для калибровки ваттметра 11 .

Устройство работа ет следующим образом.

С генератора 1 непрерывный гармонический сигнал подается на модулятор 2 э Который формирует последовательность синфазных импульсов. Далее сигнал усиливается широкополосным усилителем 3. Фазовращателем 9 изменяют фазу сигнала с широкополосного усилителя 3 в пределах от О до 180 (при этом фаза второй гармоники этого сигнала изменяется не более чем на 2%), которьй поступает на излучатель 4 ультразвука.

312

Изменение фазы излученного сигнала приводит к тому, что составляющие второй гармоники сигнала в среде находятся в фазе или противофазе, J Приемником 5 ультразвука принимают ся прошедшие через среду ультразвуковые колебания, которые через фильтр 6 верхних частот и узкополосный усилитель 7 поступают на осциллограф 8, по экрану которого измеряются макси- мальные минимальные ид, значения сигналов, по которым определяют коэффициент модуляции по формуле

УвакГ-УлнЛ ика с

и

(1) 15

VMM

Измерение мощностей излучения на первой и второй гармониках сигнала осуществляется путем перемножения двух напряжений, одно из которых про порционально напряжению, действующему на излучателе 4 ультразвука, а другое пропорционально току, протё- какйцему через излучатель 4. Напряжение, пропорциональное протекакицему через излучатель 4 току, с выхода преобразователя 10 ток-напряжение подается на ваттметр 11, где перемножается на напряжение, пропорциональное напряжению, действующему на излу чателе 4 ультразвука. Ваттметр калибруется на калибровочном сопротивлении (не обозначено) на частотах й)о и 2а)о сигнала. Ключами 12 и 13 выбираются режимы калибровки и изме

рения и„.,и и

3S

wakr По измеренным мощностям излучения

на первой и второй гармониках сигнала определяют амплитуды смещения на первой и соответственно второй гармо- д никах сигнала при излучении по формуле

vifFF «

1 f 2P,Uo .,ч

S, - оТГ ll 265 A- Z

волновое сопротивление ср,еды; мощность Излучения ультразвука на основной гармонике; 50 мощность излучения ультразвука на второй гармонике; площадь поверхности излучателя 4 ультразвука. асчитанному коэффициенту мо- 55 с учетом расчитанной амплисмещения второй гармоники излучения определяют

S2. mSj

(4)

где 8„

-5 10

- амплитуда смещения второй гармоники, обусловленная нелинейностью среды.

По полученным из формулы (2) и (4) значениям S( и Sj определ5пот искомый параметр из формулы

. -V

где

S, Г

О

(5)

15

2025 зо

S

д

5

0

5

амплитуда смещения первой гар МОНИКИ излученного сигнала; К - волновое число;

скорость ультразвука в образце;длина базы g /2 (п +1), п - нелинейный акустический параметр твердых тел.

Формула изобретения

1. Способ измерения нелинейного акустического параметра твердьк тел, заключающийся в том, что излучают и принимают прошедший контролируемую среду ультразвуковой импульс и выделяют вторую гармонтсу, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности измерений, изменяют фазу излучаемого ультразвукового сигнала от О до 180°, измеряют мощность первой и второй гармоник излученного сигнала и экстремальные значения второй гармоники принятого модулированного по фазе сигнала, по которым определяют иско1« гй параметр. 2. Устройство для измерения нелинейного акустического параметра твердых тел, содержащее последовательно соединенные генератор, модулятор и широкополосный усирттель, излучатель ультразвука и приемник ультразвука, последовательно сокединенные фильтр верхних частот , узкополосный усилитель и осциллограф, отличающийся тем, что, с целью повьяле- ния точности и надежности измерений, оно снабжено последовательно соеди- ненньми фазовращателем, вход которого соединен с выходом широкополосного усилителя, преобразователем ток-напряжение, первый выход которого соединен с входом излучателя ультразвука, и ваттметром, второй вход которого соединен с вторым выходом преобразователя ток-напряжение, первым и вторым ключами, включенными соответственно между входом осциллографа и вько- дами ваттметра и узкополосного усилителя, а-второй выход модулятора соединен с вторым входом осциллографа.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования физико-механических свойств материалов. Целью изобретения является повышение точности и надежности измерений. В устройстве для измерения нелинейного 4акустического параметра с генератора 1 непрерывный.гармонический сигнал подается на модулятор 2, формирующий последовательность синфазных импуль00 CD СО