Интерферометр для измерения поглощения ультразвука Советский патент 1986 года по МПК G01H5/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для измерения поглощения ультразвука. Цель изобретения - повьшение производительности и помехозащищенности путем вьщеления ма.ксимальных значений модулирунщего сигнала не только при возрастании, но и при увеличении его амплитуды. На фиг. 1 изображен интерферометр для измерения поглощения ультразвука; на фиг. 2 - временные диаграммы интерферометра. Интерферометр для измерения поглощения ультразвука содержит последовательно соединенные генератор 1, пьезоизлучатель 2 и пьезоприемник 3, расположенные в камере 4, и усилитель-детектор 5, блок 6 перемещения пьезоприемника 3, последовательно соединенные блок 7 выделения положительных импульсов, соединенный с выходом усилителя-детектора 5, блок 8 выделения максимумов положительных импульсов с формирователем 9 нулевых смещений, последовательно соединенные блок 10 выделения отрицательных импульсов, соединенный с выходом усилителя-детектора 5, блок 11 выделения максимумов отрицательных импульсов, измеритель 12 отношений, первым входом соединенный с выходом блока 8 вьщеления максимумов положительных импульсов, вторым входом - с выходом блока 11 выделения максимумов отрицательных импульсов, последовательно соединенные генератор 13 одиночных импульсов и мультивибратор 14, последовательно соединенные программный счетчик 15 импульсов, первым входом соединенный с выходом генератора 13 одиночньск импульсов, вторым входом - с вьпсодом ждущего мультивибратора 14, третьим входом - с вторыми выходами блока 8 вьзделения максимумов 11оложительк ых импульсов с формирователем 9, и час тотомер 16, вторым входом соединенный с выходом усилителя-детектора 5 Последовательно соединены интегратор 17, первым входом соединенный с выходом генератора 13 одиночньж импульсов, вторым входом - с вторым выходом программного счетчика 15 им пульсов, третьим входом - с выходом измерителя 12 отношений, и цифровой вольтметр 18, вторым входом соедане 23 С блоком 6 перемещений, выход ждущего мультивибратора 14 соединен с входом блока 6 перемещений, а второй выход блока 8 выделения максимумов положительных импульсов с формирователем 9 нулевых смещений соединен с вторьм входом блока 11 вьщеления максимумов отрицательных импульсов. Предусмотрено введение формирователя 19 амплитуд, вход которого соединен с вькодом усилителя-детектора 5,а выходы - с вторыми входами блоков 7 и 10 вьщеления положительных и отрицательных импульсов. Второй выход блока 8 вьщеления максимумов положительных импульсов является выходом формирователя 9 нулевых смещений, Интерферометр для измерения поглощения ультразвука работает следующим образом. После включения генератор 1 начинает вырабатывать высокочастотное напряжение, подаваемое на пьезоизлучатель 2, который излучает ультразвуковые волны распространяющиеся в исследуемом веществе, помещенном в камере 4. Ультразвук частично отражается от пьезоприемника 3, частично преобразуется им в электрические колебаний, усиливаемые и детектируемые усилителем-детектором 5. Процесс измерения начинается с запуска генератора 13 одиночных импульсов.Вырабатываемый им импульс приводит в исходное рабочее состояние (сброс) интегратор 17 и программный счетчик 15 импульсов и запускает ждущий мультивибратор 14. Сформированный ждущим мультивибратором 14 импульс запускает программный счетчик 15 импульсов и блок 6 перемещения, который с постоянной скоростью начинает перемещать пьезоприемник 3 относительно пьезоизлучателя 2 на фиксированном расстоянии L На обкладках пьезаприемника 3 развивается переменное напряжение, максимумы модуля которого соответствуют акустическому резонансу столбика среды между пьезоизлучателем 2 и пьезоприемником 3 и повторяются при изменении длины столбика на каждую полуволну (i/2 ультразвука. Максимумы по.лучаются при длине столбика среды, отличакяцейся от указанного на четверть длины волны /4 ультразвука. Огибающая переменного напряжения выделяется усилителем-детектором 5 выходное напряжение которого изобр жено на.фиг. 2а. По определению коэффициент погл щения ультразвука может быть найде по формуле fh о/aibtta Величина /| /4 через фиксированное расстояние L и число дпин полуволн N, укладывакицихся на этом расстоянии, выразится Так как отношение -- const, при интегрировании N th -т -выходе интегратора 17 величина выд ваемого им напряжения будет А. )t, (3 - (1ь где - постоянная интегрирования; t - время интегрирования, которое можно выразить через период Т след вания максимумов выходного сигнала усилителя-детектора 5 или через их частоту следования V : N.T - -f Тогда коэффициент поглощения ультра звука через введенные параметры может быть определен по формуле 2N tV 2N t V-} Так как . -- R const, Таким образом, по измерению напряжения интегрирования и частоты изменения сигнала при заданных константах и L возможно определение коэффициента поглощения ультразвука Для этого на первом и втором выхода формирователя 19 амплитуд вырабатываются короткие положительные им(4 (5) 234 пульсы, соответствующие отрицательным и положительным амплитудам входного напряжения (фиг.2Э,)). В момент поступления короткого положительного импульса на вход блока 7 вьщеления положительных импульсов на его второй вход одновременно поступает экстремальное значение положительного полупериода входного напряжения, которое запоминается и хранится на выходе этого блока 7 в течение одного периода Т (фиг. 2г). В момент поступления короткого положительного импульса на вход блока 1О выделения отрицательных импульсов на его второй вход одновременно поступает экстремальное значение отрицательного полупериода входного напряжения, которое запоминается и хранится на выходе этой схемы в течение одного периода Т (фиг.2д). При выработке формирователем 9 нулевых смещений коротких импульсов (фиг.2е) в момент изменения знака входного напряжения блоки 8 и 11 вьщеления максимумов запоминают в течение одного и того же периода Tj значения положительного и отрицателью ного напряжения соответственно |(фиг.2ж;з). С выходов блоков 8 и 11 выделения максимумов сигналы поступают на входы измерителя 12 отношений, который определяет логарифм отношения двух входных сигналов (фиг.2и). С выхода измерителя 12 сигЯал поступает на вход интегратора 17. Последний начинает интегрировать поступаюций на его вход сигнал после прихода на его вход запускающего импульса с второго выхода программного счетчика 15 импульсов, выдаваемого после прихода на его третий вход второго по счету короткого положительного импульса с выхода формирователя 9 нулевых смещений (фиг.2к). Получаемое на выходе интегратора 17 напряжение (фиг.2л) измеряется цифровым вольтметром 18 по приходу на его стартовый вход импульса с выхода блока 6 перемещений, выдаваемого этим блоком по окончании перемещения пьезоприемника 3 на фиксированном расстоянии L. Измерение частоты изменения напряжения осуществляется частотомером 16 по приходу на его вход импульса выхода программного счетчика 15

импульсов, формирующего этот импульс по второму преднабору последовательности коротких положительных импульсов с выхода фop шpcнaтeля 9 нзшевых смещений в момент времени, когда пьезоприемник 3 находится приблизительно посредине перемещения L.

Формула изобретения

Интерферометр для измерения поглощения ультразвука, содержащий электроакустически последовательно соединенные генератор, пьезоизлучатель и пьезоприемник, расположенные в камере интерферометра, и усилительдетектор, блок перемещения пьезоприемника, последовательно,соединенные блок вьщеления положительных импульсов, соединённый с выходом усилителя-детектора, и блок вьщеления максимумов положительных импульсов, последовательно соединенные блок вьщеления отрицательных импульсов, соединенный с выходом усилителядетектора, и блок выделения максимумов отрицательных импульсов, измеритель отношений, входами соединенньш с выходами блоков выделения максимумов, отличающийся тем, что, с целью .повьшения производительности и помехозащищенности, он снабжен последовательно соединенными генератором одиночных импульсов и ждупщм мультивибратором, последовательно соединенными программным счетчиком импульсов, первым входом соединенным с выходом генератора одиночных импульсов, вторым входом с выходом ждущего мультивибратора,

и частотомером, вторым входом соединенным с выходом усилителя-детектора, последовательно соединенными интегратором, первым входом соединенным с выходом генератора одиночных импульсов, вторым входом - с вторым выходом программного счетчика импульсов, третьим входом - с выходом измерителя отношений, и цифровьм вольтметром, вторым входом

соединенным с блоком перемещений, блок выделения максимумов положительных импульсов выполнен с формирователем нулевых смещений, второй вход которого соединен с выходом

усилителя-детектора, второй выход с вторым входом блока выделения максимумов отрицательных импульсов, и с третьим входом программного счетчика импульса, а выход ждущего

мультивибратора соединен с входом блока перемещений.

/ X .t

V/

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения поглощения ультразвука. Целью изобретения является повьшзение производительности и помехозащищенности путем вьщеления максимальных значений модулирующего сигнала не только при возрастании, но и при увеличении его амплитуды. В интерферометре генератор возбуждает пьезоизлучатель, который излучает ультразвуковые волны в исследуемое вещество, помещенное в камеру. Ультразвук частично отражается от пьезоприемника, частично преобразуется им в электрические колебания, которые поступают на усилитель-детектор. Процесс измерения начинается с запуска генератора одиночных импульсов, которьй вьфабатываемым им импульсом приводит в исходное рабочее состояние интегратор и программный счетчик и запускает ждущий мультивибратор. На обкладках пьезоприемника развивается переменное напряжение, максимумы модуля которого соответствуют акустическому резонансу столбика среды между пьезоизлучателем и пьезоприемником и повторяются при изменении длины столбика на каждую полуволну ультразвука. С выходов блоков выделения максимумов положиа S тельных и отрицательных импульсов сигналы поступают на входы измерите(Л ля отношений, с которого сигнал пос ступает на интегратор. Интегратор начинает интегрировать поступающий на его вход сигнал после прихода на его вход запускающего импульса с второго выхода программного счетчиN9 ка импульсов, вьздаваемого после при хода на его третий вход второго по счету короткого положительного импульса с выхода формирователя нулеto вых смещений. Получаемое на выходе оо интегратора напряжение измеряется цифровым вольтметром. 2 ил.

е

ж 3

и

t

t

t t

Фиг. 2