Способ измерения скорости поверхностных акустических волн Советский патент 1987 года по МПК G01H5/00 

fO

15

11298549

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости поверхностных акустических волн.

Целью изобретения является повыше- 5 ние точности измерений путем определения фазовой скорости поверхностных акустических волн.

На чертеже изображено устройство, реализующее способ измерения скорости поверхностных акустических волн.

Устройство, реализующее способ измерения скорости поверхностных акустических волн, содержит блок 1 исследования амплитудно-частотной характеристики с генератором (не показан) и с анализатором спектра (не показан), последовательно соединенные переключатель 2, вход которого соединен с генератором блока I исследования амплитудно-частотной характеристики, и частотомер 3, излучающий встречно-штыревой преобразователь 4, соединенный с вторым выходом переключателя 2, два приемных встречно- штыревых преобразователя (ВШП) 5 и 6, сумматор 7, входы которого соединены с выходами приемных встречно-штыревых преобразователей (ВШП) 5 и 6, а выход - с входом блока 1 исследования амплитудно-частотной характеристики. Предусмотрена установка встречно-штыревых преобразователей 4 - 6 на поверхности контролируемого изделия 8.

20

25

N - число пар штырей встречно- штыревых преобразователей, определяют минимальное значение суммарного сигнала.

Переключают переключатель 2 и подают сигнал на частотомер 3, который фиксирует частоту f, соответствующую минимальному значению суммарного сигнала, по которой с учетом разности дЬ расстояний от излучающего преобразователя 4 до двух приемных преобразователей 6 и 5 определяют искомый параметр по формуле м ,

2in+l где m - номер минимума (целые числа).

Причем разность расстояний от излучающего преобразователя 4 до двух приемных встречно-штыревых преобразователей 5 и 6 определяется из соотношения

(2ffl±i)N . , . , . (2m+l)(N+2) , т U ь - /---т U

и.

2(N+1)

2(N+1)

при

m

N-1 Г

30

где m - целые числа;

N - число пар штырей встречно- штыревых преобразователей; d - период встречно-штыревого

преобразователя.

Известно, что на центральной частоте f. , при которой длина волны Л

ПАВ равна периоду d ВШП, преобразоУстройство, реализующее способ из- ватель работает наиболее эффективно.

Эта частота определяется скоростью распространения ПАВ V, и пространственным периодом d ВШП

мерения.скорости поверхностных акустических волн (ПАВ) 5 .работает .следующим образом.

Сигнал с генератора блока 1 исследования амплитудно-частотной характеристики подается на вход переключателя 2, с выхода которого сигнал подается на излучающий встречно-штыревой преобразователь 4. Принятые приемными встречно-штыревыми преобразователями 5 и 6 поверхностные акустические волны (ПАВ) суммируются в сумматоре 7 и подаются на блок 1 исследования амплитудно-частотной характеристики, меняя частоту генератора блока 1 исследования амплитудно-частотной характеристики в диапазоне частот

40

f Vo

о- d

(1)

45

Известно, что полоса пропускания ВШП, определенная по нулям главного лепестка, равна

(2)

ВШ.

uf

2f N

(3)

50

где N - число пар штырей в Можно показать, что

f Y Iaii/21 2

t L U. Главной задачей при нахождении фазовой скорости ПАВ является точное определение порядкового номера частоты f|, при которой наблюдается минимум сигнала. Выбрав лЬ, мы добьемся того, что внутри главного лепестка частотной зависимости амплитуды, возбуждаемой ПАВ, будет находиться лишь один единственный минимум.

f(l-l/N) &f f(l + l/N),

o

центральная частота излучающего встречно-штыревого преобразователя;

O

15

5

0

N - число пар штырей встречно- штыревых преобразователей, определяют минимальное значение суммарного сигнала.

Переключают переключатель 2 и подают сигнал на частотомер 3, который фиксирует частоту f, соответствующую минимальному значению суммарного сигнала, по которой с учетом разности дЬ расстояний от излучающего преобразователя 4 до двух приемных преобразователей 6 и 5 определяют искомый параметр по формуле м ,

2in+l где m - номер минимума (целые числа).

Причем разность расстояний от излучающего преобразователя 4 до двух приемных встречно-штыревых преобразователей 5 и 6 определяется из соотношения

(2ffl±i)N . , . , . (2m+l)(N+2) , т U ь - /---т U

и.

2(N+1)

2(N+1)

при

m

N-1 Г

где m - целые числа;

N - число пар штырей встречно- штыревых преобразователей; d - период встречно-штыревого

преобразователя.

Известно, что на центральной частоте f. , при которой длина волны Л

40

f Vo

о- d

(1)

5

Известно, что полоса пропускания ВШП, определенная по нулям главного лепестка, равна

(2)

ВШ.

uf

2f N

(3)

0

5

где N - число пар штырей в Можно показать, что

f Y Iaii/21 2

t L U. Главной задачей при нахождении фазовой скорости ПАВ является точное определение порядкового номера частоты f|, при которой наблюдается минимум сигнала. Выбрав лЬ, мы добьемся того, что внутри главного лепестка частотной зависимости амплитуды, возбуждаемой ПАВ, будет находиться лишь один единственный минимум.

Докажем последнее утверждение. Для того, чтобы внутри главного лепестка частотной зависимости амплитуды ПАВ был лишь один минимум f не- . обходимо:J

а) „ --f f f. (4)

или

fod

т.е. чтобы т-й минимум попал внутрь главного лепестка;

б) чтобы частотные расстояния между минимумами было не меньше ширины главного лепестка

&f.

. uf

чим

Подставив (2) и (3) в (4), полу- 1 Г (1-1/N) Ysi3±I/21 f(,.,/N)

и, учитывая (1)

(т+1/21а .т IS±l/2lLd .. TTT/N 1-1/N

но

(n +l/21d i2m+llNd

Г+1/N2(N+1)

(2m+llNd+ 2m+lld- 2mJ:lid 2(N+1)

J2miiH|±lldzI2m±nd,,/2)d- 2m+l ,

2(N+1) Аналогично

lfti/p.,..,/2)..,.. Т.е. (6) можно переписать в виде m+1/2 - )d дЬ d m+l/2 +

,

2Ш+Т)

(.42mtl)lNi21

2(N+n -2fN+n

2(N+1)

N-1

где m

m - целое число; N - число пар штырей. Из (3) следует, что частотное стояние между минимумами равно

. (2) в (3), получим - V,p-N

ЬЬ -

„ 2

и с учетом того, что скорость, длина волны,и ее частота связаны соотноше- нием V(p Я/fjj , и того, что на частоте f d, имеем

&L

Nd

С9)

если учесть в (9) требования (7) , (9), можно практически переписать виде

Nd

(m+l/2).d .

т.е.

Ю

т

N-1

(10)

15

)

20

25

30

35

40

45

50

55

Формула изобретения

СпЬсоб измерения скорости поверхностных акустических волн, заключающийся в том, что излучающим встречно- штыревым преобразователем возбуждают в контролируемом изделии поверхностные акустические волны, принимают последние двумя приемными встречно-штыревыми преобразователями, расположенными на разных расстояниях от.излучающего встречно-штьфевого преобразователя, суммируют принятые преобразователями сигналы и регистрируют амплитуду суммарного сигнала, изменяют частоты возбуждаемых поверхностных акустических волн, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют частоту возбужденных поверхностных волн, соответствующую минимуму амплитуды суммарного сигнала, по которой с учетом разнос- . ти расстояний от излучающего до двух приемных встречно-штыревых преобразователей определяют искомый параметр, причем возбуждение поверхностных волн осуществляют в диапазоне частот f, (1-1/N) f : f (1-H/N) где f - центральная частота излучающего встречно-штыревого преобразователя;. N - число пар штырей встречно- штыревых преобразователей, а разность д.Ь расстояний от излучающего до двух приемных встречно- . штыревых преобразователей выбирают из условия

(2m±ilN . . L i2miiliN+21 . 2( 2(N+1) при

N-1 m

где m - целые числа;

N - число пар штырей встречно- штыревых преобразователей;

d - период встречно-штыревых преобразователей .

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерений. В устройстве, реализующем способ измерения скорости, устанавливают излучающий 4 и приемные встречно-штыревые 5 и 6 преобразователи на расстояниях, удовлетворяющих условию:С(2т+ + l)N/2(N-H)-d л L (2m-i- l)(N+2)/ /2(N+l) d при m :(N-)/2, где m - целые числа; N - число пар штырей встречно-штыревых преобразователей; d - период встречно-штыревого преобразователя, а L разность расстояний от излучающего преобразователя до двух приемных преобразователей. Возбуждают излучакяций встречно-штыревой преобразователь 4 в диапазоне частот if, удовлетворяющем неравенству: f(1- ) -с af f(l + l/N), где f - центральная частота излучающего встречно-штыревого преобразователя; N -число пар штырей встречно-щтыревых преобразователей. Определяют минимальное значение сигнала, полученного путем сложения принятых приемными встречно- щтыревыми преобразователями 5 и 6 сигналов. Измеряют частотомером 3 частоту, соответствующую минимальному значению суммарного сигнала, по которой с учетом разностиД L от излуча- кщего преобразователя 4 до двух при- емных встречно-штыревых преобраэова- .телей 5 и 6 определяют искомый параметр. 1 ил.