Способ определения параметров ультразвуковой волны в среде Советский патент 1988 года по МПК G01H5/00 

Изобретение относится к техни-

ческой физике, в частности к способам неразрушающего контроля образцо ультразвуковыми методами, и может быть использовано при измерении параметров жидких и твердых сред.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет определения групповой скорости и дисперсионного параметра волны в среде.

На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит генератор 1 сигнала несущей частоты, подключенный к сигнальному входу балансного модулятора 2. К управляющему входу балансного модулятора 2 подключен перестраиваемый по частоте генерато 3 модулирующего сигнала, йагход баласного модулятора,2 через усилитель мощности соединен с электроакустическим преобразователем 5. Электроаку стический преобразователь 5 находится в акустическом контакте с исследемым участком среды или образцом б На расстоянии L от преобразователя 5 размещен электроакустический пре- образователь 7, также находящийся в акустическом контакте с участком среды (ипи образцом 6). Выход преобразователя 7 через предварительный усилитель 8 соединен с квадратичным детектором 9, выход которого через усилитель 10 низкой частоты подключен к сигнальному входу фазового детектора I1. Вход опорного сигнала фазового детектора 11 соединен с вы ходом генератора 3 чере з удвоитель 12 частоты. На выходе фазового детектора 11 включен регистратор 13.

Способ определения параметров ультразвуковой волны в среде реализ ется следующим образом.

Вводят в среду ультразвуковые колебания, содержащие составляющие дв частот. Для этого формируют с помощью генератора 1 высокочастотный не прерывный синусоидальный сигнал на частоте СО . Одновременно формируют с помощью генератора 3 низкочастотный непрерывный синусоидальный сигнал на частоте Q,/2. Затем форми- руют с помощью балансного модулятора 2 двухчастотиый сигнал, содержащий две спектральные составляющие на частотах

JL. 2

и СО,

Л,

Преобразуют усиленный усилителем 4 двухчастотный сигнал в ультразвуковые колебания, содержащие составляющие двух частот, с помощью электроакустического преобразователя 5.

Принимают в фиксированной точке пространства прошедшие через среду (образец 6) колебания и преобразуют их в электрический сигнал с помощью электроакустического преобразователя 7. Сигнал на выходе электроакустического преобразователя 7 имеет вид:

P(L,t) A,-cos(co,t - K,L +

+ Ч, ) + A,cos(cOit - +tf)

где А

4

А. L К,, Кг, -

амплитуды спектральных составляющих компонент сигнала;

расстояние между электроакустическими преобразователями 5 и 7 длина исследуемого участка среды или образца 6); волновые числа ультразвуковых волн в среде на частотах соответст- венно Q, и со ; Cf, , CfJ начальные фазы спектральных компонент. Вьщеляют сигнал, пропорциональный интенсивности принятого сигнала с помощью удвоителя 8 и квадратичного детектора 9:

В (Lit) А + А + 2 А,А,- г X ,t V,(L) ,,

, - разностная частота; У|(Ь) - фаза сигнала, пропорционального интенсивности принятого сигнала.

Измеряют на разностной частоте Q, фазу 9 (L) сигнала, пропорционального интенсивности принятого сигнала. Для этого усиливают сигнал разностной частоты с выхода квадратичного детектора 9 с помощью усилителя 10. Одновременно формируют опорный сигнал разностной частоты О, с помощью удвоителя 12 частоты. Измеряют на разностной частоте С, фазу сигнала на выходе усилителя 10 с помощью фазового детектора 11:

) (к - к, )L,.

S.,

Изобретение относится к технической физике, в частности к способам неразрушающего контроля образцов ультразвуковыми методами, и может быть использовано при измерении параметров жидких и твердых сред. Целью изобретения является расширение функциональньк возможностей за счет определения групповой скорости и дисперсионного параметра волны в среде. В предложенном способе прозву- чивание исследуемого образца среды осуществляют ультразвуковыми колебаниями, содержащими составляющие двух частот. При изменении разностной частоты измеряют фазу сигнала, пропорционального огибающей принятого сигнала на разностной частоте, по которой определяют не только дисперсионный параметр D, но и групповую скорость V. При этом изменение фазы огибающей с увеличением расстояния от источника происходит гораздо быстрее, чем позволяет исследовать образцы сравнительно малых размеров и повышает точность определения параметров при наличии сильного затухания. 1 ил. (О ел

При Q, « со волновое число К К (со J

можно разложить в ряд около точки СО,; 5 измеренные значения фазы на

соответствующих частотах Q; . В частном случае, когда N 2,

К. К, +

dK dco

. (7, + ° 57 +... формулы для вычисления групповой ско2 dco

рости и дисперсионного параметра D 10 принимают вид:

Тогда фаза огибающей выразится через параметры

do и -;- и D

1

dK d W/dK следующим образом:

с, (Q,) ь(1 С7, +1 Da;),

Полученное значение фазы (, (Q,) регистрируют с помощью регистратора 13.

Затем изменяют разность частот 5 составля.ющих ультразвуковых колебаний и для каждого значения разностной частоты 97; (i 2, 3N) указанные действия повторяют. После этого дисперсионные параметры D и U опреде- 30 ляют по формулам

L

S ( S 5 Sz S4

о о о bjo,- Ь

п - i SiS,-S.S т

Ь bj Ь 5 5

- расстояние между электроакустическими преобразователями 5 и 7;

1

N ZI ,

м

N

S,

S

N У

рости и дисперсионного параметра D 10 принимают вид:

1

г, Сг, г

и (O,-n,)L I Q,

D

V,

(0,-QjL I Q,

a,

2

,

0

5 30

35

40

45

Способ позволяет определить групповую скорость и дисперсионный параметр волны в среде, исследовать образцы малых размеров и повысить точность определения параметров при наличии сильного затухания.

Формула изобретения

Способ определения параметров ультразвуковой волны в среде, заключающийся в том, что в среду вводят ультразвуковые колебания, содержащие со- ставлягацие двух частот, принимают прошедшие через среду колебания, по которым определяют искомый параметр, отличающий ся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения групповой скорости и дисперсионного параметра, изменяют разность частот составляющих ультразвуковых колебаний, принимают прошедшие колебания в фиксированной точке среды, измеряют фазу сигнала, пропорционального интенсивности принятого сигнала для каждого значения разностной частоты, по которой определяют искомые параметры.

r