Устройство для измерения частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн Советский патент 1988 года по МПК G01H3/00 G01N29/00 

со со

lN3

СО

00

10

15

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в различных областях науки и техники при исследовании физических свойств, а также контроле качества твердых тел.

Цель изобретения - повьшение производительности измерения за счет визуализации исследуемой частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для измерения частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для измерения частотной зависимости коэффициента аатуха- 20 кия ультразвуковых волн содержит последовательно соединенные синхрониза- I

тор 1, блок 2 модулирующего напряжения, частотнбш модулятор 3, -генератор 4 импульсов, второй вход кбторо- 25 го подключен к второму выходу синхронизатора 1, и резонансный ультразвуковой преобразователь 5, подключенные к выходу последнего последовательно соединенные усилитель 6 и амплитудный детектор 7, осциллограф 8, вход запуска которого подключен к третьему выходу синхронизатора 1, подключенный к четвертому выходу синхронизатора 1 генератор 9 импульс.ов сравнения, выход которого подключен к первому информационному входу осциллографа 8, и подключенные к выходу амплитудного детектора 7 последовательно соединенные логарифмический усилитель 10,, линию И задержки, дифференциальный усилитель 12, второй вход которого подключен к выходу логарифмического усилителя 10, и формирователь 13 огибающей, выход которо- д го подключен к второму информационному входу осциллографа 8. Кроме того, на чертеже показан исследуемый образец 14. Позициями 15-23 обозначены импульсы принятых сигналов.

Устройство работает следующим образом..

В исследуемый образец 14 излучают ультразвуковые импульсы с помощью ре30

35

40

50

изменяют периодически в диапазоне частот, включающем основную резона ную частоту резонансного ультразву вого преобразователя 5 и заданное число нечетных гармоник.

На фиг.2а изображен высокочасто ный электрический радиоимпульс, ко рый возбуждает резонансный ультраз ковой преобразователь 5 и в предел которого частоту заполнения изменя в диапазоне частот, включающем осн ную резонансную частоту резонансно ультразвукового преобразователя 5 три ее нечетные гармоники. При воз буждении резонансного ультразвуков го преобразователя 5 таким импульс в исследуемом образце 14 генерирую и распространяют четыре ультразвук вых импульса. На фиг.26 первые че ре импульса соответствуют огибающи импульсов ультразвуковых колебаний излученных резонансным ультразвуко вьм преобразователем 5 в исследуем образец 14, при возбуждении резона ного ультразвукового преобразовате 5 на основной резонансной частоте, ее третьей, пятой и седьмой гармон ках. Импульсы ультразвуковых колеб ний с различной частотой заполнени распространяются в исследуемом обр це 14 независимо друг от друга, мн гократно отражаясь от его противоп ложных граней. Резонансным ультраз ковым преобразователем 5 принимают отраженные эхо-импульсы, по параме рам которых определяют коэффициент затухания ультразвуковых волн на р зонансных частотах резонансного ул развукового преобразователя 5. Для этого с помощью амплитудного детек тора 7 рыделяют огибающие принятых .эхо-импульсов и логарифмируют их в логарифмическом усилителе 10. На фиг.26, начиная с пятого импульса, изображены импульсы, амплитуда кот рых пропорциональна логарифму ампл тудного значения огибающей каждого принятого эхо-импульса. Прологариф мированные огибающие принятых импу сов задерживают на время, кратное двойному времени прохождения ультр звука через исследуемый образец 14 с помощью линии 11 задержки. На

зонансного ультразвукового преобразо- г Фиг.2в изображены импульсы, задервателя 5, который возбуждают электрическими импульсами, вырабатываемыми генераторам 4 импульсов. Частоту заполнения в пределах каждого импульса

жанные на время двойного прохожден ультразвука через исследуемый обра зец 14. Из задержанных импульсов в читают незадержанные с помощью диф

0

5

0

5

0

5

0

0

изменяют периодически в диапазоне частот, включающем основную резонансную частоту резонансного ультразвукового преобразователя 5 и заданное число нечетных гармоник.

На фиг.2а изображен высокочастотный электрический радиоимпульс, который возбуждает резонансный ультразвуковой преобразователь 5 и в пределах которого частоту заполнения изменяют в диапазоне частот, включающем основную резонансную частоту резонансного ультразвукового преобразователя 5 и три ее нечетные гармоники. При возбуждении резонансного ультразвукового преобразователя 5 таким импульсом в исследуемом образце 14 генерируют и распространяют четыре ультразвуковых импульса. На фиг.26 первые четыре импульса соответствуют огибающим импульсов ультразвуковых колебаний, излученных резонансным ультразвуко- вьм преобразователем 5 в исследуемый образец 14, при возбуждении резонансного ультразвукового преобразователя 5 на основной резонансной частоте, ее третьей, пятой и седьмой гармониках. Импульсы ультразвуковых колебаний с различной частотой заполнения распространяются в исследуемом образце 14 независимо друг от друга, многократно отражаясь от его противоположных граней. Резонансным ультразвуковым преобразователем 5 принимают отраженные эхо-импульсы, по параметрам которых определяют коэффициент затухания ультразвуковых волн на резонансных частотах резонансного ультразвукового преобразователя 5. Для этого с помощью амплитудного детектора 7 рыделяют огибающие принятых .эхо-импульсов и логарифмируют их в логарифмическом усилителе 10. На фиг.26, начиная с пятого импульса, изображены импульсы, амплитуда которых пропорциональна логарифму амплитудного значения огибающей каждого принятого эхо-импульса. Прологарифмированные огибающие принятых импульсов задерживают на время, кратное двойному времени прохождения ультразвука через исследуемый образец 14, с помощью линии 11 задержки. На

жанные на время двойного прохождения ультразвука через исследуемый образец 14. Из задержанных импульсов вычитают незадержанные с помощью диффе

ренциального усилителя 12, Полученные на выходе дифференциального усилителя 12 разностные импульсы пропорциональны значениям коэффициента затухания ультразвуковых волн на резонансных частотах резонансного ультразвукового преобразователя 5. По значениям коэффициента затухания на соответствующих резонансных частотах резонансного ультразвукового преобразователя 5 определяют частотную зависимость коэффициента затухания ультразвуковых волн в исследуемом образце 14. Для этого в блоке формирователя 13 огибающей формируют огибающую последовательности разностных импульсов, которой представляют характеристику частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн в исследуемом образце 14, и получают ее видимое изображение на экране двухканального осциллографа 8. На фиг.2г изображены периодические последовательности импульсов, амплитуда которых пропорциональна.значениям коэффициента затухания ультразвуковых волн в исследуемом образце 14 на соответствующих резонансных частотах резонансного ультразвукового преобразователя 5 (импульсы 15, 19 и 23 - на основной резонансной частоте, 16 и 20 - на третьей ее нечетной гармонике, 17 и 21 - на пятой ее нечетной гармонике, 18 и 22 - на седьмой ее нечетной гармонике), и огибающие последовательностей импульсов, представляющие характеристику частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн в исследуемом образце 14, На второй информационный вход осциллографа 8 подается калиброванный импульс сравнения с генератора 9 импульсов сравнения для отсчета коэффициента затухания ультразвука. Синхронизатор 1. обеспечивает согласованный между собой запуск генератора 4 импульсов, генератора развертки двухканального осциллографа В,генератора 9 импульсов сравнения и блока 2 модулирующего напряжения. Блок 2 модулирующего напряжения вырабатывает соответствующее напряжение, например линейно изменяющееся, которое подается на частотный модулятор 3 и с помощью которого периодически изменяют частоту заполнения в пределах каждого электрического импульса возбуждения резонансного ультразвукового преобразователя 5 и диапазон частот, включающий основную резонансную частоту преобразователя 5 и заданное число

ее нечетных гармоник. Частотный модулятор 3 при подаче на него модулирующего напряжения с блока -2 модулирующего напряжения непосредственно изменяет частоту генератора 4 импульсов.

Изобретение обеспечивает возможность получения на экране осциллографа изображения частотной зависимости

коэффициента затухания ультразвуковых волн в исследуемой среде. Это особенно важно при исследовании частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн, изменяющегося при различных внешних воздействиях, а также при контроле качества твердых тел, производимого по частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн.

Формула изобретения

Устройство для измерения частот- ной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, блок модулирующего напряжения, частотный модулятор, генератор

импульсов, второй вход которого подключен к второму выходу синхронизатора, резонансный ультразвуковой преобразователь, подключенные к выходу по.следнего последовательно соединенные усилитель и амплитудный детектор, и осциллограф, вход запуска которого подключен к третьему выходу синхронизатора, отличающее- с я тем, что, с целью повышения производительности, оно снабжено подключенным к четвертому выходу синхронизатора генератором импульса сравнения, выход которого подключен к первому информационному входу осциллографа, и подключенным к выходу амплитудного детектора последовательно соединенными логарифмическим усилителем, линией задержки, дифференциальным усилителем, второй вход которого

подключен к выходу логарифмического усилителя, и формирователем огибающей, выход которого подключен к второму информационному входу осциллографа.

Изобретение относится к ультразвуковой технике. Цель изобретения- повьшение производительности измерения за счет визуализации исследуемой частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн. В исследуемый образец 14 излучают ультразвуковые импульсы с помощью резонансного преобразователя 5, с помощью модулятора 3 изменяют периодически частоту заполнения в пределах каждого импульса в диапазоне частот, включающем основную резонансную частоту преобразователя и ее нечетные гармоники, принимают отраженные эхо- импульсы, по параметрам которьпс определяют частотную зависимость коэффициента затухания ультразвуковых волн в исследуемой среде. С помощью формирователя 13 формируют огибающую последовательности импульсов, которой представляют характеристику частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн и исследуемой среде. Результат измерения получают на экране осциллографа 8. 2 ил. (Л

Фиг.1