Способ измерения частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн Советский патент 1989 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к ультразвуковой измерительной технике и может быть использовано в различных областях науки и техники при исследовании физических свойств, а также контроле качества твердых тел, в частности монокристаллов, особенно в тех случаях, когда исследуемые физические свойства или качество твердого тела, определяются по частотной зависимо-

сти коэффициента затухания ультразвука, изменяющейся при различных внешних воздействиях.

Цель изобретения - сокращение времени определения частотной зависимости коэффициента затухания.

На фиг. 1 изображены временные диаграммы напряжений на ультразвуковом преобразователе; на фиг. 2 - структурная схема одного из устройств.

31A

реализующих способ измерения частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн.

Устройство для измерения частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн содержит ультразвуковой .широкополосный преобразователь 1, усилитель 2, амплитудный детектор 3, логарифмический усилитель 4, линию 5 задержки, дифференциальный усилитель 6, двухка- нальный осциллограф 7, генератор 8 -: импульсов сравнения, синхронизатор 9, блок 10 модулирующего напряжения, частотный модулятор 11, генератор 12 импульсов, буфе1 нь й стержень 13 и исследуемый образец 14. Ультразвуковой широкополосный преобразователь

Iсоединен с выходом генератора 12 импульсов и входом усилителя 2. Выход усилителя 2 подключен к входу амплитудного детектора 3, выход которого, в свою очередь, соединен с входом логарифмического усилителя 4, выход логарифмического усилителя 4 подключен к входу линии 5 задержки

и первому входу дифференциального усилителя 6. Второй вход дифференциального усилителя 6 соединен с выходом линии 5 задержки, выход ренциального усилителя 6 подключен к входу первого канала двухканально- го осциллографа 7, вход второго канала двухканального осциллографа 7 соединен с выходом генератора 8 импульсов сравнения, вход генератора 8 импульсов сравнения подключен к первом выходу с.инхронизатора 9, второй выход синхронизатора 9 соединен с третьим входом двухканального осциллот- графа 7, третий выход синхронизатора 9 подключен к входу блока 10 модулирующего напряжения, вькод которого соединен с входом частотного модулятора 11. Выход частотного модулятора

I1подключен к первому входу генератора 12 импульсов, второй вход генератора 12 импульсов соединен с четвертым выходом синхронизатора 9. Ультразвуковой широкополосный преобразователь 1 акустически соединен

с буферным стержнем 13, который акустически соединен с исследуемым образцом 14.

Способ измерения частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн осуществляют следующим образом.

Между ультразвуковым широкополосным преобразователем 1 и исследуемым образцом 14 устанавливают буферный стержень 13, длину которого определяют из условия

5

0

0

где

5

0

Ч

Vj H sV

длины буферного стержня и исследуемого образца соответственно; скорости ультразвуковых волн в буферном стержне и исследуемом образце соответственно.

В исследуемый образец 14 излучают ультразвуковые импульсы с помощью ультразвукового широкополосного преобразователя 1. Длительность электрического импульса, которым возбуждается ультразвуковой широкополосный преобразователь 1, не должна превы-о шать удвоенное время прохождения 5 ультразвука через исследуемый образец 14 для получения разделенных во времени эхо-импульсов. Условие для длины буферного стержня I3 должно выполняться для того, чтобы отделить во времени два эхо-импульса, отраженных от противоположной ультразвуковому широкополосному преобразователю 1 поверхности исследуемого образца 14, от эхо-импульсов, отраженных в буферном стержне 13 от границы буферный стержень 13 - исследуемьш образец 14. Необходимость, использования буферного стержня 13 вызвана больши- ми потерями энергии ультразвуковой волны при отражении от ультразвукового широкополосного преобразователя I, которые учесть практически невозможно. Эти потери слагаются из потерь на преобразование механической энергии в электрическую и потерь в переходном слое. Периодическое изменение частоты заполнения в пределах каждого электрического импульса возбуждения ультразвукового широкополосного преобразователя 1, вырабатываемого генератором 12 импульсов, осуществляют в диапазоне частот, включающем полосу пропускания ультразвукового широкополосного преобразователя 1. Изменение частоты заполнения электрических импульсов в необходимом диапазоне частот, вырабатываемых генератором 12 импульсов, осуществляется частотным модулятором 11

5

0

5

при подаче на него соответствующего модулирующего напряжения, например, пинейно изменяющегося с блока 10 модулирующего напряжения. Высокочастотный электрический радиоимпульс (фиг. 1а), вырабатьгааемый генератором 12 импульсов, используется для возбуждения ультразвукового щирокопо- лосного преобразователя 1, в пределах которого осуществляют изменение частоты заполнения в диапазоне частот, включающем полосу пропускания ультразвукового широкополосного преобразователя 1. Ультразвуковые импульсы, излученные ультразвуковым широкополосным преобразователем 1, .проходя через буферный стержень 13 в исследуемый образец 14, распространяются в нем,многократно отражаясь от его противоположных плоско-параллельных поверхностей. При отражении от границы буферный стержень - исследуемый образец ультразвуковой

звуковому широкополосному преобразователю 1 поверхности исследуемого образца 14 (импульса, прошедшего через исследуемый образец 14 два раза), импульса, прошедшего через линию 5 задержки, совмещена во времени с прологарифмированной огибающей второго эхо-импульса, отраженного от противо- 10 положной ультразвуковому широкополосному преобразователю 1 поверхности,и исследуемого образца 14 (и «пульса, .прошедшего через исследуемый образец 14 четыре раза (фиг. 1в). 15 В дифференциальном усилителе 6

из прологарифмированной огибающей задержанного на удвоенное время прохожт дения ультразвука через исследуемый образец 14 первого эхо-импульса, от- 20 раженного от противоположной ультразвуковому широкополосному преобразователю 1 поверхности исследуемого образца 14 (прошедшего через исследуемый образец 14 два раза), вычитает30

40

шпульс частично проходит в буферньй 25 ся прологарифмированная огибающая стержень 13 и, пройдя через него, второго эхо-импульса, отраженного попадает на ультразвуковой широко- от противоположной ультразвуковому полосный преобразователь 1, с помощью широкополосному преобразователю 1 по которого принимают отраженные эхо-импульсы. Принятые эхо-импульсы усиливаются в усилителе 2 до необходимой величины. Выделяют огибающие принятых усиленных эхо-импульсов с помощью амплитудного детектора 3. Коэффициент затухания ультразвуковых волн определяют по амплитудным значениям двух эхо-импульсов, отраженных от противоположной ультразвуковому широкополосному преобразователю 1 поверхности исследуемого образца 14, включая их логарифмирование в логарифмическом усилителе 4 и определение разности логарифмов амплитуд

эхо-импульсов с помощью дифференци- .-

ального усилителя 6. На выходе лога- в двухканального осциллографа 7. Дпя

ального ycHJiwicjiцо ок глт„птиогп чначения коэ

рифмического усилителя 4 получают прологарифмированные огибающие принятых эхо-импульсов (фиг. 1 б).

Для определения разности логарифмов амплитуд эхо -импульсов предвари- gg тельно прологарифмированная огибающая эхо-импульса, прошедшего через исследуемый образец два раза, совмещается во времени с огибающей эхо-импульса, прошедшего через исследуемый образец четыре раза, с помощью линии 5 задержки. Прологарифмированная огибающая первого эхо-импульса, отраженного от противоположной ультраверхности исследуемого образца 14 (прошедшего через исследуемый образец 14 четыре раза). На выходе дифференциального усилителя 6 образуется разностный сигнал (фиг. 1г), по мгновенной амплитуде которого измеряют частотную зависимость коэффици- ента затухания ультразвуковых волн в полосе частот. Разностный сигнал, представляющий собой непрерывную в полосе пропускания ультразвукового широкополосного преобразователя 1 характеристику частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн в исследуемом образце 14, можно визуально наблюдать на экране двухканального осциллографа 7. Для измерения абсолютного значения коэффициента затухания используется импульс сравнения, вырабатываемый гене ратором 8 импульса сравнения. Синхро низатор 9 обеспечивает согласованный между собой запуск генератора 12 импульсов, генератора развертки двухка нального осциллографа 7, генератора 8 импульсов сравнения и блока 10 модулирующего напряжения. Формула изобретения

Способ измерения частотной зависимости коэффициента затухания ульт

звуковому широкополосному преобразователю 1 поверхности исследуемого образца 14 (импульса, прошедшего через исследуемый образец 14 два раза), импульса, прошедшего через линию 5 задержки, совмещена во времени с прологарифмированной огибающей второго эхо-импульса, отраженного от противо- 10 положной ультразвуковому широкополосному преобразователю 1 поверхности,и исследуемого образца 14 (и «пульса, .прошедшего через исследуемый образец 14 четыре раза (фиг. 1в). 15 В дифференциальном усилителе 6

из прологарифмированной огибающей задержанного на удвоенное время прохожт дения ультразвука через исследуемый образец 14 первого эхо-импульса, от- 20 раженного от противоположной ультразвуковому широкополосному преобразователю 1 поверхности исследуемого образца 14 (прошедшего через исследуемый образец 14 два раза), вычитает25 ся прологарифмированная огибающая второго эхо-импульса, отраженного от противоположной ультразвуковому ю широкополосному преобразователю 1 по х 0

0

5 ся прологарифмированная огибающая второго эхо-импульса, отраженного от противоположной ультразвуковому широкополосному преобразователю 1 по

.-

в двухканального осциллографа 7. Дпя

цо ок глт„птиогп чначения коэ

gg

верхности исследуемого образца 14 (прошедшего через исследуемый образец 14 четыре раза). На выходе дифференциального усилителя 6 образуется разностный сигнал (фиг. 1г), по мгновенной амплитуде которого измеряют частотную зависимость коэффици- ента затухания ультразвуковых волн в полосе частот. Разностный сигнал, представляющий собой непрерывную в полосе пропускания ультразвукового широкополосного преобразователя 1 характеристику частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн в исследуемом образце 14, можно визуально наблюдать на экране двухканального осциллографа 7. Для измерения абсолютного значения коэффициента затухания используется импульс сравнения, вырабатываемый генератором 8 импульса сравнения. Синхронизатор 9 обеспечивает согласованный между собой запуск генератора 12 импульсов, генератора развертки двухканального осциллографа 7, генератора 8 импульсов сравнения и блока 10 модулирующего напряжения. Формула изобретения

Способ измерения частотной зависимости коэффициента затухания ульт«%г.г

Изобретение относится к ультразвуковой измерительной технике и может быть использовано в различных областях науки и техники при исследовании физических свойств, контроле качества твердых тел, в частности монокристаллов, особенно в тех случаях, когда исследуемые физические свойства или качество твердого тела определяются по частотной зависимости коэффициента затухания ультразву ка, изменяющейся при различных внешних воздействиях. Целью изобретения является сокращение времени определения частотной зависимости коэффициента затухания. Согласно способу измерения частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн между ультразвуковым широкополосным преобразователем и исследуемым образцом устанавливают буферный стержень заданной длины. Излучают в исследуемый образец ультразвуковые импульсы. При этом осуществляют пеп . риодическое изменение частоты заполнения в пределах каждого импульса возбуждения ультразвукового широкополосного преобразователя в диапазоне частот, включающем полосу пропускания этого преобразователя. Принимают два эхо-импульса, отраженные от противоположной ультразвуковому преобразователю поверхности исследуемого образца, и измеряют частотную зависимость коэффициента затухания ультразвуковых волн в полосе частот по мгновенной амплитуде разностного сигнала двух эхо-импульсов. 2 ил. ш (Л С ел ОС 00