Способ определения акустических характеристик среды Советский патент 1991 года по МПК G01H5/00 G01N29/00 

Изобретение относится к определению акустических характеристик среды с применением ядерной гамма-резонансной спектроскопии, в частности к определению скорости распространения и коэффициента затухания ультразвуковых (УЗ) колебаний в конденсированных средах.

Цель изобретения - повышение точности и расширение частотного диапазона измерений в сторону низких частот за счет исключения многократного измерения исследуемой среды при разных ее толщинах и обеспечения возможности измерения в режиме рассеяния мессбауэровского у-излу- чения.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого

способа при измерении в режиме пропускания у-излучения; на фиг.2 - то же, в режиме рассеяния у-излучения, на фиг 3 приведены временные зависимости интенсивности мессбауэровского у-излучения для двух толщин среды.

Устройство содержит источник 1 у-излучения, исследуемый объект 2, на одной поверхностикоторогопомещенмессбауэровский поглотитель 3, а на противоположной поверхности - пьезопреобразова- тель 4. Выход генератора 5 электрических колебаний акустического диапазона частот подключен кпьезопреобраэовэтелю4иблоку 6 формирования стартового сигнала, выход которого подключен к пусковому входу анализатора 7. Выход детектора 8 у-излучения

О

ел

g

подключен к регистрационному входу анализатора 7.

Способ определения акустических характеристик среды осуществляют следующим образом.

В исследуемой среде 2 возбуждают упругие колебания с помощью генератора 5 и пьезообразователя А. Мессбауэровское у- излучение от источника 1 направляют на исследуемый объект 2. Упругие колебания, проходя через исследуемую среду, возбуждают колебания мессбауэровских ядер поглотителя с амплитудой, зависящей от толщины исследуемой среды: чем больше толщина среды, тем меньше амплитуда акустических волн, дошедших до поглотителя и соответственно меньше амплитуда колебаний мессбауэровских ядер. Число поглощенных мессбауэровским поглотителем у-квантов в свою очередь зависит от амплитуды колебаний мессбауэровских ядер: чем больше амплитуда колебаний, тем меньше число поглощенных мессбауэровских у- квантов. Таким образом, число зарегистри- рованных детектором 8 у-квантов изменяется во времени, т.е. наблюдается модуляция у-излучения акустическими волнами. Детектор 8 преобразует модулированное у -излучение в электрические сигналы, которые поступают на регистрационный вход анализатора 7. Одновременно на пусковой вход анализатора 7 от блока 6 формирования поступают стартовые импульсы, сформированные от одной и той же фазы каждого периода колебаний выходного сигнала генератора 5. Стартовый импульс служит для запуска многоканального анализатора 7. в котором имеет место последовательное автоматическое функционирование каналов на строго определенное время. Каждый канал анализатора связан с определенной частью периода акустического колебания и накапливает информацию о числе у-квантов, поступивших на детектор за время своего функционирования. Информация, накопленная в каналах, дает картину распределения числа зарегистрированных у- квантов от времени. Как было указано выше, это осциллирующая кривая с периодом, равным периоду акустических колебаний (см.фиг.З). Эту кривую снимают при произвольных двух толщинах среды. При этом в обоих измерениях стартовые импульсы подают на пусковой вход анализатора 7 с одной и той же фазы акустического колебания. Так как акустические колебания, начатые на входной поверхности исследуемой среды, достигают приемной поверхности в фазе . то при изменении толщины среды на

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

V 2 rfвеличину Ad акустические колебания, начатые на входной поверхности, с той же фазы достигают приемной поверхности в фазе (pi. Измеряя фазовый сдвиг Јxp ( , можно определить скорость распространения акустического колебания в исследуемой среде, поскольку эти величины связаны соотношением

Adm

25р-(1)

где f-частота акустического колебания. Так как обе кривые зависимости числа зарегистрированных у-квантов от времени (см. фиг.З) имеют период Т модулирующего акустического колебания, то тот же фазовый сдвиг &р имеют также и минимумы интенсивности мессбауэровского излучения на этих кривых. Измеряя временной сдвиг At минимума интенсивности мессбауэровского излучения, одновременно наблюдают и искомый фазовый сдвиг, так как они пропорциональны

Ap -At.

Способ позволяет также определять колебательную скорость акустической волны в исследуемой среде, а также коэффициент затухания акустических колебаний в исследуемой среде. Колебательную скорость акустической волны определяют путем измерения числа зарегистрированных у- квантов от времени. Зависимость числа зарегистрированных у -квантов от времени определяется выражением

N(t) Nof 1-&&

I Жп

где NO - число у-квантов в единицу времени вне резонанса (эту величину определяют регистрацией числа у-квантов при выключенном генераторе 5);

/Й- эффективная толщина поглотителя;

V(t) - скорость движения поглотителя:

А- длина волны у-кванта; Г - ширина линии поглощения у-кван- та:

АХ - энергетический сдвиг между резонансными частотами излучения и поглощеНИЯ(ДХ );

uJb - резонансная частота излучения у- квантов;

иь - резонансая частота поглощения у-квантов.

В этом выражении N(t) измеряют экспериментально; значения /, Я , Г и А X известны. Таким образом, решая обратную задачу, можно определить V(t) - скорость движения поглотителя, которая представляет собой колебательную скорость акустической волны в исследуемой среде. Коэффициент затухания акустических колебаний в исследуемой среде определяют по формуле

а

1

In

A0di

d2- di АО da

rfledin d2 произвольные две толщины исследуемой среды;

Aodi и A0d2 - амплитуды акустических колебаний на выходной поверхности среды при §е толщинах соответственно di и J2.

Амплитуды A0di и Aod2 определяют из выражения

V (t ) 2л: f АО dn sin ( 2 я f t + ро ) ,

где f - частота акустического колебания (частота генератора 5);

ро - начальная фаза.

Для определения A0di и Aod2 сначала определяют из (1) Vi и Va, измеряя NI и №. Временная регистрация изменения числа у-квамтов исключает необходимость многократного изменения толщины образца. Достаточно снять зависимость относительной интенсивности мессбауэровского излучения от времени для двух произвольных толщин образца. В случае измерений в сильнопоглощающих средах обеспечивает0

5

0

5

ся возможность измерений в режиме рассе-ч яния у-излучения. Это позволяет расширить диапазон измерений в сторону низких частот и использовать более толстые образцы.

Формула изобретения Способ определения акустических характеристик среды, заключающийся в том, что в исследуемой среде возбуждают акустические колебания, облучают ее мессбау- эровским у -излучением, регистрируют параметры у -излучения, модулированного акустическими колебаниями, прошедшими через исследуемую среду при разных ее толщинах, по которым судят о контролируемых характеристиках среды, отличающий ся тем, что, с целью повышения точности и расширения частотного диапазона в сторону низких частот, регистрируют интенсивность мессбауэровского у-излучения для двух толщин среды, начиная с одинаковых значений фаз акустических колебаний, а скорость распространения и затухание акустических колебаний и колебательную скорость акустической волны определяют по временному сдвигу минимумов интенсивностей мессбауэровского у-излучения.

Изобретение относится к определению скорости распространения и коэффициента затухания акустических колебаний и колебательной скорости акустической волны в конденсированных средах Цель изобретения - повышение точности и расширение частотного диапазона измерений в сторону низких частот за счет исключения многократного изменения толщины исследуемой среды и обеспечения возможности измерения в режиме рассеяния мессбауэровского у-излучения. В исследуемой среде возбуждают акустические колебания, облучают ее мессбауэровским у -излучением, регистрируют параметры у -излучения, модулированного акустическими колебаниями, прошедшими через исследуемую среду при разных тола(инах последней, по которым судят об акустических характеристиках среды. В качестве параметра у-излучения регистрируют интенсивность мессбауэровского у-излучения двух толщин среды, начиная с одинаковых значений фаз акустических колебаний, а скорость распространения и затухание акустических колебаний и колебательную скорость акустической волны определяют по временному сдвигу минимумов интенсивностей мессбауэровского у-излучения.3 ил. Ё

4

фиг.1

0.5

w

Фиг. 2

2,0

2,5 t.ncex