Способ измерения параметров затухания ультразвука Советский патент 1991 года по МПК G01N29/20 

программный формирователь 12 импупь- сов, частотный модулятор 13 причем резонансный ультразвуковой преобразователь 1 соединен с выходом генератора 2 импульсов и входом усилителя 3, выход усилителя 3 подключен к входу амплитудного детектора 4, выход которого соединен с входом логарифмического усилителя 5 а выход логарифмического усилителя 5 подключен к входу линии б задержки и первому входу дифференциального усилителя 7, выход линии 6 задержки соединен с вторым входом дифференциального усилителя 7,выход которого подключен к входу формирователя 8 огибающей, выход формирователя 8 бгибающей соединен с входом первого канала V двухканального осциллографа 9, а к входу второю канала V двухканальною осциллографа 9 подключен выход генератора 10 импульсов сравнения, вход которого соединен с первым выходом синхронизатора 11, второй,третий и четвертый выходы синхронизатора 11 соответственно соединены с третьим входом (входом X) двухканального осциллографа 9. первым входом генератора 2 импульсов и входом программного формирователя 12 импульсов,выход которого подключен к входу частотного модулятора 13, соединенного своим выходом с вторым входом генератора 2 импульсов резонансный ультразвуковой преобразователь 1 имеет акустический контакт с исследуемым образцом 14.

В исследуемый образец 14 излучают ультразвуковые импульсы с помощью резонансного ультразвукового преобразователя 1. Возбуждение резонансного ультразвукового преобразователя 1 осуществляется периодически повторяющимся электрическим радиоимпульсом, вырабатываемым генератором 2 импульсов. В пределах каждого импульса, вырабатываемого генератором 2 импульсов, частоту заполнения периодически изменяют в диапазоне частот, включающем основную резонансную частоту резонансного ультразвукового преобразователя 1 и ее нечетные гармоники.

Периодическое изменение частоты заполнения в пределах каждого импульса осущестсляют в полосе пропускания резонансного ультразвукового преобразователя 1 на каждой его резонансной частоте по линейному закону, а между полосами пропускания резонансного ультразвукового преобразователя 1 на различных его резонансных частотэх - скачками от верхней граничной частоты полосы пропускания резонансного ультразвукового преобразователя 1 ча кяждой его предыдущей резонансной частоте до нижней граничной частоты полосы пропускания резонансного ультразвукового преобразователя 1 на его последующей резонансной частоте,

Длительность каждого импульса гимп

(фиг.1), вырабатываемого генератором 2 импульсов, не должна превышать удвоенное время прохождения ультразвуковой волны через исследуемый образец 14. В

пределах гимп в зависимости от времени t частота заполнения изменяется следующим образом: от нуля до tif по линейному закону со скоростью /ДОп в полосе пропускания резонансного ультразвукового

преобразователя 1 на его основной резонансной частоте f0 от до fcm В момент времени ti частота заполнения f от верхней граничной частоты полосы пропускания резонансного ультразвукового

преобразователя 1 на его основной резонансной частоте foe изменяется скачком до нижней граничной частоты полосы пропускания резонансного ультразвукового преобразователя 1 на его последующей резонансной частоте f3H (третьей нечетной гармонике f3 3fo). В течение времени от ti до taf изменяется также по линейному закону со скоростью Удоп в полосе пропускания резонансного ультразвукового преобразователя 1 на его третьей нечетной гармонике f3 3f0 от f3H до f3e и т.д.

В пределах каждого импульса, вырабатываемого генератором 2 импульсов, частота заполнения f периодически изменяется в диапазоне частот Fi-Fa, включающем основную резонансную частоту резонансного ультразвукового преобразователя 1 и N ее нечетных гармоник. Изменение частоты заполнения электрических

импульсов, вырабатываемых генератором 2 импульсов для возбуждения резонансного ультразвукового преобразователя в необходимом диапазоне частот по указанному закону, осуществляется частотным

модулятором 13 при подаче на него соответствующего линейно-ступенчатого модулирующего напряжения с программного формирователя 12 импульсов.

При возбуждении резонансного ультразвукового преобразователя 1 импульсов, в котором частота заполнения изменяется по зависимости, представленной на фиг. 1, резонансный ультразвуковой преобразователь 1 излучает в исследуемый образец

14 составной импульс ультразвуковых колебаний. Этот импульс состоит из N подымпульсов, в каждом из которых частота изменяется во времени по линейному закону в полосе частот на соответствующей

резонансной частоте резонансного ультразвукового преобразователя 1. Составной импульс ультразвуковых колебаний распространяется в исследуемом образце 14, многократно отражаясь от его плоскопараллельных противоположных граней. Отраженные от противоположной резонансному ультразвуковому преобразователю 1 грани исследуемого образца 14 эхо-импульсы принимаются резонансным ультразвуковым преобразователем 1, который после излучения импульса ультразвуковых колебаний работает в режиме приема.

По параметрам принятых отраженных эхо-импульсов определяют коэффициет затухания ультразвуковых волн на резонансных частотах резонансного ультразвукового преобразователя 1 следующим образом. Принятые составные эхо-импульсы усиливаются в усилителе 3 до необходимой величины, с помощью амплитудного детектора 4 выделяются огибающие принятых усиленных эхо-импульсов и в логарифмирующем усилителе 5 огибающие принятых составных эхо-импульсов логарифмируются. Затем необходимо определить разность логарифмов амплитуд двух каких-либо эхо-импульсов из принятой серии отражений.

Например, если определять коэффициент затухания ультразвуковых волн на резонансных частотах резонансного ультразвукового преобразователя 1 по первому и второму эхо-импульсам (прошедшим через исследуемый образец 14 два и четыре раза соответственно), так как первый и второй составные эхо-импульсы сдвинуты во времени один относительно другого, то для их совмещения осуществляется задержка серии прологарифмированных огибающих принятых составных эхо-импульсов на соответствующее время (в данном случае на удвоенное время прохождения ультразвуковой волны через исследуемый образец 14) с помощью линии 6 задержки, а коэффициент затухания можно определить, вычитая из прологарифмированной огибающей первого составного эхо-импульса задержанной серии отражений прологарифмированную огибающую второго составного эхо-импульса исходной незадержанной серии отражений, Вычитание этих эхо-импульсов осуществляется в дифференциальном усилителе 7.

Максимальное значение огибающей каждого подымпульса составного разностного сигнала на выходе дифференциального усилителя 7 характеризует величину коэффициента затухания ультразвуковых волн на соответствующей резонансной частоте резонансного ультразвукового преобразователя 1. По значениям коэффициента

лагухания на соответствующих резонансны/, частотах резонансного ультразвукового преобразователя 1 определяют частотную зависимость коэффициента затухания ультразвуковых волн п исследуемом образце 14.

Характеристикой частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн в исследуемом образце 14

является кривая, соединяющая максимумы огибающей каждого подымпульса в разностном составном сигнале, которая вырабатывается в формирователе 8 огибающей и которую можно визуально наблюдать на экране двухканального осциллографа 9.На вход второго канала двухканяльного осциллографа 9 подается калиброванный им- пульс сравнения с генератора 10 импульсов сравнения для отсчета коэффициента затухания ультразвука. Синхронизатор 11 обеспечивает согласованный между собой запуск генератора 2 импульсов, генератора развертки двухканального осциллографа 9, генератора 10 импульсов

сравнения и программного формирователя 12 импульсов. Программный формирователь 12 импульсов вырабатывает линейно- ступенчатое модулирующее напряжение по заданной программе в соответствии с конкретными условиями измерения частотной зависимости в исследуемом образце 14 - необходимой точности измерения частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн и дипазона частот, исходя из длины исследуемого образца 14, скорости распространения ультразвуковой волны в нем и параметров (основной резонансной частоты и ширины полосы пропускания) выбранного для измерений

резонансного ультразвукового преобразователя 1.

Линейно-ступенчатое модулирующее напряжение подается на частотный модулятор 13, с помощью которого периодически

изменяют частоту заполнения в пределах каждого импульса, возбуждающего резонансный ультразвуковой преобразователь 1, в необходимом диапазоне частот по заданной программе. Частотный модулятор

13 при подаче на него модулирующего напряжения с программного формирователя 12 импульсов непосредственно изменяет частоту генератора 2 импульсов.

Формула изобретения

Способ измерения параметров затухания ультразвука по авт.св. № 1295320, отличающийся тем. что, с целью повышения точности измерения за счет расширения частотного диапазона, периодическое

изменение частоты заполнения в пределах каждого импульса осуществляют в полосах

f

пропускания резонансной частоты и нечетных гармоник по линейному закону.

Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и является усовершенствованием изобретения по авт. св. N 1295320. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет расширения частотного диапазона. Способ измерения частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн заключается в следующем. В исследуемый образец излучают ультразвуковые импульсы с помощью резонансного преобразователя, изменяют периодически частоту заполнения в пределах каждого импульса в диапазоне частот, включающем основную резонансную частоту преобразователя и ее нечетные гармоники, и принимают отраженные эхо-импульсы, по параметрам которых определяют коэффициент затухания ультразвуковых волн на резонансных частотах ультразвукового преобразователя. По значениям коэффициента затухания на соответствующих резонансных частотах преобразователя определяют частотную зависимость коэффициента затухания ультразвуковых волн в исследуемом образце. Периодическое изменение частоты заполнения в пределах каждого импульса осуществляют в полосе пропускания ультразвукового преобразователя на каждой его резонансной частоте по линейному закону, а между полосами пропускания ультразвукового преобразователя на различных его резонансных частотах - скачками от верхней граничной частоты полосы пропускания ультразвукового преобразователя на каждой его предыдущей резонансной частоте до нижней граничной частоты полосы пропускания ультразвукового преобразователя на его последующей резонансной частоте. 2 ил.