Акустический датчик для контроля концентрации газов Советский патент 1991 года по МПК G01N29/02 G01N29/24 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при ультразвуковом контроле.

Целью изобретения является повышение надежности контроля за счет увеличения чувствительности.

На фиг. 1 и 2 показаны акустические датчики для контроля концентрации газов.

Акустический датчик для контроля концентрации газов содержит звукопровод 1, размещенные на его поверхности в одном акустическом канале два акустических отражателя 2 и 3, выполненных в виде периоди- ческих решеток из отражающих элементов.

с индексами от 1 до п, расположенные между ними входной и выходнг-1 встречно-штыревые преобразователи 4 и 3, сключенный между преобразователями 4 и 5 усилитель 6, блок 7 питания усилителя и частотомер 8. Отражающие элементы отражателей 2 и 3 и электроды преобразователей 4 и 5 (см фиг. 1) или поверхность звукопровода между ними (см.фиг.2) выполнены из поглощающего контролируемый газ материала. Расстояние между каждым преобразователем и ближайшим к нему отражателем выбрано равным половине периода решетки из отражающих элементов, а расстояние между ближними

О 00

ю ю ю

электродами преобразователей 4 и 5 выбрано равным периоду d или половине длины возбуждаемой преобразователем 4 поверхностной акустической волны на резонансной частоте.

Акустический датчик для контроля концентрации га.зов работает следующим образом.

При включении блока 7 питания сигнал с усилителя 6 поступает на преобразователь 4, возбуждающий в звукопроводе 1 поверхностную акустическую волну. В результате многократных отражений этой волны от отражателей 2 и 3 на частоте, когда эффектив- ное расстояние между отражателями кратно половина ее длины в пределах поло- си рабочих частот преобразователей 4 и 5, возникает стоячая волна. Эффективное расстояние между отражателями определяется фазовой задержкой поверхностной акустической волны, которая равна в случае малого расстояния между преобразователями сумме фаз отражения от отражателей 2 и 3. В результате из-за наличия в цепи обратной связи усилителя 6 частотно-селективного элемента в виде резонатора на поверхностных акустических волнах возникает генерация на резонансной частоте. Эту частоту генератора измеряют частотомером 8. При наличии в составе газовой смеси, контактирующей с поверхностью звукопровода 1, происходит его поглощение, что приводит к изменению акустических параметров в структуре отражателей, преобразователей или на поверхности звукопровода. Это вызывает изменение фазы поверхностной акустической волны и соответствующий ему сдвиг частоты генератора. По измеренной величине такого сдвига определяют наличие и концентрацию контролируемого газа. В результате того, что только отражающие элементы или поверхность звукопровода между ними выполнены из поглощающего контролируемый газ материала, а не вся поверхность звукопровода, суммарное возмущение акустических свойств при отражении волны оказывается меньшим по величине А из-за этого возрастает крутизна фазочастотной характеристики резонатора и, следовательно, повышается чувствительность.

Кроме того, для повышение чувствительности необходимо сделать фазовую задержку поверхностной акустической волны

в резонаторе минимальной. В частности, равной суммы фаз отражения. Для этого расстояние между каждым преобразователем и ближайшим к нему отражателем выбраны равными половине периода решетки из отражающих элементов. В результате элементы решетки отражателя и электроды ближнего к нему преобразователя образуют единую периодическую структуру отражательных элементов. Поэтому в данном случае достигается минимальное расстояние между отражателями, равное расстоянию между ближайшими электродами преобразователей 4 и 5. В свою очередь, наименьшее значение этого расстояния, исходя из условия образования стоячей волны в резонаторе, составляет половину длины поверхностной акустической волны на резонансной частоте, что совпадает с величиной d периода решетки из отражающи элементов.

Формула изобретения

1. Акустический датчик для контроля

концентрации газов, содержащий звукопро- вод, размещенные на его поверхности в одном акустическом канале два акустических отражателя, выполненные в виде периодических решеток из отражательных элементов, и расположенные между ними входной и выходной встречно-штыревые преобразователи, размещенный в пределах акустического канала чувствительный к

контролируемому газу элемент, выполненный из поглощающего этот газ материала, и включенный между преобразователями усилитель, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности контроля за счет

увеличения чувствительности решетки отражателей и преобразователей выполнены с одинаковым периодом, а расстояние между преобразователями составляет период решетки из отражающих элементов соответственно.

2. Датчик по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в качестве чувствительного элемента использованы отражающие элементы и электроды преобразователей.

3. Датчик по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем. что в качестве чувствительного элемента использованы поверхность звукопровода между отражающими элементами и электродами преобразователя.

го

t

М

Изобретение относится к неразрушающему контролю. Цель изобретения - повышение надежности контроля за счет увеличения чувствительности. Сигнал с усилителя проходит по иепи обратной связи, образованной резонатором на поверхностных акустических волнах, состоящим из двух акустических отражателей и двух втречно-штыревых преобразователей. В результате на резонансной частоте возникает генерация. Поскольку элементы отражателей и электроды преобразователей или поверхность звукопровода между ними выполнены из поглощающего контролируемый газ материала, при поглощении этого газа изменяются условия распространения поверхностной акустической волны в резонаторе, что приводит к сдвигу частоты генерации, который измеряют частотомером По величине этого сдвига определяют концентрацию контролируемого газа. Кроме того, расстояние между каждым преобразователем и ближайшим к нему отражателем выбрано равным половине периода решетки отражателей, а расстояние между преобразователями выбрано равным этому периоду, что позволяет миниминизировать фазовую задержку волны в резонаторе и повысить «увстзительность датчика 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Фиг. 2