Устройство для измерения амплитуды акустических колебаний Советский патент 1992 года по МПК G01H11/00 

Изобретение относится к устоойствям для измерения амплитуд шумоподобных акустических колебаний и может бмть использовано для регистрации слабых акустических колебаний вплоть до флуктуации, связанных с температурой, может быть также использовано для контроля состояний различных объектов, в том числе и биологических по уровню акустического излучения, которое характеризует процессы, происходящие внутри объекта.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит электроакустический пъезопреобразователъ 1, кристалл 2 пьезополупроводника, одна рабочая грань 3 которого, перпендикулярная одному из пъезоактивных направлений кристалла 2, находится в акустическом контакте с электроакустическим пьезопреобразователем 1, а другая рабочая грань, противоположная ей, предназначена для контактирования с контролируемым объектом, датчик 4 температуры, находящийся в тепловом контакте с кристаллом 2, управляющий элемент 5 воздействия на кристалл 2 пьезополупроводника, селективный.усилитель 6, вход которого подключен к выходу электроакустического пьезопреобразователя 1, синхронный детектор 7, соединенный своим входом с выходом селективного усилителя 6, и тактовый генератор 8, выход которого связан с входами синхронного детектора 7 и управляющего элемента 5 воздействия. Кристалл 2 пьезополупроводника выполнен из материала, в котором - достаточно велико акустоэлектронное взаимодействие в диапазоне частот исследуемых акустических колебаний и имеется возможность управлять величиной акустоэлектронного взаимодействия с помощью какого-либо внешнего воздействия.

Акустические грани кристалла 2 пьезополупроводника желательно делать не параллельными одна другой, а с углом 0 между ними, удовлетворяющим соотно1V

шению 0 - arc sin ту , где V - скорость

звука в пьезополупроводнике, f - средняя часть измеряемых акустических колебаний, L - линейная апертура электроакустического пьезопреобразователя. Это связано с необходимостью устранения интерференционных явлений в кристалле пьезополупроводника, которые изменяют частотную характеристику всего акустического приемного тракта и проводят при управлении величиной акустоэлектроннаго

взаимодействия к появлению ложного сигнала, затрудняющего проведение измерений. Выбор угла в соответствии с приведенным соотношением вытекает из

требования попадания акустического сигнала, отраженного от скошенной на угол 0грани, на электроакустический пьезопреобразователь 1 под углом,соответствующим первому нулю диаграммы

0 направленности электроакустического преобразователя 1 с линейным размером L.

Устройство работает следующим образом.

Грань кристалла 2 пьезополупроводни5 ка, противолежащую грани 3, приводят в акустический контакт с согласующим элементом 9. Последний может быть выполнен в виде четвертьволновой пластины из материала с акустическим импедансом Z2, удовлетворяющим соотношению Z2 Zi,Z3, где и Zi, Z3 - акустические импедансы исследуемого объекта 10 и кристалла 2 пьезополупроводника. Согласующий элемент 9 приводят в акустический контакт с исследуемым объектом. Акустический сигнал из исследуемого объекта через согласующий элемент 9, устраняющий отражение акустических колебаний на границах, проходит в кристалл 2 пьезополупроводника, где в зависимости от внешнего воздействия, задаваемого от генератора 5, сигнал либо затухает, либо без затухания распространяется и попадает на электроакустический пьезопреобразователь 1, где происходит

5 преобразование акустического сигнала в электрический. Таким образом, в одной фазе воздействия на кристалл пьезополупроводника на пьезопреобразователь 1 попадают акустические волны, пришедшие

0 из исследуемого объекта, а в другой (когда акустические волны в кристалле 2 затухают) тепловые акустические колебания кристалла с известной (благодаря датчику температуры 4) температурой, а, следовательно, и

5 амплитудой колебаний. Амплитуда оги,бающей, полученнной таким образом шумового сигнала, выделяемой на выходе селективного усилителя на частоте изменения воздействия, на кристалл 2 пьезополуп0 роводника, бyдeт пропорциональна разнице амплитуд акустических волн, пришедших из исследуемого объекта и из кристалла пъезополупроводника. Поэтому, измеряя с помощью селективного усилителя

5 6 и синхронного детектора 7 величину амплитуды огибающей, фактически измеряют амплитуду акустических волн, приходящих из исследуемого объекта, по отношению к известной амплитуде тепловых колебаний в кристалле 2 пьезополупроводника. Это определяет повышение точности в предлагаемом устройстве по сравнению с известным. Формула изобретен и я 1. Устройство для измерения амплитуды акустических колебаний, содержащее последовательно соединенные электроакустический преобразователь, селективный усилитель и регистратор, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено кристаллом пьезополупроводника, одна рабочая грань которого, перпендикулярная одному из пьезоактивных направлений кристалла, акустически сопряжена с электроакустическим пьезопреобразователем, а противоположная ей рабочая грань предназначена для контактирования с исследуемым объектом, последовательно соединенными тактовым генератором и управляющим элементом воздействия, синхронным детектором и датчиком температуры, установленным на нерабочей грани кристалла пьезополупроводника и подключенным к регистратору, выход селективного усилителя соединен свходом синхронного детектора, управляющий вход которого связан с выходом тактового генератора, а.выход - с регистратором.

2.Устройство по П.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что управляющий элемент воздействия выполнен в виде источника света с управляемой интенсивностью.

3.Устройство по П.1, от л и ч а-ю щ е ес я тем, что управляющий элемент воздействия выполнен в виде управляемого источника магнитного поля.

4.Устройство по П.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что управляющий элемент воздействия выполнен в виде управляемого источника высокого напряжения.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении внутренней температуры объекта по амплитуде акустических шумов. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет замены коммутатора'электриче-ских сигналов от пьезопреобразователя и генератора стандартного шума на вход усилителя 6 на кристалл 2 пьезополупроводни- ка и использования принципа синхронного детектирования при периодическом внещ- нем воздействий на кристалл 2 пьезополуп- роводника. Акустический сигнал от г исследуемого объекта доходит до электроакустического пьезопреобразователя 1. Только в интервалы времени, когда включен элемент Т управляющего воздействия, в промежутках на пьезопреобразователь поступают акустические сигналы от кристалла 2 пьезополупроводника, что позволяет на выходе синхронного детектора 7 выделить сигнал, пропорциональный температуре объекта, и по известной температуре кристалла 2 пьезополупроводника определить величину температуры внутри объекта. Зз.п. ф-лы, 1 ил.J^b.CJ 00