Способ измерения приращения скорости ультразвуковых волн Советский патент 1993 года по МПК G01H5/00 

(Л

С

Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и может быть использовано при исследовании физико-механических свойств материалов. Цель изобретения - повышение точности измерения. Это достигается за счет того, что формируют вспомогательный синусоидальный сигнал. начало периода которого синхронно моменту излучения акустического импульса, а конец определяется моментом прихода выбранной полуволны в принятом акустическом импульсе, О приращении скорости судят .по приращению частоты вспомогательного синусоидального сигнала. 2 ил. ..

Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и может быть использовано при исследовании физико-механических свойств .материалов.

Цель изобретения состоит в повышений точности измерения приращений скорости УЗВ.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит генератор 1 зондирующих импульсов, излучающий пьезоп- реобразовэтель 2, исследуемую среду 3, принимающий пьезопреобразователь 4; широкополосный усилитель 5; ключ 6; интегратор 7; формирователь 8 импульсной пары . частотомер 9.; управляемый вспомогательный генератор 10..

Выход генератора зондирующих импульсов 1 соединен с входом излучающего пьезопреобразователя 2, связанного с ицследуемой средой 3. Принимающий пьезопреобразователь 4, также связанный с исследуемой средой, последовательно соединен с широкополосным усилителем 5, ключом 6, интегратором 7. Далее последовательно соединенные управляемый вспомогательный генератор 10 и формирователь импульсной пары 8, первый выход которого соединен с запускающим входом генератора зондирующих импульсов 1, а второй выход-с управляющим входом вспомогательного генератора 10, а вход частотомера 9 соединен с выходом управляемого вспомогательного генератора 10 и входом формирователя импульсной пары 8.

Генератор зондирующих импульсов 1 может быть Г5-54; в качестве излучающего 2 и принимающего 4 пьезопреобразовэте- лей можно использовать пластины из пьезо- керамики или кварца; широкополосный усилитель 5 может быть типа УЗ-29; ключ 6 можно реализовать на диодах КД510 по схе09

ттЛ

N) 4 4 О

ме балансного модулятора; интегратор 7 - по стандартной схеме на операционном усилителе 140УД17; формирователь импульсной пары 8 может быть реализован на микросхемах 155-й серии; 155ИЕ8, 155ТВ10, 155АГЗ; в качестве управляемого вспомогательного генератора 10 можно использовать Х1-48; частотомер 9 может быть 43-35.

Способ осуществляется следующим образом: управляемый вспомогательный генератор 10 вырабатывает непрерывный синусоидальный сигнал (фиг. 2а). Из этого сигнала формирователем импульсной пары 8 формируются пары импульсов (фиг. 26), расстояние между которыми равно периоду синусоидального сигнала, а время повторения импульсных пар не менее времени достаточного для затухания в исследуемой среде пачки переотраженных импульсов. Первый импульс пары подается на запускающий вход генератора зондирующих импульсов 1, который вырабатывает радиоимпульс (фиг. 2в), излучаемый пьезоп- реобразователем 2 в исследуемую среду 3.

Пачка переотраженных импульсов (фиг. 2г) принимается пьёзопреобразователем 4, усиливается широкополосным усилителем 5 и подается на вход ключа 6. На управляющий вход ключа 6 поступает второй импульс с формирователя импульсной пары 8, его длительность равна длительности полуволны зондирующего радиоимпульса. Таким образом, второй импульс пары вырезает из первого (или другого любого) радиоимпульса пачки отрезок синусоиды длительностью в половину периода (фиг. 2д). В зависимости от положения вырезающего импульса, сигнал на выходе ключа 6 может быть положительным,.отрицательным, либо иметь равные по площади положительную и отрицательную части. Именно последний случай соответствует работе устройства в автоматическом режиме при замкнутой отрицательной обратной связи.

Сигнал с выхода ключа (фиг. 2д) интегрируется интегратором 7 (фиг. 2е) и подается на управляющий вход вспомогательного генератора 10. Таким образом замыкается отрицательная обратная связь и положение второго импульса импульсной пары отслеживает изменение задержки га УЗВ в исследуемой среде. Допустим, время задержки гэ(фиг. 2г) возросло, тогда площадь положительной части вырезанного участка (фиг. 2д) увеличилась, следовательно, увеличится постоянный уровень на выходе интегратора 7 и частота вспомогательного генератора 10 уменьшится, при этом положение 2-го импульса импульсной пары (фиг. 26) отследит изменение задержки в исследуемой среде. Таким образом, период колебаний управляемого вспомогательного генератора будет определяться формулой:

. Тзонд Ти2

Тзг Г3+(М+1)+ Ъ

ап

гд время задержки УЗВ в исследуемой среде; L-- база прозвучивания; V - скорость УЗВ; N - количество целых полупериодов от начала информационного ра- диоймпульса до начала второго импульса пары; Тзонд-длительность периода частоты заполнения зондирующего радиоимпульса; и2 длительность второго импульса импульсной пары; Гап - время задержки в аппаратуре.

В формуле (1) Тзонд, Ти2 И Гап ЯВЛЯЮТСЯ

величинами известными до эксперимента, N - подбирается в ходе эксперимента. Величина Тзг является измеряемой величиной. Таким образом, можно определить величину задержки г3 УЗВ в исследуемой среде или, при известной базе прозвучивания L, скорость распространения УЗВ.

Пусть под действием внешних факторов скорость Vi в исследуемой среде в момент времени ti изменилась и в Следующий момент t2 стала равной V2, тогда из (1) можно записать:

Т3г2

J V2

+ Г

гдег (М + 1)

Тзонд

- -к- -т- Tan

Относительное приращение скорости можно определить:

ДУ-У2-У1 Тзп-т;

. VI Тэга -г - т.е. для определения относительного приращения скорости УЗ В в исследуемой среде за период времени необходимо знать параметры предварительной настройки устройства: Тзонд1 Ги2 , Jan N и две информационные величины Т3г1 и Т3г2, которые измеряются частотомером 9.

.. .- - - . Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения приращений скорости УЗВ за счет устранения линии задержки, нестабильность которой не сказывается теперь на точности измерений. Это достигается изменением принципа синхронизации автоматического измерителя путем введения в его состав управляемого вспомогательного генератора и формирователя импульсной пары.

Формула изобретения Способ измерения приращения скорости ультразвуковых волн, заключающийся в том, что излучают в исследуемой среде акустический импульс, принимают прошедший фиксированное расстояние импульс, от л и- ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, формируют вспомогательный си2

нусоидальный сигнал, начало периода которого синхронно моменту излучения акустического импульса, а конец определяется моментом прихода выбранной полуволны в принятом акустическом импульсе, а о приращении скорости ультразвуковой волны судят по приращению частоты вспомогательного синусоидального сигнала.

7

Фиг2