1
Изобретение относится к экспериментальной акустике и может быть применено при точных измерениях скорости распределения и коэффициента поглощения ультразвука в жидкостях и газах, в ультразвуковой дефектоскопии и т. п.
Один из способов определения эффективного радиуса ультразвукового излучателя может быть основан, например, на измерении распределения звукового давления или фазы на поверхности излучателя. Это распределение снимается измерительным щупом малого размера при сканировании им по поверхности исследуемого излучателя. Возникающее при этом электрическое высокочастотное напряжение на обкладках щупа пропорционально звуковому давлению.
Однако известный способ характеризуется значительной погрешностью из-за нестабильности акустического контакта между преобразователем и измерительным щупом. Дополнительные погрещности возникают также из-за неконтролируемого влияния самого измерительного щупа на распределение амплитуд колебательной скорости на поверхности исследуемого излучателя. Кроме того, решение необходимой в этом случае обратной задачи о неизвестном радиусе преобразователя по известному распределению давлений на его поверхности сопряжено с большими математическими трудностями и может быть осуществлено только численными методами на быстродействующих ЭЦВМ.
Цель изобретения - повышение точности
измерения.
Для этого по предлагаемому способу определяют длину волны ультразвуковых колебаний в контролируемой среде (скорость звука), фиксируют распределение звукового давления на акустической оси излучателя в режиме бегущей волны, возбуждаемого синусоидальным напряжением рабочей частоты, измеряют расстояния между плоскостью излучателя и экстремумами давления на оси и по
этим расстояниям и длине волны судят о величине эффективного радиуса.
Относительно звуковое давление вдоль акустической оси Z круглого поршнеобразного излучателя радиуса а, совершающего гармонические колебания с частотой ( определяется известной зависимостью
Р/Р, 1 - ехр - 4 ( 2), (1)
где К 2л/К;
Я - длина волны ультразвуковых колебаний в контролируемой среде со скоростью звука С.
При изменении расстояния Z в пределах ближней зоны излучателя относительное звуковое давление будет многократно изменяться от нуля до двойного значений давления в плоской волне. Расстояния от экстремумов давления до плоскости излучателя однозначно связаны с его радиусам, длиной волны и порядковым номером экстремума. Измеряя расстояния от точек экстремального давления на оси до плоскости излучателя и определив длину волны (скорость звука), можно найти значение эффективного радиуса излучателя для каждого измеренного расстояния. Уточненное значение эффективного радиуса определяется как среднее арифметическое из всех вычисленных значений эффективного радиуса для всех измеренных расстояний, соответствующих экстремумам ззукового давления на оси.
На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ.
Генератор 1 радиоимпульсов соединен с излучателем 2, эффективный радиус которого подлежит определению. Излучатель помещен Б измерительную кювету 3 со средой, скорость звука в которой заранее известна или определяется в ходе эксперимента. Измерительный гидрофон 4 соединен с входом усилителя 5, выход которого подключен к регистратору (электроннолучевому осциллоскопу) 6. Развертка регистратора синхронизована импульсами генератора радиоимпульсов.
Способ осуществляется следующим образом.
Генератор радиоимпульсов возбуждает излучатель на рабочей частоте так, чтобы в измерительной кювете осуществлялся режим бегущих волн. Длительность радиоимпульса должна удовлетворять условиям стационарности режима возбуждения и отсутствия стоячих волн между излучателем и измерительным гидрофоном. Измерительный гидрофон перемещают вдоль акустической оси излучателя и регистрируют (фиксируют) зависимость звукового давления на оси в функции от расстояния между излучателем и гидрофоном, измеряя при этом расстояния между излучателем и точками экстремумов (максимумов и минимумов) акустического давления, Если скорость звука в рабочей среде заранее не известна, то ее определяют в ходе этого
ж® эксперимента, например, фазовым методом (при увеличении длительности радиоимпульса или путем смешения регистрируемого гидрофоном сигнала с синусоидальным напряжением рабочей частоты, служащим для формирования радиоимпульса). Зная скорость звука (длину волны) и расстояние Z,u между излучателем и экстремумами давления, определяют эффективный радиус излучателя по 0 формуле
а,ф YmU + ,(2)
непосредственно получаемой из формулы (1); здесь т 2п-}-1 для максимумов; т 2п для
5 минимумов; /г 0, 1,2, 3,...- порядковый номер экстремума (считая от ).
Эта формула является наиболее удобной для определения эффективного радиуса круглого порщнеобразного излучателя и позволяет повысить точность и упростить обработку результатов измерения.
Дополнительным преимуществом использования свойств акустического поля излучателя на его оси является возможность одновременной юстировки акустической системы по экстремальным значениям относительного давления, которые только на акустической оси могут быть равны или нулю или удвоенной величине давления идеально плоской волны.
предмет изобретения
Способ определения эффективного радиуса ультразвукового излучателя, основанный на
5 измерении распределения звукового давления ближнего акустического поля порщнеобразного излучателя, возбуждаемого синусоидальным напряжением рабочей частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения
0 точности измерения, определяют длину волны ультразвуковых колебаний в контролируемой среде, измерение распределения звукового давления осуществляют на акустической оси излучателя в режиме бегущей волны, определяют расстояния между плоскостью излучателя и экстремумами давления на оси, а по этим расстояниям и длине волны судят о величине эффективного радиуса.
