Ультразвуковой прибор для измерения акустических характеристик твердых сред Советский патент 1978 года по МПК G01N29/00 B06B1/06 

1

Изобретение относится к ультразвуковой измерительиой технике, применяемой в горной, строительной к других отраслях промышленности, где необходимо осуществлять коптроль устойчивости горных выработок, искусственных потолочин, строительных конструкций, определять физико-механические свойства материалов.

По основному авт. св. № 307814 известно устройство, содержащее задающий генератор, блок развертки, блок масштаба времени, коммутатор, генератор зондирующих импульсов, излучающий и нриемный преобразователи, широкополосный усилитель, электронно-лучевую трубку, последовательно соединенные избирательный усилитель и калиброванный аттенюатор, соединенные с широкополосным усилителем, плавающий временной селектор, вход которого соединен с выходом широкополосного усилителя, а к выходу подсоединен измерительный прибор, например анализатор спектра, при этом приемиый преобразователь через коммутатор соединен с входом избирательного усилителя и с вторым входом калиброванного аттенюатора.

Однако это ycTpoiicTBO имеет низкую точность измерения, поскольку 1;спользуе.:ая о нем схема измерений iie позволяет определять параметры поперечной волны с высокой точ юcтью.

Пелью нзобретсния является новышение точности измерения.

Для этого предлагаемый ультразвуковой нрибор снабжен последоплтельпо соеднненными блоком совмещения, врс: ;ен11ым селектором и устройством пересчета, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, высокочастотным генератором нмп льсов, соеди 1енг1ым с вторы;-. входом вре..:енного селектора, второй вход блока совмещения соединен с выходом задающего генератора, а второй выход-с одной из вертнкальных пластин электронно-лучевой трубкн.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого ультразвукового прибора для измерения акустических характеристик ;всрдых сред.

Прибор содержит устройство 1 пересчета,

задающий генератор 2, генератор 3 зонднрующих импульсоп, излучающий преобразователь 1, нриемиый преобразователь 5. иредварительиый усилитель 6. калиброванньп аттенюатор 7, вре ;енной сс. 8, блок 9 совмещения.

блок 10 выделеи :;:, Ш1 рокополосны: успли.сл. 11. Побирательгьш уснлитсл) 12 с частот ;ь -; аттен оатором, высокочастотны; генера10р ij гллульсоЕ. блок 14 задержки развертк;;, ге;;ератор 15 развертки, усилитель 1G гор)::.о;;тального отклонения, электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) 17, устройство 18 бланкирующих импульсов.

Прибор работает следующим образом.

Задающий генератор 2 вырабатывает однополярные прямоугольные импульсы больщой скважности. Длительность импульсов выбирается достаточной для сброса в нулевое положение декад устройства 1 пересчета. Задний фронт импульсов задающего генератора формируется в остроконечные однополярные импульсы, посредством которых осуществляется синхронизация работы основных ззлов нрибора, т. е. запуск геиератора 3 зондирующих импульсов, блок 14 задержки развертки, блока 9 совмещения.

Электрические импульсы, вырабатываемые генератором 3 зондирующих импульсов, возбуждают преобразователь 4, вызывая излучение коротких ультразвуковых импульсов, которые, пройдя контролируемый участок среды, поступают на преобразователь 5 и преобразуются последним в короткие радиоимпульсы ультразвуковой частоты.

Принятые сигналы через предварительный усилитель 6, калиброванный аттенюатор 7 и переключатель поступают либо на вход избирательного усилителя 12 с частотным аттенюатором, иоследовательно соедииенного с щирокоиолосным усилителем 11, либо иеиосредственио на вход щирокополосного усилителя 11. Выход широкополосного усилителя соединен с вертикальио-отклоняющими пластииами ЭЛТ 17.

Одновременно с запуском генератора 3 зондирующих имнульсов осуществляется запуск блока 14 задержки развертки. Он вырабатывает нрямоугольные импульсы, длительность которых дискретно и плавно регулируется в щироких пределах. Задним фронтом прямоугольного импульса осуществляется запуск генератора 15 развертки, который совместно с усилителем 16 горизонтального отклонения и устройством 18 бланкирующих импульсов заправляет разверткой электронного луча ЭЛТ но горизонтали.

На экране ЭЛТ отображается принятый ультразвуковой импульс. Изменение масщтаба наблюдения принятого сигнала по горизонтали и но вертикали осуществляется с помощью аттенюаторов блока горизонтальной развертки и приемного усилителя.

Измерение скоростей распространения продольной и поперечной волн осуществляется следующим образом.

Одновременно с запуском генератора 3 зондирующих импульсов осуществляется запуск блока 9 совмещения, который вырабатывает прямоугольиый импульс регулируемой длительиости. Этот импульс дифференцируется, усиливается и подается на одну из вертикально-отклоняющих пластин ЭЛТ. Посредством регулировки длительности этого импульса задний фронт его совмещается с первым вступлением регистрируемого сигнала, точность совмещения контролируется на экране ЭЛТ. Таким образом, на одном из выходов блока совмещения формируется прямоугольный импульс, длительность которого равна времени распространения продольной волны от излучающего до приемного преобразователя. Преобразование временного интервала в цифровые показания, отображаемые на индикаторе устройства 1 пересчета, осуществляется с помощью времеииого селектора 8, высокочастотного генератора 13 импульсов и устройства 1 пересчета. Па один из входов временного селектора поступают импульсы от высокочастотного генератора 13, на другой вход - прямоугольные импульсы от блока 9 совмещения.

В результате на выходе временного селектора 8 образуется «пакет высокочастотных импульсов, который поступает далее на вход устройства 1 пересчета. Частота следования импульсов высокочастотного генератора 13

определяет цену деления щкалы цифрового индикатора устройства 1 пересчета.

Аналогично осуществляется измерение времени распространения поперечной волны. Однако перед операцией измерения времени распространения необходимо определить на регистрируемой осциллограмме, на экране ЭЛТ, момент вступления (прихода) поперечной волны. При распространении продольной и поперечной волн в твердых средах эти волны

отличаются между собой по ряду признаков (различие скоростей распространения, амплитуд смещения, фаз, спектров). Тогда, учитывая отличительные признаки и перестраивая избирательный усилитель 13 с частотным аттенюатором в диапазоне частот, излучаемых преобразователем 4, на экране ЭЛТ наблюдают непрерывное изменение фаз и амплитуд спектральных составляющих продольной и поперечной волн. При этом резкое смещение

фазы и изменение амплитуды, как правило, происходит в одной точке на линии развертки луча, которое и соответствует моменту вступления иоиеречной волны. После этого задний фронт прямоугольного импульса, вырабатываемого блоком 9 совмещения, совмещается с вступлением поперечной волны, и на цифровом индикаторе устройства 1 пересчета отображается время распространения поперечной волны.

Пересчет времени распространения продольной и поперечной волн в скорости распространения производится с помощью известных формул. Измерение коэффициентов затухания продольной и поперечной волн производится с помощью калиброванного амплитудного аттенюатора 7, проградуированного в требуемых единицах измерения затухания. При этих измереннях предварительный усилитель 6 через

калиброванный амилитудный аттенюатор 7 подключен непосредственно к щирокополосному усилителю 11.

Смещение максимумов спектральной плотности импульсов продольной н поперечной

волн измеряется с помощью избирательного

усилителя 12 с частотным аттенюатором посредством сравнеиия амплитуд различных частотных составляющих спектров сигналов, измеренных при различных расстояниях между излучающим 4 и приемным 5 преобразователями. При выполнении данных измерений калиброванный амплитудный аттенюатор 7 через переключатель подключен к входу избирательного усилителя 12, выход которого подключен к выходу щирокополосного усилителя 11.

Раздельный анализ частотных спектров импульсов продольной и поперечной волн осуществлен с помощью серийных анализаторов спектра. Выделение для анализа отдельно каждого из соответствующих сигналов осуществляется с помощью блока 9 совмещения и блока 10 выделения.

Предложенный прибор позволяет измерять как скорости распространения и коэффициенты затухания, так и спектры и смещения максимумов спектральной плотности импульсов продольной и поперечной волн, что обеспечивает повыщение точности измерения акустических характеристик твердых сред.

Формула изобретения

Ультразвуковой прибор для измерения акустических характеристик твердых сред по авт. св. № 307814, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерения, он снабжен последовательно соединенными блоком совмещения, временным селектором и устройством пересчета, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, высокочастотным генератором импульсов, соединенным с вторым входом временного селектора, второй вход блока совмещения соединен с выходом задающего генератора, а второй выход - с одной из вертикальных пластин электронно-лучевой трубки.