Ультразвуковой интерферометр Советский патент 1979 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к техничес кой акустике и может найти применение в измерительной технике. Известно устройство для измерени акустических параметров материалов основанное на принципе ультразвуковой интерферометрии 1. Однако оно не позволяет непосредственно из мерять удельное акустическое сопротивление среды. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретени является ультразвуковой интерферометр, содержащий последовательно соединенные блок настройки, диапазо ный генератор, излучающий преобразователь, установленный по одну сто рону кюветы, по другую сторону которой напротив излучающего установ лен приемный преобразователь, подключенный к полосовому усилителю детектору с центральной частотой, вдвое меньшей резонансной частоты преобразователей, и формирователь Однако этот интерферометр также не обеспечивает непосредственного измерения удельного акустического сопротивления среды. Целью изобретения является обес печение непосредственного измерени удельного акустического сопротивления среды. Цель достигается благодаря тому, что в предлагаемое устройство введены второй полосовой усилитель-детектор с центральной частотой полосы, вдвое превышающей центральную частоту полосы первого, переключатель режима работы, триггер и последовательно соединенные ждущий генератор импульсов, вольтметр и источник регулируемого постоянного напряжения, при этом второй полосовой усилительдетектор подключен параллельно первому , и они оба соединены со входом формирователя через одну секцию переключателя режима, средний контакт второй секции которого подключен ко входу блока настройки и ко входу ждущего генератора, а переключаемые контакты - к выходу формирователя непосредственно и через триггер. На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого интерферометра на фиг. 2 - эпюры напряжения и час- тоты. Диапазонный генератор 1 подключен к пьезоизлучателю 2, находящемуся в кювете 3. Пьезоприемник 4 соединен |со входом полосовых усилителей-де3текторов 5 и 6. Полоса пропускания усилителя-детектора 5 соответствует диапазону частот генератора i и нах дится в области частот 0,5 f, где f - резонансная частота преобразователей 2 и 4. Полоса пропускания усилителя-детектора 6 находится в области резонансной частоты Выходы блоков 5 и 6 через одну секцию переключателя режима 7-9 подключены к входу формирователя 10, а средний контакт второй секции соединен с ждущим генератором 11. Выход формирователя 10 подключен к счетному входу -триггера 12 и контакту 13 вто рой секции переключателя режима. Вы ход триггера 12 соединен с контактом 14, а общий контакт 15 переключателя - с входом блока настройки 1 и с входом ждущего генератора 11 им пульсов стабильной частоты и амплитуды , последовательно соединенного с вольтметром 17 постоянного напряжения и источником постоянного регулируемого напряжения 18. Выход бл ка настройки 16 связан с входом настройки частоты генератора 1. На фиг.2 номером 19 обозначен гр фик расположения акустических резон сов системы из исследуемой среды,ра положенной между преобразователями и 4,и самих преобразователей 2 и 4 области частоты 0,5 20 - график расположения акустических резонансов в области резонансной частоты преобразователей fo и изменение час тоты генератора 1 во времени; 21 - выходные импульсы формирователя; 22 - импульсы триггера 12, Выходное импульсное напряжение генератора 11 и его средняя составляющая в обоих режимах работы (соответственно U и DO), переключаемых двухсекционным переключателем с контактами 7-9, в момент времени t , показаны 13-15 графиком 23. Интерферометр работает следующим образом. Включают питание и помещают исследуемое вещество в кювету 3 между преобразователями 2 и 4, В конструк ции кюветы предусмотрено фиксирован ное расстояние между преобразователями 2 и 4, если исследуется только жидкость или газ, либо переменное расстояние, с целью прижауия преобр зователей к поверхностям плоскопараллельных исследуемых образцов раз ной толщины из твердого тела. Переключают переключатель режима в по ложение, в котором замкнуты контакты 8,9 и 14,15 соответственно. Частота генератора 1 под воздействием сигнала с блока настройки 16 изменя ется в области частоты 0,5 fо, например увеличивается (графики 19, 2 по прямолинейному закону. Процесс протекает до возникновения акустического резонанса системы исследу емое вещество - преобразователи . 1 Выходное напряжение усилителя-детектора 5 увеличивается и в момент акустического резонанса становится максимальным. В этот момент времени срабатывает формирователь 10 (график 21). Импульс формирователя 10 поступает на вход блока настройки 16, который с этого момента начинает изменять частоту генератора 1 в противоположном направлении. Одновременно импульс формирователя 10 поступает на счетный вход триггера 12, перебрасывая его (график 22), запускает генератор 11 импульсов стабильной длительности и частоты. Частота генератора 1 уменьшается до достижения акустического резонанса и, ввиду срабатывания блоков 10 и 16, опять начинает увеличиваться и т.д. В каждый- момент реверса изменения частоты импульс с формирователя поступает на запуск генератора 11, который вырабатывает серию импульсов стабильной амплитуды и длительности (график 23), Регулируют напряжение источника 18 до достижения нулевых показаний вольтметра 17, т.е. до достижения равенства напряжения источника 18 среднему напряжению U последовательности выходных импульсов генератора 11, Поскольку скорость изменения частоты генератора 1 постоянна, а генератор 11 запускается каждый раз при изменении частоты на величину интервала между двумя соседними акустическими резонансами д , то напряжение U обратно пропорционально величине интервала д , В момент времени t переключают контакты 7-9 и 13-15 переключателя режима, Усилитель-детектор 6 настроен на вторую гармонику напряжения генератора 1 и на его выходе выделяются сигналы акустических резонансов, находящихся в области резонансной частоты преобразователейfp (график 20) , Коэффициент передачи преобразователей на этой частоте существенно выше, чем в предыдущем случае (в области 0,5 fj,) и роль напряжения возбуждения пьезоизлучателя 2 выполняет напряжение второй гармоники, содержащееся в сигнале генератора 1, Закон изменения частоты второй гармоники одинаков как и частоты первой гармоники, но скорость изменения в два раза выше. Поэтому сигнал формирователя 10 поступает на входы блока настройки 16 и генератора импульсов 11 через триггер 12, который делит количество импульсов на 2, в остальном работа интерферометра не отличается от предыдущего случая. Среднее напряжение выходных импульсов генератора il UQ теперь будет обратно пропорционально интервалу частоты uf между двумя акустическими резонансами в области резонансной частоты преобразователей. Напряжение источника 18 было установлено равным U

таким образом вольтметр 17 покажет напряжение U.,-UQ , которое, в свою очередь, пропорционально 57 - ; Величины частотных интервалов Af д освяэаны с удельным акустлческим сопротивлением среды .,находящейся между преобразователями 2 и 4, следующей формулой

ср-2 Д ;-1Г„У 1бЦ )

где Z - удельное акустическое сопротивление материала преобразователя .

По показаниям вольтметра, градуированного согласно этому уравнению отсчитывают искомое сопротивление.

Положительный эффект предлагаемого изобретения заключается в упрощении измерений, необходимы только три операции: введение вещества в кювету регулирование напряжения источника и переключение переключателя режима, не требуется измерения расстояния между преобразователями или длины образца, результат отсчитывается непосредственно по шкале. Расширяется область применения, измеряют акустическое сопротивление жидкостей, газо или твердых веществ в виде плоскопараллельных изделий. Кроме того, не требуется знать значение скорости ультразвука в исследуемой среде.

Формула изобретения

Ультразвуковой интерферометр, содержащий последовательно соединенные

блок настройки, диапазонный генератор, излучающий преобразователь, установленный по одну сторону кюветы, по другую сторону которой напротив излучающего установлен приемный преобразователь, подключенный к полосовому усилителю-детектору с центральной частотой, вдвое меньшей резонансной частоты преобразователей, и формирователь, отличающийс я тем, что, с целью обеспечения непосредственного измерения удельного акустического сопротивления среды, в него введены второй полосовой усилительдетектор с центральной частотой полосы, вдвое превышающей центральную частоту полосы первого, переключатель режима работы, триггер и последовательно соединенные ждущий генератор импульсов, вольтметр и источник регулируемого постоянного напряжения, при этом второй полосовой усилитель0детектор подключен параллельно первому, и они оба соединены со входом формирователя через сдну секцию переключателя режима, средний контакт второй секции которого подключен ко

5 входу блока настройку и ко входу ждущего генератора, а переключаемые контакты - к выходу формирователя непосредственно и через триггер.

Источники информации, принятые во

0 внимание при экспертизе

1.Иванов В.Е. Об измерении скорости ультразвука в твердых телах интерферометром с двумя пьезопреобраэователями. Труды ВУЗов, Лит.ССР, Ультразвук, 1969., I, с. 135-141.

5

2.Авторское свидетельство СССР 372495, кл. G 01 N 29/00, 1971.