Способ измерения амплитуд ультразвуковых колебаний Советский патент 1979 года по МПК G01H3/10 G01B13/00 

1

Изобретение относится к способам измерения параметров колебаний в твердых телах и может быть применено при измерении амплитуд ультразвуковых колебаний.

Известен способ оптической регистрации ультразвуковых колебаний, при котором амплитуда колебаний измеряется визуально через микроскоп, снабженный микрометрической головкой 1.

Существенными недостатками этого способа являются трудоемкость, особенно при измерениях амплитудных смещений, значения которых превышают 20-30 мкм, невозможность измерения амплитуд менее 2 мкм, относительная длительность измерения, необходимость в сложном оптическом устройстве.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ измерения амплитуд ультразвуковых колебаний,заключающийся в том, что генератор колебаний помещают в жидкую среду, в которую вертикально погружают капилляр с рупором и об амплитуде колебаний судят по квазистационарной высоте подъема жидкости в капилляре под действием, радиационного давления.

Однако известный способ обладает низкой чувствительностью и, как следствие, низкой точностью измерения.

Цель изобретения - повысить точность измерения.

Эта цель достигается тем, что излучающую поверхность генератора располагают параллельно свободной поверхности жидкости и капилляр торцом приводят в соприкосновение с генерирующей поверхностью.

Непосредственный контакт торца капилляра с источником ультразвука обеспечивает передачу стенкам капилляра ультразвуковых колебаний. Суперпозиция продольных и поперечных волн, возбуждаемых в теле капилляра, в десятки раз увеличивает высоту подъема жидкости в капилляре по сравнению с высотой подъема под действием радиационного давления.

Высота подъема жидкости в капилляре, стенкам которого сообщают ультразвуковые

колебания, обусловлена ультразвуковым капиллярным эффектом и находится в прямой зависимости от амплитуды ультразвуковых колебаний. Кроме того, на ее величину влияет ряд факторов: диаметр капилляра, температура и вязкость жидкости, угол наклона капилляра к поверхности источника ультразвуковых колебаний. Поэтому для получения сравнимых результатов необходимо устанавливать капилляр под строго фиксированным углом. Наиболее выгодным является вертикальное положение капилляра нормально к поверхности источника ультразвука, так как при этом максимально проявляется капиллярный эффект. Меняя диаметр капилляра, температуру и вязкость жидкости, можно достичь практически любой высоты подъема жидкости в капилляре, что позволяет осуществить визуальную регистрацию амплитудных смещений как больщих, так и малых невооруженным глазом. Экспериментально для каждого капилляра определяют высоту подъема жидкости при различных значениях амплитуд и составляют шкалу перевода высоты столба жидкости в миллиметрах в значение амплитуды в микрометрах. Капилляры могут быть в.ыполнены из любого прозрачного материала, например термостойкого стекла, что позволяет неоднократно использовать их в агрессивных средах, в условиях кавитации и при высокой температуре. Капилляры малых диаметров можно применять при. измерениях в небольших Объемах при исследовании тонкой структуры распределения амплитуд на поверхности источника упругих колебаний. Для измерения амплитуды в центре диафрагмы преобразователя устанавливается капилляр со щкалой перевода высоты подъема столба жидкости в значение амплитуды колебаний. Капилляр свободно располагается в короткой металлической трубке, на 0,1 мм превышающей его наружный диаметр. Трубка жестко соединяется со штативом строго вертикально, что обеспечивает перпендикулярное расположение капилляра относительно диафрагмы преобразователя и создает возможность только осевого перемещения. Ванну заполняют водопроводной водой при температуре 20°С на высоту 4см. Включают генератор, через ЗОсек визуально регистрируют высоту подъема жидкости в капилляре при различных значениях выходной мощности генератора. Каппиляр устанавливается в различных точках диафрагмы и также регистрируется высота подъема жидкости. В последующем в тех же точках регистрируется амплитуда виброметром УБВ-2. Значения амплитуды, полученные с помощью капилляра, вполне соответствуют данным виброметра. Формула изобретения Способ измерения амплитуд ультразвуковых колебаний, заключающийся в том, что генератор колебаний помещают в жидкую среду, в которую вертикально погружают капилляр с рупором, а об амплитуде колебаний судят по квазистационарной высоте подъема жидкости в капилляре, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, излучающую поверхность генератора располагают параллельно свободной поверхности жидкости и капилляр торцом приводят в соприкосновение с генерирующей поверхностью. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Хорбенко И. Г. Ультразвук в машиностроении. М., Машиностроение, 1974, с. 48. 2.Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. М. Иностранная литература, 1957, с. 142-143.