Устройство для измерения коэффициента затухания ультразвуковых колебаний Советский патент 1980 года по МПК G01N29/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАТУХАНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения характеристик поглощения различных сре Известны устройства, служащие для измерения поглощения ультразвуковых колебаний путем измерения изменения амплитуды импульса ультразвука при изменении расстояния между излучающим и и приемным преобразователями . Однако при измерении поглощения в твердых образцах этим устройствам свой ственны погрешности, обусловленные использованием одного приемника. К ошибке в измерении амплитуды ультразвуковой волны, а следовательно и коэффициента поглощения, приводит неидентичност крепления приемника к образцу в различных точках, неизбежно возникающая при исследовании твердых образцов. Наиболее близким по технической сущ ности к предложенному устройству является ультразвуковое устройство для изм рения параметров распространения коле- баний в средах, которое содержит задающий генератор, подключенный к входу первого коммутатора, синхронизатор, подключенный к управляющему входу второго электронного коммутатора, два электромеханических излучателя, подключенных к Выходам первого коммутатора, два электромеханических приемника, подключенных к двухканальному усилителю, и регистратор Недостатком устройства является необходимость участия оператора при проведении измерений, поскольку некоторые операции должны производится вручную. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет автоматизации процесса. Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены два амплитудных детектора, две схемы вычитания и два пиковых детектора, причем выходы явухканального усилителя через амплитудные детекторы подключены к входам п рвой схемы вычитания, выход которой под37ключен к входу второго электронного коммутатора, его выхоаы через пиковые цетекторы подключены к входам второй схемы вьгчитания, выход которой соедине с входом регистратора, а управляющий вход первого электронного коммутатора подключен к выходу синхронизатора. На фиг, 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Устройство содержит генератор 1, подключенный через электронный коммутатор 2, например реле постоянного тока, к электромеханическим преобразователям 3, 4, синхронизатор 5, выполненный в виде генератора прямоугольных импульсов, подключенный к управляющем входу электронного коммутатора 2, элек ромеханические преобразователи - прием ники 6,7, двухканальный усилитель 8 с логарифмическими амплитудными характе ристиками, входные (Jgj и выходные I/gj,| х напр5й1жения для каждого канала которого на рабочих участках амплитудных характеристик связаны соотношением (J ,х k 6dLlgj выходы которого подключены к амплитудным детекторам 9, 1О, падклю- ченную к выходам этих детекторов схему 11 вычитания, второй электронный комм татор 12, сигнальный вход которого под ключен к выходу схемы 11 вычитания, управляющий вход - к выходу синхронизатора 5, пиковые детекторы 13, 14, подключенные к выходам электронного коммутатора 12, вторую схему 15 вычи тания, подключенную к выходам пиковых детекторов, и регистратор 16, подключен ный к выходу схемы 15 вычитания. Излучатели 3, 4 и приемники 6, 7 закреплены на исследуемом образце 17 на одной прямой, причем приемники расположены внутри излучателей. С помощью предложенного устройства коэффициент пространственного затухания определяют в соответствии с формулой Г (Un Ьх ...egR uj .J где и - амплитуды электрического сигнала на выходе приемника с координатой X f при прозвучивании образца излучателем с координатой ; 1/2 - амплитуда электрического сигнала на выходе приемника с соордина- той Хп - при прозвучивании образца излучателем с координатой Х ; (11 - амплитуда электрического сиг нала на выходе приемника с координатой 44 X при прозвучивании образца излучателем с координатой i Ул - амплитуаа электрического сигнала на Быхоце приемника с координатой Х при прозвучивании образца излучателем с координатой П 0, О,5, 1,О для плоской, цилиндрической волн соответственно. (,( (( Действительно, пусть первый приемник, имеющий чувствительность V расположен на исследуемом образце в точке с координатой Х , второй приемник с чувствительностью расположен в точке Хл Х, а образец характеризуется коэффициентом пространственного затухания оС Излучим аз точки ультразвуковую волну с начальной амплитудой AQ( Jfg), зависящей от чувствительности у излучателя на излучение. Тогда в точке X ампл.итуда ультразвуковой волны может быть представлена в виде ( где X/j Q) - функция, учитывающая расхождение фронта волны (для плоской волны in Ю, для цилиндрической волны, П 0,5, для сферической волны ,О), а амплитуда электрического сигнала на выходе первого приемника равна и - А (v i-v /к -« jnfC r o ( ul- ol&ol flti l Амплитуда ультразвуковой волны в точке Хл в этом случае представляется в виде V-Aol Jo). а амплитуда электрического сигнала на выходе второго приемника g e otifoVs ai a- or- 0(2-4 Найдем отношение амплитуды электриеского сигнала, полученного на выходе приемника, близлежащего к точке излучения, к амплитуде электрического сигала на выходе другого приемника. J ,,ООС1Х.-Х,) ГГ)2 1Х2-ХоГ Для случая излучения ультразвуковой волны излучателем с чувствительностью на излучение , расположенным в точке с координатой 3 2 получимсоответственно:U2 2 ( ,( (л Перемножив последние два равенства, имеем 2 х1Х2-Х,(Х2-Х,) откуда следует f ыт-- 2{Х2-х) Таким образом при определении коэффициента пространственного затухания в соответствии с полученным выражением не требуется знания чувствительностей используемых датчиков. Устройство работает следующим обра зом. Сигнал от задающего генератора 1, работающего в непрерывном режиме, поступает на сигнальный вход электронног коммутатора 2, на управляющий вход этого коммутатора подаются импульсы с генератора 5 прямоугольных импульсов, работающего со скважностью около 2, в результате чего сигнал от зада ющего генератора поочередно подводится к излучателям 3,4 каждый из которы создает в исследуемом образце 17 ульт развуковые колебания в виде последовательности радиоимпульсов, несущая частота которых равна частоте задающего генератора, а период повторения равен периоду повторения генератора прямоугольных импульсов. Ка йдь1й из приемников 6,7 воспринимает поочередно колебания, создаваемые излучателями. Принятые сигналы усиливаются в усилителе 8 и детектируются амплитудными детекторами 9, 10, посто янные времени которых выбирают из условия Т С 7 - 7 I - период повторения излучаемы импульсов; i. - частота. Детекторы 9, 1О включены таким об разом, чтобьг на их выходах сигналы им 7921 J Q 46 ли одинаковую полярность, н;1пример, положительную. На фиг. 2 кривой 18 показан выходной сигнал одного из детекторов. Пусть для определенности это будет сигнал на детектора 8. При этом амплитуда большего импульса В соответствует излучению слева направо (по схеме), а амплитуда меньшего импульса В соответствует излучению справа налево. Учитывая логарифмический характерамплитудной характеристики усилителя 8, можно записать .K-BgU ; B -a-k-Bg-U ,, где а - коэффициент передачи детекторов 11, 12. На кривой 19 представлен вид сигнала на выходе детектора 1О, при этом амплитуда большего им гульса В соответствует излучению справа налево, а амплитуда меньшего импульса Вл - слева направо B -a-k-Eg-tr , B4-Q.u.egir2. После прохождения схемы 11 вычитания сигнал приобретает вид, представленный кривой 2 О, причем амплитуда положительного импульса .- БД, а амплитуда отрицательного импульса Сл ВпJ-J.i л Эти импульсы разделяются с помощью , электронного коммутатора 12, управляемого сигналом генератора 5 прямоугольных импульсов, в результате чего на одном выходе коммутатора, например левом по схеме, выделяются импульсы, имеющие амплитуду С (кривая 21), а на другом (правом) - импульсы, имеющие амплитуду Сл (кривая 22). Выделенные импульсы поступают на входы пиковых детекторов 13, 14, на выходах которых образуются сигналы постоянного напряжения, величины которых могут быть записаны в виде Ь С и D- Cg , где Ъ - коэффициент передачи пиковых детекторов. Полученные на выходах пиковых детекторов постоянные сигналы вычитаются в схеме 15 вычитания, на выходе которой образуется сигнал постоянного напряжения амплитудой .C2-J а-Ъ. к (Bg и - eg iT -egtr ). Она с точностью до постоянного множителя совпадает с полученным выше выражениям 77 для определения коэффициента пространственного затухания о. Предложенное устройство для измерения, коэффициента пространственного затухания ультразвуковых колебаний позволя- ev автоматизировать процесс измерений и использовать при этом некалиброванные датчики, что сокращает время испытаний и приводит к повышению точности измерений. Формула изобретения Устройство для измерения коэффициен- та ратухания ультразвуковых колебаний, содержащее задающий генератор, подключенный к входу первого коммутатора, син хронизатор, подключенный к управляющему входу второго электронного коммутатора, два электромеханических излучателя, подключенных к выходам первого ком мутатора, два электромеханических приемника, подключенных к двухканальному 4 усилителю, и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены два амплитудных детектора, две схемы вычитания и два пиковых детектора, причем выходы двухканального усилителя через амплитудные детекторы подключены к входам первой схемы вычитания, выход которой подключен к входу второго электронного коммутатора, его выходы через пиковые детекторы подключены к входу второй схемы вычитания, выход которой подключен к входу регистратора, а управляющий вход первого электронного коммутатора подключен к выходу синхронизатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Носов В. А. Проектирование ультразвуковой измерительной амплитуды. Машиностроение, М., 1972, с. 112, рис. 49. 2.Авторское свидетельство СССР N 333462, кл. G 01 N 29/ОО. 1972.

Bi,

BZ-B,

13

Фиг. 2