Способ измерения скорости ультразвука Советский патент 1981 года по МПК G01H5/00 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА

1

Изобретение относится к облас- ти исследования физико-химических свойств конденсированных сред, в частности к способам измерения скорости ультразвука.

Известен эффект Мессбауэра, заключающийся в том, что существует безотдачный 7 Резонанс ядер в твердом теле, при котором отдача, которую получает испускающее или поглощающее ядро, связанное в твердом теле, передается всему кристаллу, как целому, то есть отдачу получает не одно ядро, а целый кристалл, вследствие чего потеря на отдачу настолько мала, что имеет место перекрытие линий испускания и поглощения ( ) fl.

Эффект Мессбауэра наблюдается во многих ядрах, но наиболее удобным является изотоп железа Fe, который обладает достаточно большим сечением поглощения JT-квантов при комнатных температурах

Колебания мессбауэровских ядер под действием ультразвуковых волн моделируеют мессбауэровское Т г злучение. Частота последнего 10 Гц и, следовательно, частота ультразвковых волк практически не ограниче на, то есть на толщину исследуемого материала, а которс измеряется скорость звука, практически не ставится ограничений.

Известен способ измерения скорости ультразвука, закгаочающийся в . том, что возбуждают в исследуемой среде ультразвуковые колебания, фиксируют частоты, сортветствующие возoникновению стоячих волн, и определяют скорость ультразвука с учетс 4 размеров образца и частоты ультразвуковых колебаний. П{ж этом в качестве излучателя и приемника звука

S используется кварцевая пластинка, а для регистраци используется экран осциллографа Гз .

Данный способ по своей технической cytSHocTH являе ся наиболее близким к изобретению. Однако он обладает недостаточной чувствительностью и точностью, .поскольку кварцевая пластинка, которая является приемником звука, не чувствует изменений

5 слабых звуковых давлЬннй при прохождении звука через тонкие образцы.

Целью изобретения является повышение точности измерений и расшнре30 ние диапазона измеряемых толщин.

Поставленная цель достигается тем, что со стороны, противпбложной плоскости ввода ультразвуковых колебаний, помещают поглотитель, содержащий мессбауэровские ядра, облучаю полученную систему --йзлучение,. снимают зависимость вероятности эффекта Мессбауэра от частотн ультразвуковых колебаний при заданной толщине-среды или толщины среды при зещанной частоте, определяют значение частот в первом случае или толщин во втором, соответствующие : экспериментальным значениям вероятност эффекта Мессбауэра, по которым вычисляют скорость ультразвука..

На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего предл-агаемый способ. . .

Устройство включает источник 1 Т-излучения, кварцевый ультразвукевой преобразователь 2, высокочастотный генератор 3, мессбауэровский поглотитель 4, анализатор 5 импульсов. . ,

Измерение скорости ультразвука предлагаемым способом осуществляет- ся следующим образом. ...

Вырезают из материала, в котором необходимо измерить скорость эвука, пластину б определенной толщины (,2 мм и ниже), приклеивайт ее акустическими склейками к ультразвуковому преобразователю 2, а к другой стороне исследуемого материала приклеивают той же акустической склкой мессбауэ.ровский поглотитель 4, облучают полученную систему гу-иэлучением.

При этом гамма-лучи, проходя чер исследуемую среду, содержащую мессбауэровские .ядра (в данном случае Fe), детектируются с помощью суинтилляционного кристалла и поступают на фотоэлектронный умножитель (на чертеже не показаны). Одт повременно на кварцевый Преобразователь 2 подают от.высокочастотного генератора 3 напряжение, которое преобразуется в механические ко.лебаНия. Эти колебания с помощью акустических склеек передаются на мессбауэровский образец. Затем с выхода фотоэлектронного умножителя электрические импульсы посылают на анализатор 5, где происходит их усиление и затем полу.ченного мессбауэровского спектра поглощения .поглотителя. .

Далее определяют вероятность эффекта мессбауэра для нескольких частот ультразвуковых колебаний и и.з известного графика зависимости вероятности эффекта Мессбауэра от частоты ультразвуковых колебаний (при определенной толщине исследуемого материала и эффективного напряжения на преобразователе) нахог ят

скорость ультразвука в материале по формуле:

,)d,

где С - скорость ультразвука в исгследуемой среде Сматериале; 5 О.&2 частоты ультразвука, соответствующие двум Ридам находящимся . максимумам вероятности эффекта Мессбауэра} d - толщина исследуемого мате0 ригша.

Скорость звука можно определить и по формуле , . С 2 (dj, -d)ft.

В этом случае частота ультразвука остается постоянной, а ме1Й1ется толщина пластинки из исследуемого материала.

Таким образом, использование в данном способе Явления модуляции

0 мессбауэровсксго гамма-излучения звуков ит волнами и примененийв качестве приемника мессбауэроских ядер дает возможность повысить точность и чувствительность

5 измерений в конденсированных средах, расширить диапазон измеряемых толщин образцов.

Формула . изобретения

. Способ измерения скорости ультразвука, заключающийся в том, что возбуждают в исследуемой среде ультраr звуковые колебания, фиксируют частоты, соответствующие возникновению стоячих волн, и определяют скорость ультразвука с учётом размеров образца и частоть ультразвуковых колебаний, о т .л и ч а ю щ и и с я

0 тем, что; с целью повышения точности измерений и расширения.диапазона измеряемых TOJHUHH, со стороны, противоположной плоскости ввода ульт азвуковых колебаний, помеща5 SOT поглотитель, содержащий мессбаузровские ядра, облучают полученную систему/у-излучением, снимают зависимость вероятности .эффекта Мессбауэра от частоты ультра3буковых

0 колебаний при заданной толщине среди или-от толщины среды при заданной частоте, олределяют значение частот в первом случае или толщин во втором, соответствующие эксперис ментальным значениям вероятности эффекта Мессбауэра, -по которым вьгЧисляют скорость ультразвука.

Источники информации, принятые.во внимание при экспертизе

2.Бергман А. Ультразвук. М., Иностранная лит.ература, 1962, (прототип). . .