Ультразвуковой интерферометр Советский патент 1981 года по МПК G01N29/00 

1

Изобретение относится к ультразвуковой измерительной технике, в частности к измерителям скорости распространения ультразвука в жидкотях, и может быть использовано в научных исследованиях, в химической пищевой и др. видах промышленности.

Известен ультразвуковой интерферометр, содержсцций последовательно соединенные диапазонный генератор, измерительную камеру с пьезоизлучателем и пьезоприемнйком, усилител и блоки, позволяющие измерить в определенном масштабе разность частот акустических резонансов, на которых в столбике среды располагаются заданные количества полуволн. Разность этих частот пропорционально скорости распространения ультразвука в исследуемой среде 1.

Указанный интерферометр имеет то недостаток, что на значения частот акустических резонансов влияет фазовый угол отражения ультразвука от пьезопреобразователей, который так же зависит от частоты. Эта погрешность может быть уменьшена увеличением длины измерительной камеры. Однако при этом падает добротность резонирующего столбика среды ввиду

поглощения ультразвука в среде, что приводит к увеличению погрешности определения частот акустических резонансов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ультразвуковой интерферометр, содержащий измерительную кювету с двумя параллельно соединенными пьезоизлу0чателями, подключенными к выходу генератора высокочастотного напряжения и частотомеру, а также последовательно соединенные усилитель и индикатор 2 .

5

Однако он пригоден, в основном, только для работы вблизи резонансной частоты преобразователей, так как акустические резонансы проявляются как изменения падения напряжения на

0 преобразователях, резко уменьшающиеся при отходе от .резонансной частоты преобразователей. В случае его работы в режиме интерферометра постоянной длины возникает большая погреш5ность, намерения,, так как диапазон частот, в котором можно уверенно определить частоты акустических реэонансов, небольшой (10-15% от резонансной частоты пьезоизлучателей).

0 Вариант данного интерферометра с кюветой переменной длины характеризуется конструктивными неудобствами. Цель изобретения - увеличение точности измерения скорости распрост ранения ультразвука. Указанная цель достигается тем, что в него введен измерительный зонд ,установленный в кювете посредине между пьезоизлучателями и подключен,ный к усилителю, На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого интерферометра, на фиг. 2 - эквивалент его измериогельной кюветы. Генератор 1 высокочастотного напряжения подключен к двум параллельно соединенным идентичным пьезоизлучателям 2 и 3, вмонтированным в измерительную кювету 4 с исследуемой средой. Расстояние между пьезоизлучателями 2 и 3 фиксированное, равное В. в середине между ними в кювету }эведен приемный зонд 5 поперечными размерами меньше длины волны ультразвука. Зонд подключен к входу усилителя 6, выход которого соединен с индикатором 7 (например, стрелочным самопишущим или цифровым вольтметром) . К выходу генератора 1 подключен также частотомер 8. На фиг. 2 изображена электроакустическая система, эквивалентная по входному импед нсу исследуемой среды и частота резонансов кювете 4 интерферометра. Интерферометр работает следующим образом. Генератор 1 возбуждает пьезоизлу чатели 2 и 3, которые однофазно излучают ультразвуковые волны в напра лении друг к другу в исследуемой ср де. Волны, идущие в противоположных направлениях, принимаются в середин кюветы 4 зондом 5, который, ввиду малых поперечных размеров, имеет почти всенаправленную диаграмму приема. Высокочастотное напряжение зонда 5 поступает на усилитель 6 и индикатор 7. Частота ультразвука контролируется частотомером 8. В пр цессе измерения изменяют частоту ге нератора 1. Когда в кювете 4 столби исследуемой среды резонирует и в це ре образуется пучность давления, на пряжение зонда 5 и усилителя 6 резк возрастает. Момент резонанса отмечалот по максимальным показаниям индикатора 7, а резонансную частоту измеряют частотомером 8. Скорость ультразвука определяют по измеренны частотам нескольких акустических ре зонансов по известной методике инте ферометра постоянной длины с той разницей, что пучности в середине камеры повторяются каждый раз, когд в столбике среды располагается цело число волн ультразвука. Входной акустический игипеданс столбика среды, определенный на поерхностях обоих пьезоизлучателей случае их идентичности, равен . где Z - удельное акустическое сопротивление среды, К - действительное волновое число, если потерями пренебрегаем, В - расстояние между пьезоизлучателями . Идентичность излучателей достигается, если необходимо, с помощью соответствующих электрических цепей, включенных между выходами генератора и излучателями. Входной импеданс Zg. эквивалентен импедансу двух столбиков среды длиной -, питаемых каждый от своего пьезоизлучателя (фиг. 2) , свободных на другом конце (нагрузка равна нулю) . Входной импеданс столбика среды обычного интерферометра с одним пьезоизлучателем равен (+ где Ч - фазовый угол отражения ультразвука от пьезоприемника (рефлектора) . Сравнение формул (1) и (2) показывает, что в предлагаемом интерфероме.тре влияние на частоты резонансов оказывает только фазовый угол отражения одного пьезоизлучателя (несмотря на то, что их два), вместо суммы фазовых углов пьезоизлучателя и пьезоприемника (рефлектора) в известном интерферометре с одним пьезоизлучателем. В случае двух одинаковых преобразователей это позволяет уменьшить погрешность измерения скорости ультразвука, вызванную неидеальностью отражения, примерно в два раза. Дополнительное преимущество в отношении точности измерения вытекает из того, что в выражение входного импеданса не входит коэффициент отражения от преобразователя, поэтому потери энергии ультразвука, реально всегда имеющие место при отражении, в меньшей степени влияют на точность определения резонансных частот. Кроме того, потери энергии ввиду поглощения ультразвука в среде в меньшей степени влияют нд добротность резонирующего столбика среды, так как длина эквивалентного столбика среды (на фиг.2) равна только половине действительной длины. Это позволяет работать с кюветой большей длины, что также способствует повышению точности. Формула изобретения Ультразвуковой интерферометр, содержащий измерительную кювету с двумя параллельно-соединенными пьезоизлучателями, подключенньв.1и к выходу генератора высокочастотного напряжения и частотомеру, а также последовательно соединенные усилитель и индикатор, отлйчающи.йся тем, что, с целью повышения точности измерения скорости распространения ультразвука, в него введен измерительный зонд, установленный в кювете посредине между пьезоизлучателями и подключенный-к усилителю.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторскоесвидетельство СССР №459717, кл.бО 29/00, 1973.

2.-Леонавичус Г., и Илгунас В. Ультразвуковой интерферометр с двумя излучающими кристгшлами и его применение для определения скорости звука в жидкостях.- Материалы 2-й Всесоюзной конференции по вопросам ультразвуковой спектроскопии, Каун 1973, с. 51-54.