Ультразвуковой способ измерения физических параметров вещества

 

ОП ИСА

ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИД

Союз Советских

Социалистических

Республик (8! ) Дополнительное к авт. сви (22)Заявлено 27.10.81 (21) с присоединением заявки М— (23) ПриоритетОпубликоваио 07.03 ° 83

Гвсуаарстееев» кваитет

СССР вв ааяаи язебретвяяя и втхрытий

Дата опубликования опи (72) Авторы изобретения. Л. В. Юозонене и И. А. Г йт ау7а.с (б Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (71) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ ВЕЩЕСТВА

Изобретение относится к акустическим измерениям и. может быть использовано для одновременного определения. скорости ультразвука в . веществе, его плотности и коэффициента адиабатической сжимаемос1 ти при изучении биологических мягких тканей и желеобразных веществ, в том числе при одностороннем доступе к ним.

Известен ультразвуковой способ измерения физических параметров вещества, например плотности, заключающийся в том, что измеряют величину ослабления ультразвука при прохождении его через исследуемую среду и по ней огределяют плот»:ность вещества I 1).

Недостатками известного способа являются низкая точность измерения, так как способ позволяет измерять только относительное-изменение плотности, и невозможность измерений

2 при одностороннем доступе к иссле" дуемому веществу.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является ультразвуковой способ измерения физических па4 раметрой вещества, заключающийся s том, что с помощью двух преобразователей возбуждают и принимают ультразвуковые волны, прошедшие задан-10 ное расстояние в пластине,.контактирующей с исследуемым веществом и определяют скорость звука, по .которой судят о физических параметрах вещества. Контролируемый параметр !

5 вычисляют по разности скоростей рас пространения волны для известного и исследуемого жидкого вещества, поме1ценных в резервуар f2).

Недостатком способа является отсутствие вЬзможности измерять физические параметры жидкости при наличии последней в малых количествах, а также снижение точности измерения

002901 4 из преобразователей размещают на плоскопараллельном участке пластины, второй - на клиновидном ее участке с углом при вершине о, который гыГирают из условия а/= — arcs n(С1,/С ) по очередно измеряют коэффициенты У и

V„ характеризующие отражение волн от границы раздела двух сред пластинаисследуемое вещество, соответственно но при нормальном их падении и паде- . нии под углом Д.относительно нормали к границе раздела, и определяют скорость ультразвука С в исследуемом веществе, его- плотность Я и коэфФи

1 циент адиабатической сжимаемости „ определяют по формулам

С й+Ч ) Ь(1+Ч)-ц(-VÄ -9< С, <+Vo) (- ) SSnd (1 — Чо11 "- (1+Ч)-О (1 y) j

Pg (4+ Vp )?. Ь (1+Ч)-о (4+ч Я Ми д(4-Vp) (b 0 Ъ,)-а О-Ч)Р-Р„, С„(4+Ч,) -(1-Ч) (s-v, ЯЬ О+ )-а (4 -V ) j s n <

С„ f q <"+ЧоМ -Чо) ГЬ 1+Ч)-а И-9) 3-ó, C (<+yp) () у) где а=4р„ sin С4С - C„sin+/С

"J

b= Я(Сь- 2{. s in g)Q„cps с )„- плотность материала пйастины, С и С - соответственно скорость распространения продольных и попереч" ных волн в ней, С - скорость нулевой моды волны Лэмба в материале пьо зопреобразователя, V = A> /А... \/

Q/А2, А„ A„ -величина сигнала, о принятого i-ым преобразователем (i-" 1,2), соответственно, при контактировании с исследуемым веществом и при отсутствии последнего.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства для осуществления предложенного способа.

Устройство включает два пьезопреобразователя 1 и 2, первый из них размещен на плоскоспараллельнам участ.4 ке пластины 3, второй - на клиновидном ее участке с углом о . при вершине, .Пластина 3 отшлифованной поверхностью 4 контактирует с исследуемым веществом 5.

И

Для осуществления предложенного способа, необходимо поочередно пьезопреобразователями 1 и 2 возбудить

3 1 в случае, когда стенка резервуара выполнена из неизвестного материала.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно ультразвуковому способу измерения физических параметров вешеств, заключающемуся в том, что с помощью двух преобразователей возбуждают и принимают ультразвуковые волны, прошедшие заданное расстояние в пластине, контактирующей с исследуемым веществом, и определяют скорость. звука, по которой судят о

Физических параметрах вещества, один в пластине 3 продольные волны с помощью генератора импульсов (нг показан). Отраженные от поверхности 4 ультразвуковые волны принимают те же преобразователи и определяют их амплитуду, например, по величине сигнала на экране осциллографа (не показан ), подключенного входом к пьезопреобразователям.

Измерение проводят дважды - при контактировании поверхности 4 пластины с исследуемым веществом 5 и при .отсутствии последнего. Затем определяют отношения 1 =А /А и

Ч Я где А и А.(- величина сигнала, принятого i-ым пьезопреобразователем соответственно в отсутвие контакта с исследуемым веществом, и при контактировании с ним.

С целью повышения точности уголь выбирают, исходя, из условия з1п 2 (С1,/Со, (4) или

arcs пСь(С,.

Условие (4) соответствует оптимальному возбуждению волны Лэмба, 1002901

5 так что преобразователь 2 показывает наибольший принятый сигнал, а различие между о, V и оказывается максимальным. Ратем по Формулам (1) и (3/ определяют значения скорости ультразвука С в исследуемом веществе его плотность g и коэффициент ро; ади— абатической сжимаемости.

Формула изобретения

С

Сь нчо) 54(«V)-о 1-v)) 9 с О+ч )1(<-v) (4.-ЧО) СЪ(.{+Ч)-е (4-v)3 Ь и { (4 3<) lb(1+V)-a(3-V)3 -Р ({+Чо) (,{ V)

I (l- О) СЬу+Ч)-а(-Ч)Зьь 1

Я С{, P<({ ЧоУО-Yc) tb«+V)-00-Ч)1-9„С„({+Чо) (4 V)

I где a= "91 С - з1Г{4 4Гь- Г - sir a /Ñ ветственно при контактировании с ucb=P<(C> - 2 Г, sin с{.)2/С cns+ 4> следуемым веществом и при отсутствии

Р- плотность материала пластины; последнего.

С1„ и С соответственно скорость рас- Источники информации, пространения продольных и поперечных принятые во внимание при экспертизе волн в ней; С - скорость нулевой моды 1. Авторское свидетельство СССР волн Лэмба в материале пьезопрео{ ра- {{ 207459, кл. С О1 М 9/24, 1966. зователя; V+=I>/А „, Ч = А- /А ; А,{ и 2. Авторское свидетельство СССР

А(- величина сигнала, принятого i-ым Ю 425098, кл. G 01 М 29/02, 1970 пьезопреобразователем (i=1,2) соот- (прототип).

Поскольку пластину 3 изготавлива- 0 ют из известного материала, извест ны с достаточной точностью скорости продольных и поперечных ультразвуковых волн в материале пластины, его плотность и значение угла Q, что !5 повышает точность измерений.

Преимуществом способа является возможность одновременного определения скорости распространения ульт- щ развуковых..волн плотности и коэффи-, циента адиабатической сжимаемости жидких и желеобразных материалов, имеющихся в малых количествах, а также возможность использования его у для исследования мягких тканей живого организма, например, при диагйостике заболеваний, так как способ требует только одной рабочей поверхности.

Ультразвуковой способ измерения физических параметров вещества, заключающийся в том, что с помощью двух преобразователей возбуждают и принимают ультразвуковые волны, прошедшие заданное расстояние в пластине, контактирующей с исследуемым веществом, и определяют скорость звука, по которой судят о Физических параметрах вещества, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, один из преобразователей размещают на плоскопараллельном участке пластины, второй - на клиновидном ее участке с углом при вершине о(, который выбирают из условия о{.= и V, характеризующие отражение волн от границы раздела двух сред пластина — исследуемсе вещество соответственно при нормальном их падении и падении под. углом сх. относительно нормали к -ранице раздела и определяют скорость ультразвука С в исследуемом веществе, его плотность 9. и коэффициент адиабатической сжимаемости Pg определяют по формулам

1002901

Составитель 8. Гордиенко

Редактор Т. Киселева Техред А.Бабинец Корректор H.Âàðîâè . Заказ 1536/23 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

-по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Рауаская наб., д. 4/5 филиал IlllA "Патент", t. Ужгород, ул. Проектная, 4