Способ определения параметров ультразвуковой волны в среде

 

Изобретение относится к технической физике, в частности к способам неразрушающего контроля образцов ультразвуковыми методами, и может быть использовано при измерении параметров жидких и твердых сред. Целью изобретения является расширение функциональньк возможностей за счет определения групповой скорости и дисперсионного параметра волны в среде. В предложенном способе прозвучивание исследуемого образца среды осуществляют ультразвуковыми колебаниями , содержащими составляющие двух частот. При изменении разностной частоты измеряют фазу сигнала, пропорционального огибающей принятого сигнала на разностной частоте, по которой определяют не только дисперсионный параметр D, но и групповую скорость V. При этом изменение фазы огибающей с увеличением расстояния от источника происходит гораздо быстрее , чем позволяет исследовать образцы сравнительно малых размеров и повышает точность определения параметров при наличии сильного затухания . 1 ил. (О ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51) 4 G 01 Н 5/00

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4066674/25-28 (22) 05.05.86 (46) 07.01.88. Бюл. М 1 (71) Горьковский научно-исследовательский радиофизический институт (72) И. В. Иейнфельд (53) 534.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 731370, кл, G 01 N 29/00, 1977. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ВОЛНЫ В СРЕДЕ (57) Изобретение относится к технической физике, в частности к способам нераэрушающего контроля образцов ультразвуковыми методами, и может быть использовано при измерении параметров жидких и твердых сред. Целью изобретения является расширение функциональн tx voçìîæíîñòåé за счет определения групповой скорости и дисперсионного параметра волны в среде, В предложенном способе прозвучивание исследуемого образца среды осуществляют ультразвуковыми колебаниями, содержащими составляющие двух частот. При изменении разностной частоты измеряют фазу сигнала, пропорционального огибающей принятого сигнала на разностной частоте, по которой определяют не только дисперсионный параметр D, но и групповую скорость V. При этом изменение фазы огибающей с увеличением расстояния от источника происходит гораздо быстрее, чем позволяет исследовать образцы сравнительно малых размеров и повьппает точность определения параметров при наличии сильного затухания, 1 ил.

1364900

Изобретение относится к технической физике, в частности к способам неразрушающего контроля образцов ультразвуковыми методами, и может быть использовано при измерении параметров жидких и твердых сред.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет определения групповой скорости и дисперсионного параметра волны в среде.

На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит генератор 1 сигнала несущей частоты, подключенный к сигнальному входу балансного модулятора 2. К управляющему входу балансного модулятора 2 подключен перестраиваемый по частоте генератор

3 модулирующего сигнала. Выход балансного модулятора,2 через усилитель 4 мощности соединен с электроакустическим преобразователем 5. Электроакустический преобразователь 5 находится в акустическом контакте с исследуемым участком среды (или образцом 6).

На расстоянии L от преобразователя

5 размещен электроакустический преобразователь 7, также находящийся в акустическом контакте с участком среды (или образцом 6). Выход преобразователя 7 через предварительный усилитель 8 соединен с квадратичным детектором 9, выход которого через усилитель 10 низкой частоты подключен к сигнальному входу фазового детектора II. Вход опорного сигнала фазового детектора 11 соединен с вы1 ходом генератора 3 через удвоитель

12 частоты. На выходе фазового детектора 11 включен регистратор 13.

Способ определения параметров ультразвуковой волны в среде реализуется следующим образом.

Вводят в среду ультразвуковые колебания, содержащие составляющие двух частот. Для этого формируют с помощью генератора 1 высокочастотный непрерывный синусондальный сигнал на частоте (д . Одновременно формируют с помощью генератора 3 низкочастотный непрерывный синусоидальный сигнал на частоте n,/2. Затем формируют с помощью балансного модулятора 2 двухчастотный сигнал, содержащий две спектральные составляющие на частотах

С, Л1 и = а - — и Q + — 1

2 г

Преобразуют усиленный усилителем 4

5 двухчастотный сигнал в ультразвуковые колебания, содержащие составляющие двух частот, с помощью электроакустического преобразователя 5.

Принимают в фиксированной точке пространства прошедшие через среду (образец 6) колебания и преобразуют их в электрический сигнал с помощью злектроакустического преобразователя

7. Сигнал на выходе злектроакустического преобразователя 7 имеет вид:

P(L

+ Я, ) + А . cos(g t — К Ь +,)

25

40 В (L1t) = A1 + А + 2 А,А, х cos (El,Ñ вЂ” g,(Ь) +p,-(g), где Ч, - раэностная частота;

P,(L) — фаза сигнала, пропорцио45 нального интенсивности принятого сигнала.

Измеряют на разностной частоте 0 фазу p (L) сигнала, пропорционального интенсивности принятого сигнала. для этого усиливают сигнал разностной частоты с выхода квадратичного детектора 9 с помощью усилителя 10.

Одновременно формируют опорный сигнал разностной частоты Q, с помощью удвоителя 12 частоты. Измеряют на разностной частоте (7, фазу сигнала на выходе усилителя 10 с помощью фазового детектора ll: где А,, A — амплитуды спектральных составляющих компонент сигнала; расстояние между электроакустическими преобразователями 5 и 7 (длина исследуемого участка среды или образца 6);, К,, К - волновые числа ульт30 развуковых волн в среДЕ на частотах соответственно Ы, и сд

Ч,, Ц - начальные фазы спектральных компонент.

З5 Выделяют сигнал пропорциональ ный интенсивности принятого сигнала с помощью удвоителя 8 и квадратичного детектора 9:

1364900 м

= — Е:л

N . >

> 1

q,(L) = (К, — К, )Ь,.

4> — измеренные значения фазы на

1 соответствующих частотах

В частном случае, когда N = 2, формулы для вычисления групповой скорости и дисперсионного параметра D принимают вид:

15 следующим образом:

Полученное значение фазы (>, (й,) регистрируют с помощью регистратора 13, Затем изменяют разность частот составляющих ультразвуковых колебаний и для каждого значения разностной частоты Ч ; (i = 2, З,...,N) указанные действия повторяют. После этого дисперсионные параметры D u U опреде- 30 ляют по формулам

S S — БгБ4 2 S>.Н>,-S Б+

S S где L — расстояние между электроаку- >5 стическими преобразователями

5 и 7;

»

1?, >>, 1

40

» (2; (1>; >

2 N

S

N л. ;;

S

При Д, а а волновое число К = К(а,) можно разложить в ряд около точки а;

d K 1 d К 2

К =K + — G,+ — — д, +.. дц 2 ду

Тогда фаза огибающей выразится через параметры

U =

< 63 1 и Р -,1г„7,К>

9, (а,) = ь1,— а, + — пр), / 1 1

1 1 (4>г 4>,Oz

U (а,-g2)L G2 а, ) >

2 1 4>, 4 г (а,-а,)ь а, а, ) Способ позволяет определить групповую скорость и дисперсионный параметр волны в среде, исследовать образцы малых размеров и повысить точность определения параметров при наличии сильного затухания.

Формула изобретения

Способ определения параметров ультразвуковой волны в среде, заключающийся в том, что в среду вводят ультразвуковые колебания, содержащие составлякицие двух частот, принимают прошедшие через среду колебания, по которым определяют искомый параметр, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения групповой скорости и дисперсионного параметра, изменяют разность частот составляющих ультразвуковых колебаний, принимают прошедшие колебания в фиксированной точке среды, измеряют фазу сигнала, пропорционального интенсивности принятого сигнала для каждого значения раэностной частоты, по которой определяют искомые параметры.

1364900

Составитель И. Ардашева

Редактор В. Данко ТехредМ.Дидык Корректор Л. Пилипенко

Закаэ 6583/33

Тираж 524 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4