Устройство для измерения скорости распространения акустических волн в оптически прозрачных средах в условиях высоких давлений
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости распространения акустических волн в оптически прозрачных средах при-высоких давлениях, например при изучении термодинамических характеристик веществ при высоких давлениях (адиабатической сжимаемости, теплоемкости при постоянном объеме и др.), функционально связанных со скоростью распространения в исследуемом веществе акустических волн. Цель изобретения - расширение области применения за счет обеспечения возможности измерений в ультразвуковом диапазоне частот акустических волн. Цель достигается за счет снабжения устройства генератором синусоидального напряжения и кольцевым пьезоэлектрическим преобразователем, с помощью которого излучают концентрические радиально сходящиеся акустические волны в образец жидкости малых разамеров. Через сформированную таким образом акустическую решетку пропускают монохрома- Т1гческий пучок света и регистрируют образующуюся при этом дифракционную картину, по параметрам которой определяют скорость ультразвука. Используемая форма акустической волны обеспечивает уменьшение искажений ее на границе исследуемой жидкости и по сравнению с прототипом позволяет проводить измерения на более низзшх частотах. 1 ил. с « CD
СООЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 С 01 Н 5/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4646682/28 (22) 09.01.89 . (46) 07.01,91. Бкп. Р 1 (71) Иосковский институт приборос тр оения (72) Г.И.Максимочкин (53) 534.22 (088.8) . (56) Rev. Иос . Phys, vol. 55, Р 1, 1983, р.76. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ
ВОЛН В ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНЫХ СРЕДАХ
В УСЛОВИЯХ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости распространения акустических волн в оптически прозрачных средах при--высоких давлениях, например при изучении термодинамических характеристик веществ при высоких давлениях (адиабатической сжимаемости, теплоеикости при постоянном объеме и др.), функционально связанных со скоростью распространеИзобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости распространения акустических волн в оптически прозрачных средах при высоких давлениях, например при изучении термодинамических характеристик веществ при высоких давлениях (адиабатической сжнмаемости, теплоемкости при постоянном объеме и др.), функционально связанных со скоростью распространения в исследуемом веществе акустических волн. Цель изобретения расширение области применения за счет обеспечения возможности измерений в ультразвуковом диапазоне частот акустических волн. Цель достигается за счет снабжения устройства генератором синус оидального напряжения и кольцевым пьезоэлектрическим преобразователем, с помощью которого излучают концентрические радиально сходящиеся акустические волны в образец жидкости малых разамеров. Через сформированную таким образом акустическую решетку пропускают монохроматический пучок света и регистрируют образующуюся при этом дифракционную картину, по параметрам кот ор ой опр еделяют скорость ультразвука . Используемая форма акустической волны обеспечивает уменьшение искажений ее на границе исследуемой жидкости и по сравнению с прототипом позволяет проводить измерения на более низких частотах. 1 ил. ния в исследуемом веществе акустических волн
Цел.ь изобр ет ения — расшир ение области применения за счет обеспечеHIM возможности измерений в ультразвуковом диапазоне частот . а кустических волн, На чертеже представлена схема пр едлагаемого устр ойства для и амер ения скорости распространения акусти1619065 ческих волн в оптически прозрачных средах при высоких давлениях.
Устройство для измерения скорости распространения акустических волн в оптччески прозрачных средах при высоких давлениях содержит соосно расположенные источник 1 света, первый объектив 2, первьп» 3 и второй 4 инденторы, расположенчую между последни.п» прокладку 5, второй объектив 6 и регистратор 7 оптического спектра, механизм 8 нагружения инденторов 3 и 4, в центре прокладки 5 выполнено цилиндрическое отверстие для размещения в нем образца 9 исследуемой среды, инденторы 3 и 4 выполнены в виде усеченных конусов из оптически прозрачного мат ер зла и обращены друг к ppyry маль»г»и основаниями, а большие основания инденторов 3 и 4 по периг. етру связа-,ы с механизмом 8 осевого нагружения, предназначенным для создания осевой нагрузки, сжимающей инденторы 3 и 4, последовательно 2S соединенные генератор 10 синусоидального напряжения и кольцевой пьезоэлектрический преобразователь 11, установленный соосно с отверстием в прокладке 5 и акустически связанный с последней, источник 1 света выполнен точечным и установлен в фокальной плоскости первого объектива 2, а регистратор 7 оптического спектра установлен в фокальной плоскости второго объек ива 6.
Устройство кроме того, содержит элементы, образуюцие механизм 8 ос евого нагр ужения, а именно верхнюю и н»»ж»»юю опоры 12 и 13, связанные тремя винтами (на чертеже показан один) 14, и тарельчатую пружину 15, установленную под каждьп"» из винтов
14. Чагрузка инденторов 3 и 4, установленных в опорах 12 и 13, осуществляется поочередным закручиванием винтов 14.
Устройство работает следующим образом.
В цилиндр»лческое отверстие прокладки 5 вводится капля жидкой иссле50 дуеглой среды 9. Прокладка 5 с исследуемой средой 9 сжимаются инденторами 3 и 4 с помощью механизма 8 осевого нагружения до требуемого давления. Величина последнего глогкет изI меряться каким-либо известным способом, например по люглинесценции м:.кроскопического образца рубина (порядка нескольких микрометров), по- мецаемого в исследуемую жидкость (длина волны люминесценции р бина смецается с ростом давления по известному закону до давлений порядка нескольких миллибар (л 10 атм), близко6 му к линейной зависимости) . С помощью точечного источника 1 монохрома тич еског о с вета и пер ного объектива
2 создают параллельньп» пучок света, которьп» проходит через индентор 3, исследуемую жидкость 9 и индентор
4 и далее с помощью второго объектива
6 фокусируется в своей фокальной плоскости (на расстоянии), образуя светящуюся точку. С поглощью генератора 10 синусоидального напряжения возбуждают кольцевой пьезоэлектрический преобразователь 11, поляризованный радиально. Последний излучает в прокладку 5 концентрически сходящиеся акустические волны с частотой, задаваемой генератором 10. Акустические волны проходят в исследуемую жидкость и вызывают в последней изменения показателя преломления в виде концентрических окружностей (в сечении, перпендикулярном оптической оси).
Вследствие дифракции света на периодической структуре, образованной радиально сходящиглися акустическими волнами в исследуемой жидкости, в фокальной плоскости второго объектива
6 образуются дифракционные максиму- мы также в виде концентрических окружностей (на чертеже показана лишь первая окружность с наименьшим диаметром), диаметр которых связан с искомым значением скорости и распространения акустических волн в жидкости (с длиной волны) соотношением
%д 01/2 (1)
htZ. F где D — диаметр кольца в дифракi ционной картине (максимум первого порядка);
F — фокусное расстояние второго объектива 6;
4п — длина волны оптического излучения;
Л вЂ” длина волны акустической волны, В обцем случае для диаметра кольца в дифракцио»»но»» картине, образованного максимумом k-ro порядка, имеет мест о с оот ноше ни е
k%a D1/2
Ю (2)
g/2 F
1619065
Учитывая, что U = .f где f — час— тота излучаемого ультразвука (задается генератором 10 и определяется по лимбу генератора или, что точнее, с помоцью цифрового частотомера, искомое значение скорости и распространения акустических волн в исследуемой жидкости находят иэ уравнения (2):
4k<9, F
2 (3)
Т1К
Для достижения в исследуемой жидкости требуемого высокого давления необходимо уменьшение размеров инденторов 3 и 4 и образца среды 9. При необходимости создавать давление порядка 50 — 100 тыс.атм. диаметр цилиндрического отверстия в прокладке
5 составляет около 1-0,5 мм. Таким образом, нижний предел исследуемых частот определяется в устройстве возМожностью размещения нескольких длин волн (ультразвука), что необхсдимо для формирования дифракционного спектра в фокальной плоскости вто, рого объектива 6. Для указанных раз меров камемы ф 0,2-;0,1 мм и следо вательно, минимальная рабочая частота может составлять (согласно соотношению f = U/h) порядка 7, 5-;15 МГц (при скорости около 1500 м/с и порядка 15 — 30 ИГц для скорости около
3000 м/с, чо обеспечивает возможность измерений на частотах ниже 100 МГц (10 Гц), Фор мулан эoбpетения
Устройство для измерения скорости
5 распространения акустических волн в оптически прозрачных средах в условиях высоких давлений, содержащее соосно расположенные источник света, первый объектив, инденторы, выполненные в виде усеченных конусов оптически прозрачного материала, размещенную между ниии прокладку с цилиндрическим отверстием для размещения в нем исследуемой среды, второй объектив и регистратор оптического спектра и механизм осевого нагружения, жестко соединенный с большими основаниями инденторов, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью расшире20 ния области применения эа счет обеспечения возможности измерений в ультразвуковом диапазоне частот акустических волн, оно снабжено последовательно соединенными генератором
25 синусоидального напряжения и кольцевым пьезоэлектрическим преобразователем, установленным концентрично с отверстием в прокладке и акустически связанным с последней, источник света выполнен точечным и установлен в фокальной плоскости первого объектива, а регистратор оптического спектра установлен в фокальной плоскости второго объектива.
1619065
Составитель С.Волков
Редактор В.Данко Техр ед Л. Серд окова.
Корректор С.Черни
Заказ 38 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат Патент, r. Ужгород, ул. Гагарина, It tt
Г 101
