Устройство для измерения параметров распространения ультразвука в жидких средах

 

Изобретение относится к технике измерений параметров распространения ультразвука в жидких средах, например , к устройствам импульсного определения скорости распространения и затухания ультразвука в средах. Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей путем измерения затухания колебаний . Устройство снабжено координатной системой 9, выполненной в виде фермы, на одном из концов которой установлен перемещающийся в направлении , перпендикулярном плоскости фермы, держатель 11 приемного преобразователя 5 с звукопроводящим стержнем k, жестко закрепленным одним из своих концов на его рабочей грани, а на другом конце фермы установлен держатель 10 излучающего ненаправленного преобразователя 2, также перемещающийся в направлении, перпендикулярном плоскости фермы. 2 ил„ (Я

СОКИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (g )g G -"", Н 5/00

lyP 01И2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ fHHT СССР (21) 4785972/28 (22) 26.12.89 (46) 15.03.92. Бюл. 8 10 (71) Акустический институт им. акад. Н.Н.Андреева (72) А.Л.Сушков, В.В.Зосимов и.В.Г.Акимов (53) 620.179.16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР 529374, кл. G 01 Н 5/00, 1974;

Авторское свидетельство СССР

N 587388, кл. G 01 N 29/02, 1976.. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАNETP0B РАСПРОСТРАНЕНИЯ УЛ6ТРАЗВУКА В ЖИДКИХ СРЕДАХ (57) Изобретение относится к технике измерений параметров распространения ультразвука в жидких средах, например, к устройствам импульсного опре„.Я0.„1719919 А 1 деления скорости распространения и затухания ультразвука в средах. Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей путем измерения затухания колебаний. Устройство снабжено координатной системой 9, выполненной в виде фермы, на одном из концов которой установлен перемещающийся в направлении, перпендикулярном плоскости фермы, держатель 11 приемного преобразователя 5 с звукопроводящим стержнем 4, жестко закрепленным одним из своих концов на его рабочей грани, а на другом конце фермы установлен держатель 10 излучающего ненаправленного преобразователя 2, также перемещающийся в направлении, перпендикулярном плоскости фермы. 2 ил.

1719919

Изобретение относится к технике измерений параметров распространения ультразвука в жидких:средах, например к устройствам импульсного опреде5 ления скорости распространения и затухания ультразвука в средах.

Известно устррфство определения скорости распространения и затухания ультразвука в средах, содержащее последовательно соединенные между собой генератор ультразвуковых импульсов и излучающий преобразователь, акустически связанные с ними через исследуемую среду последовательно соединенные приемный преобразователь, блоки обработки и регистратор сигнала, Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения скорости ультразвука в жидких средах, 20 содержащее соединенные последовательно генератор ультразвуковых импульсов и излучающий преобразователь, соединенные последовательно приемный преобразователь, .блоки обработки и 25 регистратор, Выход излучателя через блок синхронизации связан с вторым входом регистратора, а приемный преобразователь установлен с возможно" стью перемещения относительно излуча- З0 теля.

Однако устройство имеет невысокую точность измерений, связанную с неравномерностью и искажением волнового фронта сигнала, которую можно повысить путем уменьшения времени измерения за счет повышения их кратности и последующего статистического анализа, но это приводит к существенным аппаратурным усложнениям. Кроме того, 40 устройство требует наличия образцовых средств измерений и образцовых сред, что сужает функциональные возможности измерений.

Цель изобретения — повышение точности и расширение функциональных возможностей путем измерения затухания колебаний.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения 50 параметров распространения ультразвука в жидких средах, содержащее соединенные последовательно приемный преобразователь, блоки обработки, регистратор и блок синхронизации, сое диняющий выход генератора ультразвуковых импульсов с вторым входом регистратора, а приемный преобразователь установлен с возможностью перемещения относительно излучателя, снабжено координатной системой, кинематически связывающей приемный и излучающий преобразователи, выполненной в виде Фермы, на одном из концов которой установлен с возможностью пе ремещения в направлении, перпендикулярном плоскости фермы держатель приемного преобразователя, а на другом конце с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости фермы и вдоль нее установлен держатель излучающего преобразо; вателя с звукопроводящим стержнем жестко закрепленным одним из своих торцов на рабочей грани приемного преобразователя, а. излучающий преобразователь выполнен ненаправленным.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - зависимости амплитуды сигнала переднего фронта импульса от угла падения звукового луча на стержень приемника.

Устройство (фиг. 1) содержит генератор 1 ультразвуковых импульсов и излучающий преобразователь 2, приемный преобразователь 5 с возможностью перемещения относительно излучающего преобразователя 2, блок 6 обработки, регистратор 7, блок 8 синхронизации

Устройство снабжено координатной системой 9, кинематически связывающей приемный и излучающий преобразователи 5 и 2, выполненной в виде фермы, на одном из концов которой установлен с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости фермы держатель 11 приемного преобразователя 5, а на другом конце фермы 9 с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости фермы и вдоль нее,установлен держатель 10 излучающего преобразователя 2 с звукопроводящим стержнем

4, жестко закрепленным одним из сво= их торцов на рабочей грани приемного преобразователя 5, а излучающий преобразователь 2 выполнен ненаправленным.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 импульсов Формирует электрический сигнал, поступающий на излучающий преобразователь 2, кото-. рый возбуждает упругие волны в исследуемой жидкости 3. Волна, распространяясь в жидкости, достигает звукопроводящего стержня 4 и по нему переA макс

1n — ——

>К А»

Ы ст 1с„ (4) С>»» а

Сст 1+ (r/h) 2

1п А /А»

Ы

cf 1 /2 (4) 50

1п Ag/А >

М

Р

r+ hr (б) 5

1/199 дается к приемному преобразователю

5. Последний формирует электрический сигнал, пропорциональный параметрам упругого импульса, который далее по5 ступает на вход блока обработки сигнала (усилитель с регулируемыми фильтрами верхних и нижних частот) и за" тем на регистратор 7, который фик» сирует амплитудно-частотные характе-. 10 ристики искомого сигнала и время задержки, определяемые с помощью блока

8 синхронизации и соответствующего времени пробега ультразвукового импульса от излучающего преобразователя »5

2 до приемного преобразователя 5,пг фиксированных координатах обоих.

Измерение скорости распространения и затухания ультразвука в исследуемой жидкости, а также в звукопроводя- 20 щем стержне, находящемся в жидкости и атмосфере, производят в следующей последовательности. Вначале производят коллинеарное по отношению к оси держателя 11 и полупогруженного в >»ид- : 25 кость стержня 4 приемного преобразователя 5 погружение излучающего преобразователя 2 от поверхности жидкости

3 в направлении, перпендикулярном плоскости фермы 9, до момента регистрации З0 максимального значения амплитуды импульса, фиксируемой регистратором

7 (см. фиг. 2), и определяют соотношение скоростей звука в жидкости и в стержне, находящемся в атмосфере, 35 по формуле

40 где С„, и Са — скорости распространения звука в жидкости 3 и стержне 4 находящемся в . атмосфере; г — расстояние между осями дер- 45 жателей 10 и 11 излучающего и приемного преобразователей

2 и 5 соответственно;

h — глубина погружения излучателя 2.

Далее с учетом отношения (1) и известного времени задержки определяют скорости звука в жидкости 3 и материале стержня 4, находящегося в атмос фере С из уравнения а

R 1>»» 1 ст

"А

+ (2)

"макс

19 б гдето - время задержки в момент

"макс регистрации максимального значения амплитуды; . 1к — длина луча от излучателя

2 до точки пересечения стержня 4 с границей раздела жидкость - атмосфера;

1:. — длина стержня.

Затем производят дальнейшее погру" жение излучателя 2 на глубину, равную половине длины стержня 4 в направлении, перпендикулярном плоскости фер- мы 9 и вычисляют скорость звука в

У

>к стержне, находящемся в жидкости С ., из выражения

C» >»C и 1ж 1ст 1ст

С = — +- — -+--— (3)

С 2Сс» 2С ж

>к ст cf где ь A — время задержки в момент реп гистрации сигнала после вторичного погружения излучателя 2 на половину длины стержня 4.

Далее определяют коэффициент затухания м в стержне 4, находящемся в жидкости 3 из выражения где 1п — натуральный логарифм отношения; и „ - .амплитуда сигнала, измеренная в момент падения луча на нижний конец стержня 4.

В следующей операции производят уже погружение стержня 4 на полную глубину и определяют коэффициент

»>(поглощения в стержне, находящем0 ст ся в атмосфере, из выражения где А — амплитуда сигнала, измеренная при падении звукового луча на середину полностью погруженного стержня 4, В заключительной операции после перемещения излучателя 2 от стержня

4 в направлении вдоль плоскости фермы 9 на расстояние

- „ <с,*,> .> - 1 < > определяют коэффициент затухания ультразвука в жидкости из выражения

1719919

Формула и зобретения

Составитель С.Крючкова

Техред Ji.Сердюкова . Корректор A.Обручар

Редактор С.Лисина

Заказ 765 . . 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,101 где Аз - амплитуда сигнала, измеренная на расстоянии излучателя 2 от стержня 4, равном г+Дг. 5

Устройство для измерения парамет" ров распространения ультразвука в 10 жидких средах, содержащее соединенные последовательно генератор ультразвуковых импульсов и излучающий преобразователь, соединенные последовательно приемный преобразователь, 15 блоки обработки, регистратор и блок синхронизации, соединяющий выход генератора ультразвуковых импульсов с вторым входом регистратора, а приемный преобразователь установлен с 20 возможностью перемещения относительно излучателя, о т л и ч а ю щ е е— с я тем, что, с целью .повышения точности и расширения функциональных возможностей путем измерения затухания колебаний, оно снабжено кинематически связывающей приемный .и излучающий преобразователи координатной системой, выполненной в виде фермы, на одном из концов которой установлен с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости формы, держатель приемного преобразователя, а на другом с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости фермы и вдоль нее, установлен держатель излучающего преобразователя с звукопроводящим стержнем, жестко закрепленным одним из своих торцов на рабочей грани приемного преобразователя, а излучающий преобразователь выполнен ненаправленным.