Способ измерения акустических параметров вещества

 

Изобретение касается акустических измерений и может быть использовано для измерения акустических параметров веществ . Цель изобретения - повышение точности измерения путем управления радиусом кривизны формы фронта волны. Формирование формы фронта волны осуществляют сдвигом фаз излучаемого и принимаемого сигналов до совпадения фаз излучаемой и всех отражённых волн. При этом образуется конфокальная система измерения , уменьшающая дифракционные погрешности. 4 ил.

1749825 ет их применение для систем с переменной длиной для устранения дифрэкционных погрешностей и подстройку вогнутости нз основе теоретических или экспериментальных данных в системах с постоянной длиной.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем управления рздйусом кривизны формы фронта волны.

Укаэанная цель достигается тем, что в способе измеренйя акустических параметров вещества, заключающимся в том, что исследуемое вещество помещают в камеру ультразвукового интерферометра, формируют в ней вогнутую форму фройтз,ультразвуковой волны, изменяют частоту . возбуждаемой волны или базу ультразвуко8oro интерферометра и измеряют частоты локальных максимумов принятого сигнала, по которым определяют скорость распространения ультразвуковой волны и коэффициент поглощения, формирование формы фронта волны осуществляют сдвигом фаз излучаемого и принимаемого сигналов до совпадения фаз излучаемой и всех отраженных волн.

На фиг. 1 изображена структурная схема, с помощью которой реализуется способ: на фиг, 2 — образование фронта волны при излучении и приеме и расположение кольцевых электродов; на фиг. 3 — выходной сигнал камеры с обозначением характерных значений (А, 8, С вЂ” максимумов, Š— минимума. 0 - в 0,707 раза меньше максимума); на фиг. 4 — зависимость приращения дй радиуса фронта волны для пьеэоизлучэтеля (кривая f) и пьеэоприемникэ («ривзя Н) от количества m пробегов волны вперед и назад(а) и зависимость поправочного «оэффициента Km к дйо,а от относительного уменьшения амплитуды волны А/А, ввиду поглощения (6). .Графики 4 (а и б) получены моделированием нэ персональном компьютере;

Способ осуществляют с помощью измерительной системы, содержащей диапээонный генератор 1, регулируемый фазофращэтель 2 многоканальный, излучающий 3 и приемный 4 пьезопреобразователи, камеру 5 интерферометра, в которую вмонтированы преобразователи 3 и 4, блок 6 перемещения преобразователя, регулируемый фазовращатель 7, измеритель В амплитуды, формирователь 9 меток перемещения, компьютер 10. Заполняют камеру 5 исследуемым веществом, о котором известны приближенные значения скорости ультразвука и с коэффициента поглощения а. Загружают в память компьютера программы, позволяющие провести расчеты по следующим формулам:

Л, =, (iRnm- - .,-); (1)

«2 гх г—

5 Rn,m = Rn,m — 1(1 +D Rn,m Кв); (2) а Im

R1,а +аз,m =R, Km =е 2; (3,4) с = ; . (5)

21 Ь вЂ” а, (6) и

«21 о, (7) а = — (агзЬ (в1п ((< 1)a - (1с 1)с)) - е);

k (g) 10 а = — эг0 — — е, Ь 0вах (9)

Oman где Луъ,i — фазовый сдвиг напряжения, по-.

20 даваемого нз 1-й электрод йьезоиэлучателя или снимаемого с 1-го электрода пьезоприемника (они задаются фззовращателями 2 и

7);

ri — средний диаметр I-го электрода;

1а - 2,5 1 m. m - - 1, 2, 3, 4 — количество пробегов волны в камере вперед и назад;

Rn,0 1/2 и = 1 для пьеэоприемника, 2— для пьезоиэлучателя; .ARi,а = 0,18; 0,085; 0,045; 0,026;

hR2,m 0,08; 0.052; 0,03; 0 02;

1 — расстояние между преобразователямй, Rn,m — радиус фронта волны; с, f — скорость и частота ультразвука; а- коэффициент поглощейия ультразвука;

К1, К вЂ” коэффициенты;

А- длина волны ультразвука в среде, 1, 40 1, 1ь - значения Длины;

40 f, f> fb — нэч йия частоты

Umax, Umln — максимальное и минимальное значения напряжения (локальные);

N, Ьй — полное количество полуволн ультразвука в камере и изменения его между точками А и В; е — приборная константа, отражающая потери энергии s преобразователях, Формула(1) выражает геометриюсферического фронта, формула(2) — изменение радиуса кривизны суммарной волны по сравнению с исходной; формула (3) означает, что фокусы обоих волн совпадают. Формулы (5)-(9)- извесгныизинтерферометрииислужатдля определения с и а, 3 нэчения bRn,m гюлучены моделированием и загружены в виде таблицы.

Также загружают ряд зэвисимостейдля управле- . ния фазовыми сдвигами вида h, р, = ЬуЪ, ($), где s — управляющий сигнал, подаваемый на фазовращатель с компьютера. Если измере1749825 ния проводятся в режиме переменной дли- получается меньше, чем в незатухающей ны, то применяют формулы (5), (8), (9), если среде. Уменьшение дй в процентах К«, как в режиме переменной частоты — формулы функция относительного уменьшения амп(6), (7) и (8). Здесь К =2 л/Л = 2 zf/с, т.е, kl литуды волны А/Ао, изображено на фиг. 4б, может изменяться изменением f или I. Ин- 5 Графики (фиг. 4) получены моделированием дексыа-есоответствуютточкамА-E нефиг. на персональном компьютере как обобще3. Заносят в компьютер приближенно изве- we расчетов распространения волн и дй стные значения с и а, а если их нет, то длябольшогоколичестваслучаев. Изграфиподставляют с - 1200 м/с и а иэ расчета ков (фиг. 4) получены значения Кп, и дй«,,, а1= 0,1, что реально для работы с жидкостя- 10 подставляемые.в формулы (1) — (4}, Учет коми. личества пробегов при е > 4 не целесооб раНа основе этих данных компьютер вы- зен. числяет фазовые углы ЬуЪ,i по формулам (1} Это моделирование проведено в про— (4) и устанавливает их в блоках 2 и 7 по- цессе разработки и наладки измерительной средством подачи сигналов, 15 системы, а в компьютере измерительной сиНапряжение генератора 1 через фазов- стемы хранятся только зависимости дй от m ращатель 2 подают на кольцевые электроды и Km от А/Ао, или что равносильно, от а1 (4), излучателя 3. Фазовые углы каналов фазов- С началом измерения начинают иэмеращателей 2 и.7 выбраны так, что фронты нять I (режим переменной длины) или f (ðåизлучаемой и принимаемой волн вогнутые 20 жим постоянной длины). Информация о (линии I и IV, фиг. 2а). Это соответствует текущей длине или частоте поступает в коммаксимальному отстаиванию по фазе кана- . пьютер, где для каждого их значения подла центрального кругового электрода и ace считываются ЛуЪ,i, обеспечивающие меньшемуотставанию пофазедля каналов -Совпадения точек О> обеих волн И1 и VI. каждого более периферийного электрода. 25 - Õàêèì образом, волны И1 и IV образуют конКоличество каналов в фазовращателях рав- фокальную систему, если введены правильноколичествуэлектродов.Однаковолныот- ные значения с и а. Если так. то в ражаются от преобразователей как от определенные моменты времени совпадаплоских поверхностей, образуя, например, ют фазы излучаемой и всех отраженных слегка выпуклыйфронт(пунктир нафиг.2а). 30, волн и конфокальная система резонирует.

Волна И, однократно прошедшая до прием- Случай резонанса повторяются и выходной ника и обратно (m - 1}. Волну. движущуюся сигнал имеет форму. изображенную на фиг, в направлении приемного преобразователя «Г. 3. Теперь измеряют напряжения и частоты

4, составляет сумма излучаемой и отражен- (длины) особых точек А-Е, характеризуюной волн(линия И1, фиг. 2а)., 35 щих каждый резонанс. По ним компьютер

Колебания частиц среды в точке FI мож- вычисляет значения с и а. Подставляют ноно получить суммируя два вектора/ /> и Wz, вые значения в формулы {1) — (4), т.е, вводят каждый иэкоторыхпропорционаленампли- их в программы компьютера и повторяют туде соответствующей волны и направлен измерения. Критерием того, что получены перпендикулярно фронту. Расчет суммар- 40 точные значения с и а. служат; получение ных векторов И/з по формулам сложения тех же значений при повторной подстановвекторов позволяет построить суммарный ке и симметричная правильная форма сигфронт Иl. Радиус кривизны этой волны 0IFt нала каждого резонанса (фиг. 3). больше, чем излучаемой волны OzF1. Волна Положительный эффект заключается в

III проходит еще раз вперед, назад и отра- 45 том, что конфокальный режим измерения и жается от излучателя, таким образом удли- связанное с этим устранение дифракционняя еще раз радиус суммарной волны ных погрешностей обеспечивается как в (излучаемой и однократно прошедший} и случае постоянной длины, так и перемент.д. Зависимость относительного удлинения ной. радиуса дй 01Fr/OzF — 1 от количества 50 Формул а изобретения пробеговволны.впереди назадизображено Способ измерения акустических парана фиг. 4а, I. метров вещества, закл юча ю щийся в

Также рассчитан фронт принимаемой том, что исследуемое вещество помещают в волны VI из фронтов излучаемой IV и одно- камеру ультразвукового интерферометра, кратно прошедшей среду Ч волн. Зависи- 55 формируют в ней вогнутую форму фронта мость дй дана на фиг, 4а, I. Здесь д R = ультразвуковой волны, изменяют частоту

OIFI/0 Fz -1. Однако амплитуда волны с возбуждаемой волны или базу ультразвукокаждым пробегом уменьшается ввиду по- вого интерферометра и измеряют частоты глощения, это уменьшает ее влияние и дй локальных максимумов принятого сигнала.

1749825 по которым определяют скорость распространения ультразвуковой волны и коэффициент поглощения, отличающийся тем. что, с целью повышения точности измерения путем управления радиусом кривизны 5 формы фронта волны, формирование формы фронта волны осуществляют сдвигом фаз излучаемого и принимаемого сигналов до совпадения фаз излучаемой и всех отраженных волн.

14

1 Я .г 4т

К„,% .!ОО

О И О,» Oa Oa y, Составитель S.Ñóêàöêàñ " 4

Техред ММоргентал Корректор Я,Осауленко

Редактор М.бланэр

Заказ 2593 - Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открмтиям при ГКНТ СССР

1t3035, Москва, Ж-35, Рауаская наб.. 4/S

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, уя.Гагарина, 103