Способ определения коэффициента затухания ультразвука

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для изучения акустических свойств биологических жидкостей, таких как кровь, лимфа и т.п. Цель изобретения - повышение точности определения коэффициента затухания. Цель достигается за счет того, что в исследуемой и дополнительно в образцовой жидкости проводят измерения и рассчитывают коэффициент затухания ультразвуковых колебаний при одинаковом фиксированном расстоянии, а коэффициент затухания рассчитывают по формуле + In ( UJ/UJ) - In ( Ц/Ц ) 2I() где «о - коэффициент затухания ультразвука в образцовой жидкости; UiMJj - амплитуда 1-го и j-ro эхо-импульсов в образцовой жидкости; I - расстояние между преобразователем и отражателем, а в качестве образцовой жидкости используют жидкость, плотность которой и скорость распространения ультразвуковых колебаний в ней равны величинам плотности и скорости в исследуемой жидкости соответственно. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. у :fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э G 01 Н 3/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (госпАтент СССР) (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 I(J — !) Ы

lь|

2!() — !) (21) 4941947/28 (22) 26,04.91 (46) 07.06.93. Бюл. М 21 (71) Донской сельскохозяйственный институт (72) И,А.Муляр и М.Ю.Неклюдова (56) Колесников А.Е. Ультразвуковые измерения, изд. стандартов, М., 1979, с. 109-111.

То же, с. 114-115, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИ Е НТА ЗАТУХАНИЯ УЛЬТРАЗВУКА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для изучения акустических свойств биологических жидкостей, таких как кровь, лимфа и т.п. Цель изобретения — повышение точности определения коэффициента затухания.

Цель достигается за счет того, что в исследуемой и дополнительно в образцовой жидкости проводят измерения и рассчитывают

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при изучении акустических свойств биологических жидкостей, таких, например, как кровь, лимфа, церебральная жидкость, почвенные растворы и т,п.

Цель изобретения — повышение точности определения коэффициента затухания ультразвука в биологических жидкостях.

Цель достигается тем, что совмещенный ультразвуковой преобразователь и отражатель устанавливают, на заданном расстоянии друг от друга, пространство между ними заполняют исследуемой жидкостью, излучают ультразвуковые импульсы в среду, принимают эхо-сигналь. от отражателя, измеряют амплитуды !л и u! i-го и J-ro эхоимпульсов, по которым рассчитывают коэффициент затухания. проводят аналогичные. Ы 1820229 А1 коэффициент затухания ультразвуковых колебаний при одинаковом фиксированном расстоянии, а коэффициент затухания рассчитывают по формуле где c4 — коэффициент затухания ультразвука в образцовой жидкости; !.!!,Ц вЂ” амплитуда i-го и J-го эхо-импульсов в образцовой жидкости; — расстояние между преобразователем и отражателем, а в качестве образцовой жидкости используют жидкость, плотность которой и скорость распространения ультразвуковых колебаний в ней равны величинам плотности и скорости в исследуемой жидкости соответственно. 1 з,п. ф-лы, 1 ил. измерения с образцовой жидкостью при а том же фиксированном расстоянии между !Со преобразователем и отражателем, а коэффициент затухания ряс скиты кают по формуле

"M

I !

М ! u/о! — In nu где ао — коэффициент затухания улктразау- 3 ка в образцовой жидкости; j юй

О!, UI — амплитуды i-го и J-го эхо-импульсов в образцовой жидкости. причем в качестве образцовой жидкости используютжидкость, величины плотности которой и скорости распространения ультразвуковых колебаний в ней равны величинам плотности и скорости в исследуемой жидкости соответственно

1820229 (3), 21(j — 1) К1

Способ поясняется чертежом и осуществляется следующим образом.

В отверстии одной иэ стенок измерительной кюветы (фиг.1) закрепляют„, ультразвуковой преобразователь 1, противоположная стенка 2 является отражателем.

Преобразователем может служить, например, датчик иэ набора-к прибору УДМ-1М, отражателем — стальная пластина. Измеряют расстояние между преобразователем и 10 отражателем.

Кювету сначала наполняют исследуе мой жидкостью, производят излучение ультразвуковых импульсов в жидкость и прием эхо-импульсов, отраженных от отражателя. 15

Отсчитывают от зондирующего 1-й импульс, измеряют его амплитуду Ui, затем отсчитывают j-й импульс и измеряют его амплитуду

U1. Определяют скорость ультразвука в исследуемой жидкости одним из известных 20 способов. Затем проводят аналогичные из.мерения с образцовой жидкостью. Образцовая жидкость должна быть такой, чтобы ее плотность и скорость ультразвука в ней были равны или очень близки к плотности и 25 скорости ультразвука в исследуемой жидкости. Это обеспечивает идентичность влияния дифракционных эффектов на амплитуду импульсов в исследуемой и образцовой жидкостях (например, одинаковую протя- 30 женность зоны Френеля).

Коэффициент затухания а вычисляют по формуле, полученной следующим образом, приняв, что К< — коэффициент преобразования механических колебаний в электриче- 35 ские, Р> и Рг — коэффициенты отражения ультразвука на границе жидкости с преобразователем и отражателем соответственно, K> — коэффициент, учитывающий влияние дифракционных эффектов на амп- 40 литуду, U - амплитуда иэлученного импуль- са, будем иметь для амплитуды первого эхо-импульса в исследуемьй жидкости

-2ai 45

01 = Оо Ко PZ V 1 -ф . Е а для амплитуды второго импульса

-4ai 50

Ог=0, КоЩ р1 V1-Р Г Е Кг

Очевидно, что для амплитуды Ui u.ul l-ro u

j-ro эхо-импульсов получим

-2i ai

О -О.Кф В1 " V1-ф е . Ki, — г1а

01=0о Ксф В1 " /1 — ф е

Отношение этих амплитуд

01 К вЂ” г (1 — i )ai — 1=4 — о к

Аналогично отношение амплитуд 0 и

U1 1-ro и 1-го эхо-импульсов в образцовой жидкости

1 — = (jb )1 (В )1 — - х

0 к

-г(1-i)aoi хе . К1.

Разделив (3) на (2) и учитывая, что вследствие близости исследуемой и образцовой жидкостей по плотности и скорости ультра° К К звука pi =pa = >p> =pг; — "- = — 1;;

К; получим 0 — г(1- ) (а — а} è

После логарифмирования и простых преобразований будем иметь

Пример использования предлагаемого способа.

Предлагаемый способ был применен для определения коэффициента затухания ультразвука в почвенных взвесях. Навеску почвы заливали дистиллированной водой в отношении 3/2 (две весовые части почвы на три части воды). После 20-минутного отстаивания в стеклянном цилиндре, в результате которого крупные частицы вследствие оседания были удалены из воды, взвесью наполняли измерительную кювету. В течение 40 мин через каждые 10 мин производили измерения амплитуды 01 и U4 первОго и четвертого эхо-импульсов.

Затем взвесь удаляли из кюветы и на-. полняли ее дистиллированной водой (образ. цовой жидкостью). Вновь производили измерения амплитуды О> и 04 первого и четвертого эхо-импульсов.

Расстояние между преобразователем и отражателем равно I = 15,0 мм, Резонансная частота преобразователя f - =2,5 мГц. Температура проб исследуемой жидкости и воды в пределах 19,5-20,4 С. В качестве измери1820229

10 выше

j4— р С +рС

2I(J — Ii теля амплитуд использовали осциллограф

Cl-65, снабженный калиброванным аттенюатором.

В табл, 1 приведены амплитуды первого и четвертого эхо-импульсов в почвенной взвеси и дистиллированной воде

Коэффициент затухания ультразвука в исследованных пробах почвенной взвеси для разных моментов времени вычисляли по предлагаемой формуле (1), а также для сравнения — no известной формуле (4) 1П Ц - Ы О1 Р..

2(J — > — 1)I 21 (4)

Для определения значения ао в формуле (2) было использовано табличное значение ао /f = 25 10 С /см (Таблицы физических величин. Справочник под редакцией академика Кикоина. M., Атомиздат, 1976, с.. 84). Поскольку в эксперименте частота f = 2,5 10 Гц, то ао = 0,00156 см .

При вычислении величин Д и Д, входящих в формулу (4), было учтено, что в датчиках из комплекта прибора УДМ-1М, один из которых использовался в эксперименте, пьезоэлектрическая керамика с наружной стороны (в направлении излучения) приклеена к защитной стальной иластине. Излучение ультразвука происходило в йоду или водную взвесь почвы, поэтому Pz является коэффициентом отражения на границе раздела воды и стали.

В соответствии с известной формулой где рст = 7,8 г/см и Сст - 6000 м/с — плотз ность и скорость ультразвука для стали;

pa — 1 г/см и Св = 1490 м/с — плотность з и скорость ультразвука при 20 С для воды.

Подставляя эти данные в последнюю формулу, получают

p2 = 0,938: j4 =-Inр2 = 0,0212.

В табл. 2 приведен коэффициент затухания ультразвука в почвенной взвеси, измеренный предлагаемым и известным способами

Значение коэффициента затухания, полученные по предлагаемому способу. на порядок меньше значений, получаемых по известному-способу.

Свойства исследованного объекта (почвенной взвеси) меняются со временем так, что конце рация взвешенных твердых час25

40 тиц в озвучиваемом обьеме вследствие оседания уменьшается. Эти изменения cBQAGTB оказывают очень сильное влияние на величину коэффйциента затухания, измеренного по предлагаемому способу, и очень незначительное — на значение этого коэффициента при измерениях известным способом

Чувствительность предлагаемого способа к изменениям свойств объекта значительно

Отмеченные обстоятельства объясняются тем, что подавляющая час.:ь величины коэффициента затухания, измеренного известным способом, определяется влиянием дифракционных эффектов на амплитуду импульсов, а не взаимодействием ультразвука

l с исследуемой средой, Точность предлагаемого способа измерения коэффициента затухания выше, чем известного.

Формула изобретения

1, Способ определения коэффициента затухания ультразвука в жидкости, заключающийся в том, что совмещенный ультразвуковой преобразователь и отражатель устанавливают на заданном расстоянии друг от друга, пространство между ними заполняют исследуемой жидкостью. излучают ульразвуковые импульсы в среду, принимают эхо-сигналы от отражателя, измеряют амплитуды Ui и UI 1-го и J-го эхо-импульсов, по которым рассчитывают коэффициент затухания. отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения коэффициента затухания в биологических жидкостях, дополнительно проводят аналогичные измерения с образцовой жидкостью при том же фиксированном расстоянии между преобразователем и отражателем, а коэффициент затухания рассчитывают по формуле где ао — коэффициент затухания и ультразвука в образцовой жидкости;

Ui и UI — амплитуды 1-ro u J-ro эхо-импульсов в образцовой жидкости;

I — расстояние между преобразователем и отражателем.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ v и с я тем, что в качестве образцовой жидкости используют жидкость, величина плотности которой и скорость распространенич ультразвуковых колебаний в ней равны величи.нам плотности и скорости в исследуемой жидкости соответственно.

1820229

Таблица 1

30 мин

40 мин

20 мин

60 мин

ОбраU1

U1

U1 04 зец

Таблица 2

Составитель T.ÃîëîâêèHà

Техред М.Моргентал Корректор С Патрушева

Редактор Л.Волкова

Заказ 2023 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, уп.rа яринa 101

Взвесь

Во а

2.5

3,7

3,2

4,0

3,4

3,8

50 мин

Т ц

50 35

50 3,9

50 36

50 39