Способ контроля наличия акустических колебаний


 


Владельцы патента RU 2450249:

Закрытое акционерное общество "Ультразвуковая техника - ИНЛАБ" (RU)

Способ контроля наличия акустических колебаний относится к измерительной технике, в частности к акустическим измерениям, и может быть использован при контроле наличия акустических колебаний при работе акустических приборов ультразвуковой частоты. Для этого на пути распространения звуковых волн устанавливают дополнительную мембрану, зеркально отражающую звуковые волны, размеры которой не меньше длины волны в нижнем ультразвуковом диапазоне частот контролируемых приборов, и перемещают ее в направлении или против распространения колебаний, а давление стоячей волны, воспринимаемое дополнительной мембраной, передают на мембрану микрофона, преобразующего давление в электрический сигнал, по появлению которого судят о наличии акустических колебаний. Техническим результатом изобретения является упрощение, расширение области применения способа и расширение диапазона контролируемых частот. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к акустическим измерениям, и может быть использован при контроле наличия акустических колебаний при работе акустических приборов ультразвуковой частоты.

Необходимость контроля наличия акустических колебаний актуальна, в основном, для ультразвуковых установок, в которых их присутствия человек не слышит.

Известен способ определения наличия акустических колебаний (Макаров Л.О. Акустические измерения в процессе ультразвуковой технологии. - М.: Машиностроение, 1983, с.5), заключающийся в том, что колебательную систему располагают так, что ее акустическая ось перпендикулярна оптической оси источника светового излучения, совмещают с ней неподвижно установленную излучающую поверхность колебательной системы, освещают колеблющуюся поверхность и по изменению ширины зоны частичной тени визуально измеряют наличие колебаний. При работе ультразвуковой колебательной системы излучающая поверхность движется по гармоническому закону. Исходя из этого положение границы раздела освещенной зоны и зоны перекрытия светового потока (зона тени) изменяется также по гармоническому закону.

Недостаток рассмотренного способа связан с особенностями человеческого зрения, а именно с тем, что частота ультразвуковых колебаний излучающей поверхности значительно превышает предельную частоту восприятия глаза и отдельные колебания не воспринимаются глазом. В то же время, именно эта особенность дает возможность определить наличие колебаний по величине тени. Но все это требует использования такого оборудования, которое позволяет проводить измерения только в лабораторных условиях, но не в производственном процессе.

Известен способ контроля наличия акустических колебаний (Патент РФ №2225599), при котором между источником светового излучения и отражающим свет зеркалом наклонно установлен частично пропускающий слой, который рассеивает или поглощает энергию электромагнитных колебаний стоячей световой волны. В слое образуется система интерференционных полос, регистрацию которой можно осуществить в виде сигнала пространственной частоты с периодом следования d. Период следования определяется из соотношения: sinΘ=λ/2d, где Θ - угол между плоскостью тонкого частично пропускающего слоя и волновым фронтом световой волны, λ - длина световой волны. При воздействии на частично пропускающий слой одновременно со световым излучением звуковыми колебаниями изменяется период следования d интерференционных полос, так как тонкий слой прогибается как мембрана под действием звукового давления и при этом меняется угол Θ. Достоинством рассматриваемого способа является возможность контроля наличия акустических колебаний в широком диапазоне частот. Но для реализации рассмотренного способа требуется использование сложного дорогостоящего оборудования.

Наиболее простые способы определения наличия акустических колебаний в производственных условиях основаны на преобразовании звукового давления в электрический сигнал. К таким способам относится, в частности, регистрация звукового давления микрофонами пьезоэлектрического типа, электретного или конденсаторного микрофона, мембрану которого выполняют в виде тонкой натянутой металлической обкладки конденсатора. Под воздействием звукового давления мембрана прогибается и происходит изменение емкости конденсатора (Блинова Л.П., Колесников А.Е. и др. Акустические измерения. - М.: Издательство стандартов, 1971, с.26-28). Способ определения наличия колебаний микрофоном является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому.

Основной его недостаток - низкая граница верхнего частотного диапазона, она расположена в низкочастотной области ультразвукового диапазона частот.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является разработка простого, пригодного для использования в производственных условиях способа определения наличия колебаний ультразвуковой частоты в широком диапазоне частот.

Поставленная задача решается за счет того, что, как и в известном, в предлагаемом способе звуковое давление преобразуют в электрический сигнал, по которому судят о наличии акустических колебаний, но, в отличие от известного, в предлагаемом способе на пути распространения звуковых волн устанавливают дополнительную мембрану, зеркально отражающую звуковые волны, размеры которой не меньше длины волны в нижнем ультразвуковом диапазоне частот контролируемых приборов, и перемещают ее в направлении или против распространения колебаний, а давление стоячей волны, воспринимаемое дополнительной мембраной, передают на мембрану микрофона.

Достигаемым техническим результатом является расширение частотного диапазона применения предлагаемого способа. Это означает расширение номенклатуры по частоте ультразвуковых приборов, которую можно контролировать предлагаемым способом в производственном процессе.

Изобретение основывается на том, что для измерений используют мембрану со свойствами, которые позволяют сформировать стоячую волну: она должна зеркально отражать звуковые волны, а минимальный ее размер не должен быть больше длины ультразвуковой волны в нижнем контролируемом диапазоне. Стоячая волна может формироваться только на определенных теоретически известных расстояниях от источника звуковых колебаний. Перемещение мембраны вдоль направления распространения колебаний обеспечивает ее последовательное попадание в плоскости, обеспечивающие создание условий образования стоячей волны, в которых давление будет максимальным. Это давление воспринимается дополнительной мембраной и передается на мембрану микрофона. Частота появления пучностей давления ниже частоты ультразвуковых колебаний на несколько порядков, поэтому обычный микрофон может их отработать.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором приведена схема реализации способа контроля наличия ультразвуковых колебаний.

Рассмотрим пример реализации способа. На чертеже показан источник 1 ультразвуковых колебаний. На пути распространения ультразвуковых колебаний установлена дополнительная мембрана 2, зеркально их отражающая. В рассматриваемом примере ее размер равен 8 см, т.е в несколько раз больше, чем длина волны на частоте 20 кГц. Дополнительная мембрана соединена стержнем 3 с мембраной микрофона 4, соединенного через усилитель 5 с индикатором 6. Дополнительная мембрана может быть выполнена в виде тонкой никелевой пластины, такой же, как и пластина микрофона.

Для контроля наличия ультразвуковых колебаний помещают дополнительную мембрану напротив излучающего торца ультразвукового преобразователя и начинают перемещать мембрану в направлении распространения колебаний. Так как материал мембраны выбран из условия максимального отражения, происходит практически полное отражение звуковых волн. В плоскостях, которые не обеспечивают образование стоячей волны, колебания взаимно гасят друг друга. В моменты прохождения мембраной плоскости образования стоячей волны на мембрану будет воздействовать максимальное давление. Дополнительная мембрана соединена стержнем с мембраной микрофона, в котором формируется электрический сигнал при воздействии на него звукового давления. Электрическая цепь микрофона включает усилитель, который соединен с индикатором. В качестве последнего могут быть использованы самые простые приборы, в том числе и вольтметр, смещение стрелки которого будет сигнализировать о наличии звуковых колебаний. Перемещать дополнительную мембрану можно как в направлении от излучателя, так и в противоположном. При контроле работы ультразвукового преобразователя, частота которого равна 20 кГц, и при перемещении мембраны со скоростью приблизительно 8 см/с, регистрируемая частота не превышает 10 Гц (λ=c/f, где λ - длина волны, с - скорость ультразвука в воздухе, f - частота ультразвуковых колебаний). При частоте ультразвукового излучателя, равной 200 кГц, регистрируемая частота равна 100 Гц, при 2 МГц регистрируемая частота равна 1000 Гц. Эти значения частот вполне укладываются в частотный диапазон микрофона. При уменьшении скорости перемещения дополнительной мембраны регистрируемая частота уменьшается пропорционально уменьшению скорости.

Описание предлагаемого способа доказывает возможность его осуществления и достижение технического результата - расширение номенклатуры по частоте ультразвуковых приборов, которую можно контролировать предлагаемым способом в производственном процессе.

Способ контроля наличия акустических колебаний путем преобразования звукового давления в электрический сигнал, по которому судят о наличии акустических колебаний, отличающийся тем, что на пути распространения звуковых волн устанавливают дополнительную мембрану, зеркально отражающую звуковые волны, размеры которой не меньше длины волны в нижнем ультразвуковом диапазоне частот контролируемых приборов, и перемещают ее в направлении или против распространения колебаний, а давление стоячей волны, воспринимаемое дополнительной мембраной, передают на мембрану микрофона.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области виброметрии широкого класса объектов. .

Изобретение относится к технике обработки и отображения информации и может быть использовано для отображения различной информации. .

Изобретение относится к технической акустике. .

Изобретение относится к области оптической виброметрии и может быть использовано в оптическом приборостроении, лазерной флоуметрии, разработке устройств для измерения расхода жидкостей и газов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и регистрации механических колебаний различных объектов, оборудования и сооружений, например на атомных электростанциях, а также на объектах с вредными условиями труда.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к разделу измерительной техники, используемой в ультразвуковых технологиях, - к бесконтактной виброметрии и может быть применено для калибровки и настройки ультразвуковых технологических и медицинских аппаратов, а именно для измерения амплитуды и размаха колебаний рабочих элементов (наконечников) ультразвуковых систем, применяемых для интенсификации технологических процессов, размерной обработки хрупких и особо твердых материалов, для выполнения граверных работ, а также для медицинских целей (хирургические операции, процедуры липосакции, точечный и зональный массаж и др.).

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля качества микромеханических элементов. .

Изобретение относится к области оценки свойств поверхностей различных материалов и может быть использовано для разработки нанотехнологий энергетической направленности.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для получения информации о структуре акустических полей при разработке акустоэлектронных приборов, для регистрации акустических полей при физических исследованиях волновых процессов в акустике, для контроля структур в непрозрачных для видимого света объектах

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться для регистрации вибраций, шумов и акустических сигналов

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к виброметрии, и может быть использовано для измерения амплитуды механических колебаний поверхностей твердых тел в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот, в частности для измерения амплитуды колебаний многополуволновых излучателей переменного сечения ультразвуковых колебательных систем, используемых в составе аппаратов, предназначенных для интенсификации технологических процессов

Изобретение относится к технике преобразования вибрационных сигналов и может быть использовано в технических системах обнаружения и контроля вибраций объектов. Дистанционный вибродатчик содержит источник излучения, двухэлементный фотоприемник и вычитающее устройство, входы которого соединены с выходами элементов фотоприемника. Дополнительно в дистанционный вибродатчик введена оптическая фокусирующая система, расположенная перед источником излучения и обеспечивающая минимизацию поперечных размеров отраженного луча в месте приема. Технический результат - повышение чувствительности и увеличение дальности действия аппаратуры для обнаружения и контроля вибраций объектов. 2 ил.

Изобретение может использоваться для неразрушающего контроля материалов. Устройство содержит лазер, делитель, первую и вторую линзы и последовательно соединенные генератор ультразвуковой частоты и пьезокерамический излучатель, находящийся в емкости, в которой также размещены на одной линии с излучателем исследуемый образец и собирающая акустическая линза. Стенка емкости в направлении образца от излучателя выполнена оптически отражающей. Емкость выполнена герметичной и наполнена инертным газом под давлением, обеспечивающим минимум переотражений на границах сред образца и газа. Оптически отражающая поверхность выполнена из двух оптически прозрачных тонких и прочных стенок, между которыми тонким слоем находится ртуть. Лазер при записи звукового изображения работает в ждущем импульсном режиме. Один из расщепленных делителем пучков лазера коллимируется первой линзой и далее, отражаясь от оптически отражающей упругой поверхности емкости, падает на голографическую пластину, а второй пучок коллимируется второй линзой и падает на ту же поверхность голографической пластины, формируя голографическую интерферограмму. Технический результат - повышение разрешающей способности устройства, увеличение его помехозащищенности и повышение простоты контроля. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерений вибраций. Способ измерения амплитуды нановибраций ξ заключается в том, что освещают объект лазерным излучением, преобразуют отраженное от него излучение в электрический (автодинный) сигнал, раскладывают сигнал в спектральный ряд и измеряют значение амплитуды гармоники Sx на частоте колебания объекта Ω. При этом на объект накладывают дополнительные механические колебания на частоте Ω1 с минимальной амплитудой, измеряют максимальное значение гармоники S1max, на частоте Ω1 при увеличении амплитуды дополнительных механических колебаний, увеличивают амплитуду дополнительных механических колебаний до появления на автодинном сигнале интерференционных максимумов и минимумов на выделенном участке времени между точками, соответствующими крайним положениям смещения объекта, вычисляют отношение времени убывания tdec автодинного сигнала ко времени его нарастания tinc на выделенном участке времени. В том случае, если значение tdec/tinc больше 1, то вычисляют tinc/tdec, по зависимости tdec/tinc(C) или tinc/tdec(C) определяют уровень внешней оптической обратной связи С, вычисляют Sx/S1max, по зависимости S1/S1max(ξ, S) при определенном ранее С находят ξ. Технический результат изобретения - повышение точности измерения амплитуд нановибраций. 17 ил., 1 табл.

Система содержит источник света для передачи света на поверхность вала через множество пучков оптических волокон, расположенных во множестве местоположений вблизи поверхности в по существу аксиальном направлении между концами по меньшей мере одного вала; высокотемпературный зонд отражения на основе пучка волокон для обнаружения света, отраженного от поверхности вала, механизм измерения для определения крутящего момента или вибрации на валу. Вал содержит механизм кодирования, выполненный посредством измененной текстуры в виде клиновидной канавки на поверхности вала, путем изменения глубины поверхности. Глубина клиновидной канавки обеспечивает сигнал передней рабочей точки и сигнал задней рабочей точки таким образом, что соответствующая временная задержка может быть обнаружена из любого из двух местоположений клиновидной канавки для определения значения угла закручивания вала путем дифференцирования их характеристик шаблона отражения в течение каждого цикла вращения. Технический результат - повышение надежности измерения статического и динамического крутящего момента, линейных и нелинейных вибраций на вращающихся валах. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 24 ил.

Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта содержит непрерывный полупроводниковый лазер, оптический модулятор, предназначенный для формирования периодической последовательности прямоугольных импульсов длительностью в диапазоне от 50 нс до 500 нс и частотой следования от 200 Гц до 50 кГц, чувствительный элемент в виде волоконно-оптического кабеля, узел ввода оптического излучения в чувствительный элемент и вывода рассеянного излучения, фотоприемник, предназначенный для преобразования рассеянного оптического излучения в электрический сигнал, и узел обработки сигнала с процессором, при этом непрерывный полупроводниковый лазер снабжен брэгговским селективным отражателем с возможностью сужения полосы непрерывного излучения лазера до уровня менее 100 кГц, а оптический модулятор выполнен в виде акустооптического модулятора на бегущей акустической волне с возможностью формирования периодической последовательности прямоугольных импульсов с коэффициентом гашения К≥10×lg(T×f), где Т - длительность импульса, f - частота следования. Техническим результатом от применения изобретения является повышение дальности действия, чувствительности и разрешающей способности устройства. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области распределенных измерений, а именно к распределенным датчикам акустических и вибрационных воздействий. В распределенном датчике акустических и вибрационных воздействий, содержащем чувствительный элемент в виде волоконно-оптического кабеля и оптически соединенный с ним через оптический интерфейс когерентный фазочувствительный оптический рефлектометр, содержащий оптически соединенные с интерфейсом источник периодической последовательности оптических импульсов и приемник рассеянного излучения с фотодетектором, предназначенный для преобразования рассеянного оптического излучения в электрический сигнал, подаваемый в блок обработки, причем источник периодической последовательности оптических импульсов и блок обработки электрически соединены с блоком управления и синхронизации, а источник периодической последовательности оптических импульсов и/или приемник рассеянного излучения выполнен многоканальным с числом каналов не менее двух и с возможностью регистрации рефлектограмм, формирующихся в каждом из каналов, приемник рассеянного излучения содержит неравноплечный интерферометр Маха-Цендера или Майкельсона с фарадеевскими зеркалами, при этом интерферометр имеет не менее двух выходных каналов, каждый из которых соединен с фотодетектором, а блок управления и синхронизации выполнен с возможностью обеспечения разделения и независимой обработки сигналов с каждого из выходных каналов интерферометра. Техническим результатом изобретения является повышение гарантированной чувствительности и дальности действия распределенного датчика акустических и вибрационных воздействий. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх