Ультразвуковой цифровой интерферометр

Авторы патента:

G01N29/04G01H5 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

пц654892

Со аз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.11.76 (21) 2417287/25-28 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл.з6 01N 29/04

G 011-! 5/00

Государственный комитет (43) Опубликовано 30.03.79. Бюллете.ь № 12 (53) УДК 620.179.16 (088.8) по делам изобретений и открытий (45), ата ппу:>лпковаппя описания 30.03.79 (72) Автор изобретения

В. А. Сукацкас (71) Заявитель Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЦИФРОВОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР

Изобретение относизся к средствам неразрушающего ультразвукового контроля и может быть использовано для измерения акустических параметров веществ.

Известен ультразвуковой интерферометр для измерения скорости ультразвука, содержащий генератор меняющейся частоты, камеру с приемно-передающим преобразователем, вольтметр переменного напряжения и частотомер (11.

Недостатком его является низкая точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее последовательно соединенные блок настройки, генератор меняющейся частоты, камеру с излучающим и приемным преобразователем, усилитель, блок формирования и селектор, генератор стробирующих импульсов и счетчик, вход которого подключен к выходу генератора стробирующих импульсов (2).

Недостатком его является низкая точность измерений, так как на их результат влияет частотная зависимость фазы коэффициента отражения от преобразователей.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой интерферомстр снабя ен соединенными последовательно дополнительным усилителем, вход которого подключен к приемному преобразователю, дополнительным блоком формирования и дополнид тельным селектором, выход которого подключен к входу генератора стробирующих импульсов, двумя операционными блоками, каждый из которых содержит соединенные последовательно переключатель, интегра1и тор и преобразователь постоянного напряжения в переменное, вход первого блока подключен к источнику постоянного напряжения через дополнительный переключатель, соединенный с выходом дополнитель15 ного селектора, и дополнительный интегратор, а вход второго блока вЂ” через переключатель полярности, соединенный с выходом селектора, последовательно соединенными сумматором, два выхода которого подключены к вы.;одам преобразователей операционных блоков, а третий входвЂ” к интегратору второго блока, детектором и преобразователем < напряжение вЂ” время», выход которого подключен к второму входу генератора стробирующих импульсов, а вход вЂ”: выходу дополнительного селектора.

На фиг. 1 изображена структурная схе30 ма описываемого устройства; на фиг. 2,авЂ”

654892

10 и даны эпюры напряжений, поясняющие работу устройства.

Ультразвуковой цифровой интерферометр содержит блок 1 настройки, состоящий из генератора 2 пилообразного напряжения, преобразователя 3 и усилителя 4, входы которого подключены к генератору и преобразователю. К блоку настройки последовательно подключены генератор 5 меняющейся частоты, камера 6 с излучающим преобразователем 7 и приемным преобразователем 8, усилитель 9, блок 10 формирования и селектор 11.

Вход преобразователя 8 подключен к усилителю 12, последовательно соединенному с блоком 13 формирования и селектором 14. Источник 15 постоянного напряжения через переключатель 16 и интегратор

17 соединен с входом операционного блока

18, содержащим последовательно соединенные переключатель 19, интегратор 20 и преобразователь 21 постоянного напряжения в переменное. Вход операционного блока 22 подключен к источнику 15 через пепеключатель 23 и содержит последовательно соединенные переключатель 24, интегратор 25 и преобразователь 26 постоянного напряжения в переменное. Устройство содержит последовательно соединенные между собой сумматор 27, два входа которого подключены к выходам преобразователей 21, 26, а третий вход вЂ” к интегратору 25, детектор 28, преобразователь 29

«напряжение вЂ” время» и генератор 30 стробирующих импульсов, вход которого подключен к выходу селектора 14, а выходвЂ” к счетчику 31. Генератор 32 опорных импульсов подключен к входам преобразователей 21, 26 постоянного напряжения в переменное. Вход преобразователя 29 «напряжение вЂ” время» и переключатель 16 подключены к выходу селектора 14. Переключатель 23 подключен к выходу селектора 11.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии генератор 5 вырабатывает напряжение с минимальной частотой, находящейся в области половины резонансной частоты преобразователей.

Переключатель 23 полярности подключен к положительной клемме источника 15 постоянного напряжения, а переключатели

16, 19 и 24 подключены к корпусу, Напряжение конденсаторов интеграторов 17, 20 и

25 равно О. С началом измерения (момент

ti) запускается блок 1 настройки. Импульсы с генератора 2 поступают на вход усилителя 4, на другой вход которого поступают импульсы с преобразователя 3. Благодаря наличию цепи обратной связи через преобразователь 3 изменяется частота генератора 5 по линейному закону (см. фиг. 4а).

В момент времени / наступает акустический резонанс (см. фиг. 4б) преобразователей 7 и 8 камеры 6, характеризующийся увеличением выходного напряжения усилителя 12. Импульсом блока 13 формирования запускается селектор 14. Он разрешает поступление импульсов генератора 30 на счетчик 31, а также переключает переключатели 16, 19, 24. Напряжения на выходах интеграторов 17 и 25 изменяются по линейному закону (см. фиг. 4в, г), так как к их входам подключено постоянное напряжение, а напряжение на выходе интегратора 20 вЂ” по параболе (см. фпг. 4д), т. е. пропорционально квадрату времени, так как на его входе напряжение изменяется пропорционально времени.

В момент времени tq камера с преобразователями 7, 8 резонирует на второй гармонике частоты генератора 5, которая находится в области резонансной частоты преобразователей (см. фиг. 4е). Блок 10 формирует импульс из резонансного сигнала, которым запускается селектор 11. Импульсом селектора 11 переключается переключатель 23, и полярность напряжения на входе интегратора 25 изменяется на противоположную (см. фиг. 4ж).

Интервал времени между двумя резонансными пиками на выходе усилителя 9 в два раза меньше интервала t> вЂ” tq, соответствующего двум резонансным пикам на выходе усилителя 12.

В момент времени t4 селектор 11 сигналом с блока 10 формирователя возвращается в исходное состояние и переключателем 23 на вход интегратора 25 подается опять положительное напряжение. В момент времени tq в исходное состояние возвращается селектор 14 и переключает переключатель 16, 19, 24 в положение «запоминание». На выходах интеграторов сохраняется накопленное напряжение. Так как интервалы времени tg вЂ” 4 и 4 вЂ” t4 пропорциональны соответственно bf и 0,5Л/О, где Л/ь 5 f> вЂ” интервалы частоты между двумя акустическими резонансами в области половины резонансной частоты и в области резонансной частоты преобразователей 7 и 8, то напряжения на выходах интеграторов 17, 20, 25 пропорциональны Л/ь

hf и df> вЂ” Л(о (см. фиг, 4 8, г, д). Преобразователи 21, 26 операционных блоков 18 и 22 соответственно вырабатывают переменные напряжения, амплитуды которых равны Uq и U> (см. фиг. 4 г, д). Фазовый угол между выходными напряжениями преобразователей 21, 26 равен л/2 (благодаря введению генератора 32 опорных импульсов), и амплитуда переменного напряжения на выходе сумматора 27 пропорциональна

VU, +U, (ñì. фиг. 4з). Навход сумматора поступает также и медленно изменяющееся напряжение с выхода интегратора 25 вели654892 чиной U>. Амплитуда положительной части (относительно корпуса) выходного напряжения интегратора 25 пропорциональна

yu;+Уя С3(см. фиг. 4и). Эти полуволны напряжения выпрямляются детектором

28. В момент времени tq сигналом селектора 14 запускается преобразователь 29 «напряжение вЂ” время», который разрешает поступление импульсов стабильной частоты на счетчик 31 в течение времени t вЂ” 4, пропорционального)ГУ, + U, вЂ” У,. По окончании измерения (момент t6) счетчик 31 показывает цифру, равную точному значению скорости ультразвука в среде. Изобретение позволяет повысить точность измерений скорости ультразвука при любом волновом сопротивлении среды.

Формула изобретения

Ультразвуковой цифровой интерферометр, содержащий последовательно соединенные блок настройки, генератор меняющейся частоты, камеру с излучающим и приемным преобразователем, усилитель, блок формирования и селектор, генератор стробирующих импульсов и счетчик, вход которого подключен к выходу генератора стробирующих импульсов, о т л и ч а ю щ и йся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен соединенными последовательно дополнительным усилителем, вход которого подключен к приемному преобразователю, дополнительным блоком формирования и дополнительным селектором, выход которого подключен к входу

5 генератора стробирующих импульсов, двумя операционными блоками, каждый из которых содержит соединенные последовательно переключатель, интегратор и преобразователь постоянного напряжения в пе1о ременное, вход первого блока подключен к источнику постоянного напряжсния через дополнительный переключатель, соединенный с выходом дополнительного селектора, и дополнительный интегратор, а вход вто1 рого блока вЂ” через переключатель полярности, соединенньш с выходом селектора, последовательно соединенными сумматором, два входа которого подключены к выходам преобразователей операционных бло2р ков, а третий вход вЂ” к интегратору второго блока, детектором и преобразователем

«напряжение вЂ” время», выход которого подключен к второму входу генератора стробирующих импульсов, а вход вЂ” к выходу дополнительного селектора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Труды ВУЗов Литовской ССР «Ультразвук» № 1, 1969, с. 135 вЂ” 142, Изд-во

«Минтис».

2. Авторское свидетельство СССР № 411313, кл. G 01Н 5/00, 1971.

654892

Щг. 2

Составитель Л. Лущенко

Техред А. Каыышиикова

Редактор T. Морозова

Корректор Л. Котова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 179!14 Изд. Мг 223 Тираж 1089 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7Ê-35, Раушская наб., д. 4/5

Устройство для измерения скорости рапространения ультразвука // 652481

Способ измерения неравномерности сферического поля звукового давления и устройство для его осуществления // 651240

Способ определения зрелости хлопковых волокон // 650000

Ультразвуковой интерферометр // 649999

Способ виброакустического контроля несущих поверхностей летательных аппаратов // 647597

Установка для деформирования кристаллических материалов при ультразвуковом воздействии // 647595

Устройство для контроля физических параметров жидкости в трубопроводах // 646248

Импульсный измеритель скорости ультразвука // 643797

Устройство для контроля процесса тепловой обработки изделий из бетона или раствора // 642277

Способ измерения плотности критического тока образцов втсп- керамики // 2102771

Изобретение относится к способам измерения физических свойств ВТСП-материалов

Резонансная установка для определения кинетики структурообразования вяжущих материалов типа цемента // 2104517

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для исследования процессов твердения вяжущих материалов, например цементов

Способ определения коэффициента структурных напряжений // 2104518

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано при определении коэффициента структурных напряжений вяжущей композиции для оценки, например, эффективности механического уплотнения

Устройство ультразвукового контроля материалов и изделий // 2106625

Изобретение относится к технике неразрушающих испытаний ультразвуковыми методами и может быть использовано в различных областях машиностроения для контроля материалов и изделий, преимущественно крупногабаритных и с большим затуханием ультразвука

Ультразвуковой способ измерения механических характеристик напряженно-деформированного состояния материала деталей конструкций // 2107288

Изобретение относится к области неразрушающих методов диагностики материалов и конструкций и может быть использовано для измерения напряженно-деформированного состояния (НДС) стержневых конструкций, болтовых и шпилечных резьбовых соединений при строительстве, монтаже и эксплуатации объектов ответственного назначения в различных отраслях промышленности и транспорта (тепловая и атомная энергетика, машиностроение, химическая и др.) Известен ультразвуковой (УЗ) способ контроля механических напряжений в твердых телах, заключающийся в излучении в изделие до приложения нагрузки и после приложения двух импульсов УЗ колебаний сдвиговых волн с взаимно-перпендикулярной ориентацией вектора смещения, измерении изменения их скоростей и вычислении величины напряжения по относительному изменению скорости УЗ колебаний и акустоупругому коэффициенту [1]

Ультразвуковой способ измерения механических напряжений при затяжке болтовых соединений // 2107907

Способ контроля состава однотипных изделий из двухфазного материала // 2111483

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в материаловедении для массового контроля состава (пористости) изделий одного форморазмера (например, из твердых сплавов WC-Co и электрических сплавов)

Способ акустического контроля состава однотипных изделий из двухфазного материала // 2111484

Изобретение относится к неразрушающим средствам анализа свойств материалов акустическими методами и может быть использовано для массового экспрессного контроля состава (пористости) двухфазных сплавов (например, твердых сплавов группы ВК одного форморазмера)

Ультразвуковой способ определения напряженно- деформированного состояния эксплуатируемых болтовых соединений // 2112968

Изобретение относится к неразрушающим методам диагностики материалов конструкций и может быть использовано для определения фактического напряженно-деформированного состояния (НДС) ранее затянутых болтовых соединений в конструкциях, находящихся в эксплуатации объектов ответственного назначения в различных отраслях промышленности и транспорта (тепловая и атомная энергетика, машиностроение, химическая и др.) и заключается в том, что в исследуемый затянутый болт вводят непрерывные УЗ-колебания на частоте основного резонанса стоячей волны, при этом амплитуду возбуждающих колебаний устанавливают на уровне, обеспечивающем в теле болта стоящую волну малой интенсивности, принимают в принятом сигнале, затем устанавливают амплитуду возбуждающих колебаний на уровне, обеспечивающем установление амплитуды стоячей волны на границе колебаний малой и конечной интенсивности, и измеряют амплитуды первой, второй и третьей гармоник, а о напряженно-деформированном состоянии материала болта и величине механических напряжений судят по отношениям амплитуд гармоник, измеренных при высоком уровне возбуждающих колебаний, к амплитуде колебаний стоячей волны, измеренной при низком уровне возбуждающих колебаний

Малогабаритный акустический микроскоп // 2112969