Устройство для измерения коэффициента затухания ультразвуковых колебаний

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 04.04.79 (21) 2746140/25-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.12.80, Бюллетень ¹ 48.

Дата опубликования описания 02.01 81

01N 29/00

9кудврствоииый комитет по делам изобретекий и открытий (53) УДК584.6, . 0B(О8В. 8) (72) Автор . изобретения

B. И. Новиков

> .т (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИШ1ЕНТА

ЗАТУХАНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения характеристик поглощения различных срец.

Известны устройства, служашие для измерения поглошения ультразвуковых колебаний путем измерения изменения амплитуды импульса ультразвука при изменении расстояния между излучаюшим и и приемным преобразователями (11.

Однако при измерении поглощения в твердых образцак этим устройствам свойственны погрешности, обусловленные использованием одного приемника. К ошибке в измерении амплитуды ультразвуковой волны, а следовательно и коэффпци1$ ента поглощения, приводит неидентичность крепления приемника к образцу в различных точках, неизбежно возникаюшая при исследовании твердых. образцов.

Наиболее близким по технической сушности к прецложенному устройству является ультразвуковое устройство цля измерения параметров распространения колебаний в средах, которое содержит зацаюший генератор, подключенный к вхоцу первого коммутатора, синхронизатор, подключенный к управляющему входу второго электронного коммутатора, два электромеханическик излучателя, поцключенных к выхоцам первого коммутатора, два электромеханическик приемника, подключенных к двухканальному усилителю, и ре гистратор

Недостатком устройства является необходимость участия оператора при проведении измерений, поскольку некоторые операции цолжны производится вручную.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет автоматизации процесса.

Поставленная цель цостигается тем, что в устройство введены два амплиту:lных детектора, две схемы вычитания и пва пиковых детектора, причем выходы вухканального усилителя через амплитудные детекторы попключены к вхоцам первой схемы вычитания, выкод которой поп7921

3 ключен к вхоцу второго электронного коммутатора, его выходы через пиковые детекторы подключены к входам второй схемы вычитания, выход которой соединен с входом регистратора, а управляюц1ий

5 вход первого электронного коммутатора подключен к выходу синхронизатора.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит генератор 1, подключенный через электронный коммутатор 2, например реле постоянного тока, к электромеханическим преобразователям 3, 4, синхронизатор 5, выполненный в виде генератора прямоугольных импульсов, подключенный к управляющему входу электронного коммутатора 2, электромеханические преобразователи — приемники 6,7, двухканальный усилитель 8 с 20 логарифмическими амплитудными характеристиками, входные LI < и выходные lJ пь1 Х напряжения для каждого канала которого на рабочих участках амплитудных характеристик связаны соотношением jJ gy(1; ° 25 1 0>< выходы которого поцключены к амплитуцным детекторам 9, 10, подключенную к выходам этих цетекторов схему

11 вычитания, второй электронный коммутатор 12, сигнальный вхоц которого поц- 30 ключен к выхоцу схемы 11 вычитания, управляющий вход — к выходу синхронизатора 5, пиковые детекторы 13, 14, поцключенные к выходам электронного коммутатора 12, вторую схему 15 вычи- 55 тания, подключенную к выхоцам пиковых детекторов, и регистратор 16, подключенный K выходу cKPMbI 1 5 вычитания. Излучатели 3, 4 и приемники 6, 7 закреплены на исследуемом образце 17 на од- 40 ной прямой, причем приемники расположены внутри излучателей.

С помощью предложенного устройства коэффициент пространственного затухания определяют в соответствии с формулой 45

4 Z с= Е =-n Ер, Я(-x„, о гце U» - амплитуцы электрического

50 сигнала на выходе приемника с координатой Х» при прозвучивании образца излучателем с координатой XZ>Xg y и — амплитуда электрического сигнала на выходе приемника с,координа55 той Х2> Х» при прозвучивании образца излучателем с координатой Хо, О» — амплитуда электрического сигнала на выходе приемника с координатой

34

Х» при прозвучивании образца излучателем с координатой Х,з > Х, Ll2 — амглитуда электрического сигнала на выходе приемника с координатой

Х при прозвучивании образца излучателем с координатой Хц., И =О, 0,5, 1,0 — цля плоской, цилинцрическ ой волн с оответс твенно. (Х»- Хо1 (Х g Х2)

R (Х -Х } (х -х„)

Действительно, пусть первый приемник, имеющий чувствительность расположен

О» на исследуемом образце в точке с координатой Х», второй приемник с чувствительностью расположен в точке Х > Х», а образец характеризуется коэффициентом пространственного затухания о.. Излучим из точки Хо< Х» ультразвуковую волну с начальной амплитудой Ад(goj, зависящей от чувствительности g излучателя на излучение. Тогда в точке У. » амплитуда ультразвуковой волны может быть представлена в виде

4о(М А о) гце (Х» — Xo) — функция, учитывающая расхождение фронта волны (для плоской волны g =O, для цилиндрической волны, П= 0,5, для сферической волны Q =1,0), а амплитуда электрического сигнала на выходе первого приемника равна

Амплитуда ультразвуковой волны в точке Х в этом случае представляется в вице

42 4î(gî I<2 Хо

02=A< 2 4о(то 3 2(K> Хоj

Найцем отношение амплитуды электрического сигнала, полученного на выхоце приемника, близлежашего к точке излучения, к амплитуде электрического сигнала на выходе другого приемника.

О» 3» (Х» Хо1 0 ()(-1» )

»О (Х 2 — o I

Для случая излучения ультразвуковой волны излучателем с чувствительностью

5 7921 на излучение g>, расположенным в точке с координатой Х > Хо получим соответственно: — <0

02 о (Х Х ) с (Хт-х„) () г ("з- Х )

Перемножив последние двв равенства, имеем

vu (х -)(<) и 2и(х -х )

<0 =К 10 откуда следует

Таким образом при опрецелении коэффициента пространственного затухания в соответствии с полученным выражением не требуется знания чувствительностей используемых датчиков.

Устройство работает слецующим образом.

Сигнал от задающего генератора 1, работающего в непрерывном режиме, поступает на сигнальный вход электронного коммутатора 2, на управляющий вход этого коммутатора подаются импульсы с генератора 5 прямоугольных импульсов, работаюшего со скважностью около 2, в результате чего сигнал от задающего генератора поочерецно подвоцится к излучателям 3,4 каждый из которых создает в исследуемом образце 17 ультразвуковые колебания в виде послецова-,р тельности рациоимпульсов, несущая частота которых равна частоте задающего генератора, а периоц повторения равен периоцу повторения генератора прямоугольных импульсов. . 45

Каждый из приемников 6,7 воспринимает поочерецно колебания, создаваемые излучателями. Принятые сигналы усиливаются в усилителе 8 и детектируются амплитудными цетекторами 9, 1 О, постоянные времени (, которых выбирают из л условия и .(T>) ь> — р

Х где — период повторения излучаемых импульсов — частота, детекторы 9, 10 включены таким образом, чтобы на их выхоцах сигналы имели одинаковую полярность, например, положительную. На фиг. 2 кривой 18 показан выходной сигнал одного из детекторов. Пусть для определенности это будет сигнал на выходе детектора 8. При этом амплитуда большего импульса В < соотзетствует излучению слева направо (по схеме), в амплитуда меньшего импульса

В „соответствует излучению справа налево, Учитывая логарифмический характерамплитудной характеристики усилителя 8, можно записать

+где Q — коэффициент передачи цетекторов 11, 12.

На кривой 19 прецставлен виц сигнала на выходе детектора 10, при этом амплитуда большего имдульса В g соответствует излучению справа налево, в амплитуда меньшего импульса В4 — слева направо

После прохождения схемы 11 вычита" ния сигнал приобретает виц, представленный кривой 20, причем амплитуца положительного импульса С = — B4, а амплитуца отрицательного импульса С В В3.

Эти импульсы разделяются с помощью. электронного коммутатора 12, управляемого сигналом генератора 5 прямоугольных импульсов, в результате чего на одном выходе коммутатора, например левом по схеме, выделяются импульсы, имеющие амплитуду С (кривая 21), а нв цругом (прввом) — импульсы, имеющие амплитуцу С (кривая 22).

Выделенные импульсы поступают на вхоцы пиковых цетекторов 13, 14, на выходах которых образуются сигналы постоянного напряжения, величины которых могут быть записаны в виде b C и Ь Сg, гце Ь вЂ” коэффициент передачи пиковых детекторов.

Полученные на выхоцах пиковых детекторов постоянные сигналы вычитаются в схеме 15 вычитания, на выхоце которой образуется сигнал постоянного напряжения амплитуцой

0нв с точностью цо постоянно о множителя совпвцает с полученным выше выражением

792134 цля определения коэффициента пространственного затухания с .

Предложенное устройство цля измерения.коэффициента пространственного затухания ультразвуковых колебаний позволяе1 автоматизировать процесс измерений и использовать при этом некалиброванные цатчики, что сокращает время испытаний и приводит к повышению точности измерений. 10

Формула изобретения

Устройство для измерения коэффициен- 1S та атухания ультразвуковых колебаний, содержащее задающий генератор, поцключенный к входу первого коммутатора, синхронизатор, подключенный к управляющему входу второго электронного коммута- 2g тора, два электромеханических излучателя, подключенных к выходам первого коммутатора, цва электромеханических приемника, подключенных к двухканальному усилителю, и регистратор, о т л и ч а ющ е е с я reM, что, с целью повышения точности измерения, в него введены цва амплитудных детектора, цве схемы вычитания и два пиковых детектора, причем выходы двухканального усилителя через амплитудные детекторы поцключены к вхоцам первой схемы вычитания, выход которой подключен к входу второго электронного коммутатора, его выходы через пиковые детекторы подключены к входу второй схемы вычитания, BbIKoll которой подключен к входу регистратора, а управляющий вхоц первого электронного коммутатора подключен к выхоцу синхронизатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Носов B. А. Проектирование ультразвуковой измерительной амплитуды.

"Машйностроение", М., 1972, с. 1 12, рис. 49.

2. Авторское свицетельство СССР

N333462,,кл. G 01 M 29/00. 1972.

792i34

Составитель < Бурбело

Редактор Т. Рыбалова Техред И.Асталош Корректор М. !Цароши

Заказ 10143/43 Тираж 1019 Подписное

ВНИИЛИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1l 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППГ! "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4