Способ измерения коэффициента поглощения ультразвука

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИ- : ЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКА,, заклюЧёиощийся в том, что помещгиот исследуемую среду в интерферометри-ческую . камеру, возбуждают в ней непрерывные ультразвуковые колебания, изменяют частоту и фиксируют значения двух близких частот: первой, соответствующей резонансу, второй для которой амплитуда сигнала ослабляется в Y2 раз по сравнению с :ее. значением при резонансе, и по разности этих частот судят о коэффициенте поглснцения ультразвука, отличающийся тем, что, с целью повьииения точности измерений изменения коэффициента поглощения , ультразвуковые колебания на резонансной частоте мйдулируют по амплитуде низкочастотным синусоидальным сигналом с коэф 111циентом модуляции m , пропедишй через среду сигнал детектируют и измеряют.пйстоянное напряжение и действукм11ее значение переменного напряжения с частотой модуля .цйи, в качестве второй частоты выбиргиот одну из боковых частот в спектре модулированных колебаний, об ослаблении сигнала в YT раз на второй частоте, судят по достижению отнсхиения измеренжлх переменного и постоянного напряжений значения ш/2 V7 при изменении частоты мо- i дуляции, а разность частот полагают оавной частоте модуляции. Ф 00 00 4t о to

0% (I!):

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

tN_#_NMINI

РЕСПУБЛИН

° В.

3(Я) 01 (Ч 29 00 (Ь >

Ч

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н автонснамм свидвтвъствм ь.л,,:; с

Ъ,!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР .

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3402380/18-28

° (221 02. 03. 82 (4б) 23. 01. 84. Бюл. М 3 (72) В.И.Прокопьев, В.С.Кононенко и A.Ñ. Рящиков (71(Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта (531 534.6 ° 08(088.8I (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ю 437008, кл. Q 01 Й 29/00, 1972 °

2. Авторское .свидетельство .СССР

М 372495, кл. 6 01 Й 29/00, 1972 (поототип). (54) (571 СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ КОЭФФИ-

UHEHTA ПОГЛОЩЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКА,. заключающийся в том, что помещают исследуемую среду в интерферометри-.ческую,. камеру, возбуждают в ней непрерывные ультразвуковые колебания, изменяют частоту и фиксируют значе-. ния двух близких частот: первой, соответствующей резонансу, второй— для которой амплитуда сигнала ослабляется в У2 раэ по сравнению с ее значением при реэзнансе, и по разности .этих частот судят о коэффициенте поглощения ультразвука, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности измерений изменения коэффициента поглощения, ультразвуковые колебания на резонансной частотемодулируют по амплитуде низкочастотным синусоидальныи сигналом с коэффйциентом модуляции ю, прсыедший.через среду сигнал детектируют и измеряют. постоянное напряжение и действующее значение переменного напряжения с частотой модуля" .. циК, в качестве второй частоты выбирают одну из боковых частот в спектре модулированных колебаний, об ослаблении сигнала в VY раз на второй частоте судят по достижению отношения измеренных переменного и постоянного напряжений значения я /2 V7 при изменении частоты мо. дуляции, а разность частот полагают равной частоте модуляции.

1068802

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при изучении физико-химических свойств жидких сред.

Иэвест н способ измерения коэффициента поглощения ультразвука, заключающийся в непосредственном определении величины ослабления амплитуды сигнала. при прохожденйи через среду (13.

Однако для веществ с.малым поглощением способ имеет большую погрешность определения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения коэффициента поглощения ультразвука, заключающийся в том, что помещают исследуемую среду в интерферометрическую камеру, возбуж. дают в ней непрерывные ультразвуковые колебания, изменяют частоту и фиксируют значения двух близких частот: первой, соответствующей резонансу, второй - для которой ампли.туда сигнала ослабляется в ) 2 раэ по сравнению с ее значением при резонансе, и по разности этих частот судят о коэффициенте поглощения ультразвука (2 1.

Недостатком способа является невысокая точность измерений, особенно при быстрых измерениях поглощения ультразвука, в средах с малым значением коэффициента поглощения.

Последнее связано с тем, что время, необходимое для установления колебаний s резонансной системе, пропорционально ее добротности. Это условие ограничивает скорость и;яенения частоты при измерениях.

Цель изобретения - повышение точности измерений изменения коэффициента поглощения, например, под возДЬйствием меняющихся внешних параметров.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения коэффициента поглощения ультРазвука, заключающемуся в том, что помещают исследуемую среду в интерферометрическую камеру, возбуждают в ней непрерывные ультразвуковые колебания, изменяют частоту и фиксируют значения двух близких частот: первой, соответствующей резонансу) второй - для которой амплитуда сигнала ослабляется в 2 раэ по срав-. нению с ее значением при резонансе, . и по разности этих частот судят о коэффициенте. поглощения ультразвука, ультразвуковые колебания на резонансной частоэе модулируют по амплитуде низкочастотным синусоидальным сигналом с коэффициентом модуляции rn, прошедший через среду сигнал детектируют и измеряют постоян-ное напряжение и действующее значеI (m

0 0н

2 12 (2) где штрихи относятся к амплитудам сигналов на выходе камеры 2.

65 ние переменного напряжения с частотой модуляции, в качестве второй частоты выбирают одну иэ боковых частот в спектре модулированных колебаний, об ослаблении сигнала Р

5 7 раз йа второй частоте судят по достижению отношения измеренных пе.ременноге и постоянного напряжений значения tta/2 при изменении частоты модуляции; а разность час- 0 тот полагают равной частоте модуляции.

На чертеже представлена блок-схе" . ма устройства для реализации спосо-. ба.

Устройство содержит носледовательно со диненные ультразвуковой диапазонный генератор 1, интерферометрическую камеру 2, детектор 3, фильтр 4, вольтметр 5, подключенный выходом к управляющему входу гене20 ратора 1, низкочастотный генератор

6, последовательно соединенные линию 7 задержки, усилитель-ограничитель 8 и частотомер 9. Вход линии

7 задержки подключен к выходу гене 5 ратора 1, а выход усилителя-ограничителя 8 - к второму входу детектора 3.

Способ осуществляется следующим образом.

Изменяя частоту генератора 1 по максимуму измеряемого вольтметром 5 постоянного напряжения настраивают .,генератор 1 точно на резонансную частоту юринтерферометрической ка35 меры 2.. Затем включают низкочастотный генератор 6 и осуществляют амплитудную модуляцию с заданным коэффициентом модуляции rn частотой Q, При этом, как известно, в спектре

40 сигнала появляются две боковых час-. тоты, симметричные относительно

Ь ог ы 2 ша +Q амплитуда "м этйх частот на вйходе генератора 1 равна Ua„где Он - амплитуда сигнала с йесущей частотой ыр .Вслед2 ствие конечной добротности (} резонансной системы амплитуда сигнала . на выходе камеры 2 будет изменяться при изменении частоты. Если значение Я соответствует половине поло>0 сы пропускания интерферометрической камеры на уровне 1/ V2 = 0,707, {которая определяет коэффициент поглощения среды), т.е. выполняется условие

20, Я - i. (1)

О то для прошедших через среду сигналов после несложных преобразова60 ний получим

1068802

Составитель В. Гордиенко

Редактор Р. Цицика Техред В.Далекорей Корректор О. Билак

Заказ 11453/38 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Таким образом, изменяя.частрту модуляции Я и добиваясь выполнения условия (2), можно определить на основании соотношения (1) добротность Q резонансной системы и тем самым вычислить коэффициент поглощения ультразвука.

Осуществляется это следующим образом.

Детектор 3 перемножает поступающий с интерферометрической камеры

2 сигнал с колебаниями генератора 1.

В результате перемножения на выходе детектора 3 обра уется сложный сигнал, который поступает на фильтр 4 нижних частот, где выделяются полезные составляющие, так что на вход вольтметра 5 поступает напряжение

0 М и + О сОЭЯ Й.

Вольтметр 5 измеряет отдельно постоянйую составляющую напряжения 0 и действующее значение переменной составляющей. Затем определяют отношение переменной составляющей постоянной и. подстраивают часоту Я генератора б так, чтобы выполнялось условие (2), определяют. частотомером 9 частоту генератора б, определяют по формуле (1) дорротность Q,а затем и коэффициент поглощения аС по формуле о —,, (3)

5 где с - скорость распространения ультразвука в среде.

Линия 7 задержки и усилитель-ограничитель 8 служат для.формирования коммутирующего сигнала прямоугощ льной формы, синфазного с несущими колебаниями на выходе интерферо-метрической камеры 2 и необходимого для нормальной работы детектора 3.

Фильтр 4.предназначен для фильт-. рации побочных продуктов детектирования.

Если теперь коэффициент поглощения изменится в некоторых пределах, то для выполнения условия (2 ) потребуется изменить частоту Я на вели2О чинудя, меньшую, чем значение Я

Так,при изменении aL на 20% отношение

8Q/ß не превысит: 0,1. Это означает, что определить изменение коэф-. фициента поглощения можно быстрее, 25 чем известным способом. Причем, чем меньше изменение коэффициента Ы тем выше точность измерений.

Использование способа позволит повысить точность измерений на 10Э9 15%.