Интерферометр для измерения поглощения ультразвука

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения поглощения ультразвука. Целью изобретения является повьшзение производительности и помехозащищенности путем вьщеления максимальных значений модулирующего сигнала не только при возрастании, но и при увеличении его амплитуды. В интерферометре генератор возбуждает пьезоизлучатель, который излучает ультразвуковые волны в исследуемое вещество, помещенное в камеру. Ультразвук частично отражается от пьезоприемника , частично преобразуется им в электрические колебания, которые поступают на усилитель-детектор. Процесс измерения начинается с запуска генератора одиночных импульсов, которьй вьфабатываемым им импульсом приводит в исходное рабочее состояние интегратор и программный счетчик и запускает ждущий мультивибратор. На обкладках пьезоприемника развивается переменное напряжение, максимумы модуля которого соответствуют акустическому резонансу столбика среды между пьезоизлучателем и пьезоприемником и повторяются при изменении длины столбика на каждую полуволну ультразвука. С выходов блоков выделения максимумов положиа S тельных и отрицательных импульсов сигналы поступают на входы измерите (Л ля отношений, с которого сигнал пос ступает на интегратор. Интегратор начинает интегрировать поступающий на его вход сигнал после прихода на его вход запускающего импульса с второго выхода программного счетчиN9 ка импульсов, вьздаваемого после при хода на его третий вход второго по счету короткого положительного импульса с выхода формирователя нулеto вых смещений. Получаемое на выходе оо интегратора напряжение измеряется цифровым вольтметром. 2 ил.

СОЮЗ СОЕЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„.SU„„1272123

Q84 G 01 Н 5 00.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3907650/25-28 (22) 06.06 .85 (46) 23. 11.86. Бюл. ¹ 43 (71) Ковровский филиал Владимирского политехнического института (72) А.В.Молокин, Ю.В.Молокин и E.Ï.Òåòåðèí (53),534.321.9 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 542 134, кл. С 01 N 29/00, 1975. (54) ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПОГЛОЩЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения поглощения ультразвука. Целью изобретения является повышение производительности и помехозащищенности путем выделения максимальных значений модулирующего сигнала не только при возрастании, но и при увеличении его амплитуды.

В интерферометре генератор возбуждает пьезоизлучатель, который излучает ультразвуковые волны в исследуемое вещество, помещенное в камеру. Ультразвук частично отражается от пьезоприемника, частично преобразуется им в электрические колебания, которые поступают на усилитель-детектор.

Процесс измерения начинается с запуска генератора одиночных импульсов, который вырабатываемым им импульсом приводит а "исходное рабочее состояние интегратор и программный счетчик и запускает ждущий мультивибратор.

На обкладках пьезоприемника развивается переменное напряжение, максимумы модуля которого соответствуют акустическому резонансу столбика среды между пьезоизлучателем и пьезоприемником и повторяются при изменении длины столбика на каждую полуволну ультразвука. С выходов блоков выделения максимумов положительных и отрицательных импульсов сигналы поступают на входы измерителя отношений, с которого сигнал поступает на интегратор. Интегратор начинает интегрировать поступающий на его вход сигнал после прихода на его вход запускающего импульса с второго выхода программного счетчика импульсов, выдаваемого после прихода на его третий вход второго по счету короткого положительного импульса с выхода формирователя нулевых смещений. Получаемое на выходе интегратора напряжение измеряется цифровым вольтметром. 2 ил.

1272123

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь-i зовано для измерения ...оглощения ультразвука.

Цель изобретения — повышение про" 5 изводительности и помехозащищенности путем выделения максимальных значений модулирующего сигнала не только при возрастании, но и при увеличении его амплитуды. 10

На фиг. 1 изображен интерферометр для измерения поглощения ультразвука; на фиг. 2 — временные диаграммы интерферометра.

Интерферометр для измерения поглощения ультразвука содержит последовательно соединенные генератор

1, пьезоизлучатель 2 и пьезоприемник 3, расположенные в камере 4, и усилитель-детектор 5, блок 6 перемещения пьеэоприемника 3, последовательно соединенные блок 7 выделения положительных импульсов, соединенный с выходом усилителя-детектора 5, блок 8 выделения максимумов положительных импульсов с формирователем

9 нулевых смещений, последовательно соединенные блок 10 выделения отрицательных импульсов, соединенный с выходом усилителя-детектора 5, блок ЗО

11 выделения максимумов отрицательных импульсов, измеритель 12 отношений, первым входом соединенный с выходом блока 8 выделения максимумов положительных импульсов, вторым входом — с выходом блока 11 выделения максимумов отрицательных импульсов, последовательно соединенные генератор 13 одиночных импульсов и ждущий мультивибратор 14, последовательно 46 соединенные программный счетчик 15 импульсов, первым входом соединенный с выходом генератора 13 одиночных импульсов, вторым входом - с выходом ждущего мультивибратора 14, третьим входом — с вторыми выходами блока 8 выделения максимумов положительных импульсов с формирователем 9, и частотомер 16, вторым входом соединенный с выходом усилителя-детектора 5. у

Последовательно соединены интег" ратор 17, первым входом соединенный с выходом генератора 13 одиночных импульсов, вторым входом — с вторым выходом программного счетчика 15 им- пульсов, третьим входой — с выходом, измерителя 12 отношений, и цифровой вольтметр 18, вторым входом соединен ный с блоком 6 перемещений, выход ждущего мультивибратора 14 соединен с входом блока 6 перемещений, а второй выход блока 8 выделения максимумов положительных импульсов с формирователем 9 нулевых смещений соединен с вторым входом блока 11 выделения максимумов отрицательных импульсов.

Предусмотрено введение формирователя 19 амплитуд, вход которого соединен с выходом усилителя-детектора

5,а выходы — с вторыми входами блоков 7 и 10 выделения положительных и отрицательных импульсов. Второй выход блока 8 выделения максимумов положительных импульсов является выходом формирователя 9 нулевых смещений.

Интерферометр для измерения поглощения ультразвука работает следующим образом.

После включения генератор 1 начинает вырабатывать высокочастотное напряжение, подаваемое на пьезоизлучатель 2, который излучает ультразвуковые волны, распространяющиеся в исследуемом веществе, помещенном в камере 4-. Ультразвук частично отра" жается от пьеэоприемника 3, частично преобразуется им в электрические колебаний, усиливаемые и детектируемые усилителем-детектором 5. Процесс измерения начинается с запуска генератора 13 одиночных импульсов. Вырабатываемый им импульс приводит в исходное рабочее состояние (сброс) интегратор 17 и программный счетчик 15 импульсов и запускает ждущий мультивибратор 14. Сформированный ждущим мультивибратором 14 импульс запускает программный счетчик 15 импульсов и блок 6 перемещения, который с постоянной скоростью начинает перемещать пьезоприемник 3 относительно пьезоиэлучателя 2 на фиксированном расстоянии L.

На обкладках пьеэаприемника 3 развивается переменное напряжение, максимумы модуля которого соответствуют акустическому резонансу столбика среды между пьезоиэлучателем 2 и пьеэоприемником 3 к повторяются при изменении дЛины столбика на каждую полуволну /2 ультразвука. Максимумы получаются при длине столбика среды, отличающейся от укаэанного на четверть длины волны 3 /4 ультразвука.

1272123

Величина /4 через фиксированное расстояние L и число длин полуволн

N, укладывающихся на этом расстоянии, выразится 5

Ь

Я/4 = - —

2N (2) 25

Ч вЂ” - (Хь А — Х, А . )t, {3)

L мане < мин

N

=N

1 (4) 35 (5)

L 45

Так как

Огибающая переменного напряжения выделяется усилителем-детектором 5, выходное напряжение которого изображено на. фиг. 2а.

По определению коэффициент поглощения ультразвука может быть найден по формуле

Ь вЂ” аА .

А <(.1ИЫИ. (1)

Л/4 1

Так как отношение — "- = сопя мин при интегрировании N 1 "- — - на

А

А,„и„ выходе интегратора 17 величина выдаваемого им напряжения будет где — постоянная интегрирования; — время интегрирования, которое . можно выразить через период Т следования максимумов выходного сигнала усилителя-детектора 5 или через их частоту следования 1

Тогда коэффициент поглощения ультразвука через введенные параметры может быть определен по формуле

2N ьЧ 2N t Ч) L t L N

= R = const то oC= К Ч4

Ь

У

Таким образом, по измерению напряжения интегрирования и частоты изменения сигнала при заданных константах и Е возможно определение коэффициента поглощения ультразвука. 55

Для этого на первом и втором выходах формирователя 19 амплитуд вырабатываются короткие положительные им0

< пульсы, соответствующие отрицательным и положительным амплитудам входного напряжения (фиг.28,g). В момент поступления короткого положительного импульса на вход блока 7 вьделения положительных импульсов на его второй вход одновременно поступает экстремальное значение положительного полупериода входного напряжения, которое запоминается и хранится на выходе этого блока 7 в течение одного периода Т, (фиг. 22).

В момент поступления короткого положительного импульса на вход блока 10" вьделения отрицательных импульсов на его второй вход одновременно поступает экстремальное значение отрицательного полупериода входного напряжения, которое запоминается и хранится на выходе этой схемы в течение одного периода Т. (фиг.2< ).

При выработке формирователем 9 нулевых смещений коротких импульсов (фиг.2 е) в момент изменения знака входного напряжения блоки 8 и 11 выделения максимумов запоминают в течение одного и того же периода Т значения положительного и отрицателью ного напряжения соответственно (Лиг.2ж, ) . С выходов блоков 8 и 11 выделения максимумов сигналы поступают на входы измерителя 12 отношений, который определяет логарифм отношения двух входных сигналов (фиг. 2u) .

С выхода измерителя 12 сигйал поступает на вход интегратора 17. Последний начинает интегрировать поступающий на его вход сигнал после прихода на его вход запускающего импульса с второго выхода программного счетчика 15 импульсов, выдаваемого после прихода íà erî третий вход второго по счету короткого положительного импульса с выхода формирователя 9 нулевых смещений (фиг.2к).

Получаемое на выходе интегратора 17 напряжение {фиг.2л) измеряется цифровым вольтметром 18 по приходу на его стартовый вход импульса с выхода блока 6 перемещений, выдаваемого этим блоком по окончании перемещения пьезоприемника 3 на фиксированном расстоянии L.

Измерение частоты изменения напряжения осуществляется частотомером

16 по приходу íà его вход импульса с выхода программного счетчика 15

S 127 импульсов, формирующего этот импульс по второму преднабору последовательности коротких положительных импульсов с выхода форми вателя 9 нулевых смещений в момент времени, когда пьезоприемник 3 находится приблизительно посредине перемещения L

Формула из обретения

Интерферометр для измерения поглощения ультразвука, содержащий электроакустически последовательно соединенные генератор, пьезоизлучатель и пьезоприемник, расположенные в камере интерферометра, и усилительдетектор, блок перемещения пьезоприемника, последовательно соединенные блок выделения положительных импульсов, соединенный с выходом усилителя-детектора, и блок выделения максимумов положительных импульсов, последовательно соединенные блок выделения отрицательных импульсов, соединенный с выходом усилителядетектора, и блок выделения максимумов отрицательных импульсов, измеритель отношений, входами соединенный с выходами блоков выделения максимумов, отличающийся тем, что, с целью, повышения произ2123 водительности и помехозащищенности, он снабжен последовательно соединенными генератором одиночных импульсов и ждущим мультивибратором, последа- вательно соединенными программным счетчиком импульсов, первым входом соединенным с выходом генератора одиночных импульсов, вторым входом— с выходом ждущего мультивибратора, 10 и частотомером, вторым входом соединенным с выходом усилителя-детектора, последовательно соединенными интегратором, первым входом соединенным с выходом генератора одиноч15 ных импульсов Вторым Входом с вторым выходом программного счетчика импульсов, третьим входом — с выходом измерителя отношений, и цифровым вольтметром, вторым входом

2О соединенным с блоком перемещений, блок выделения максимумов положительных импульсов выполнен с формирователем нулевых смещений, второй вход которого соединен с выходом

25 усилителя-детектора, второй выход— с вторым входом блока выделения максимумов отрицательных импульсов, и с третьим входом программного счетчика импульса, а выход ждущего мультивибратора соединен с входом блока перемещений.

1272123

Составитель Г. Рыхакоэа

Редактор Н.Тупица Техред Д.Сердюкова Корректор А.Тяско

Заказ 6327/37 Тирам 507 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосквар Ж-35у Рауыская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óêãoðîä, ул.Проектная,4