Способ измерения частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн

 

Изобретение относится к ультразвуковой измерительной технике и может быть использовано в различных областях науки и техники при исследовании физических свойств, контроле качества твердых тел, в частности монокристаллов, особенно в тех случаях , когда исследуемые физические свойства или качество твердого тела определяются по частотной зависимости коэффициента затухания ультразву ка, изменяющейся при различных внешних воздействиях. Целью изобретения является сокращение времени определения частотной зависимости коэффициента затухания. Согласно способу измерения частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн между ультразвуковым широкополосным преобразователем и исследуемым образцом устанавливают буферный стержень заданной длины. Излучают в исследуемый образец ультразвуковые импульсы. При этом осуществляют пеп . риодическое изменение частоты заполнения в пределах каждого импульса возбуждения ультразвукового широкополосного преобразователя в диапазоне частот, включающем полосу пропускания этого преобразователя. Принимают два эхо-импульса, отраженные от противоположной ультразвуковому преобразователю поверхности исследуемого образца, и измеряют частотную зависимость коэффициента затухания ультразвуковых волн в полосе частот по мгновенной амплитуде разностного сигнала двух эхо-импульсов. 2 ил. ш (Л С ел ОС 00

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 01 Ц 29/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО HSOSPETEHHRM И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4270786/25-28 (22) 11.05.87 (46) 15.02.89. Бюл. 11- 6 (71) Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д. Калмыкова (7?) M.И. Сластен, В.N. Меркулова и В.А. Третьяков (53) 620.179.16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1201747, кл. С 01 М 29/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Р 1295320, кл. G Ol И 29/00, 1985. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНОЙ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАТУХАНИЯ

УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН (57) Изобретение относится к ультразвуковой измерительной технике и может быть использовано в различных областях науки и техники при исследовании физических свойств, контроле качества твердых тел, в частности . монокристаллов, особенно в тех случаях, когда исследуемые физические свойства или качество твердого тела определяются по частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуИзобретение относится к ультразвуковой измерительной технике и может быть использован в различных областях науки и техники при исследовании физических свойств, а также контроле качества твердых тел, в частности монокристаллов, особенно в тех случаях, когда исследуемые физические свойства или качество твердого тела определяются по частотной эависимо° SU» 1458801 А1 ка, изменяющейся при различных внешних воздействиях. Целью изобретения является сокращение времени определения частотной зависимости коэффициента затухания, Согласно способу измерения частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн между ультразвуковым широкополосным преобразователем и исследуемым образцом устанавливают буферный стержень заданной длины. Излучают в исследуемый образец ультразвуковые импульсы. При этом осуществляют пе ". риодическое изменение частоты заполнения в пределах каждого импульса возбуждения ультразвукового широкополосного преобразователя в диапазоне частот, включающем полосу пропускания этого преобразователя. Принимают два эхо-импульса, отраженные от противоположной ультразвуковому преобразователю поверхности исследуемого образца, и измеряют частотную зависимость коэффициента затухания ультразвуковых волн в полосе частот по мгновенной амплитуде разностного сигнала двух эхо-импульсов. 2 ил. сти коэффициента затухания ультразвука, изменяющейся при различных внешних воздействиях.

Цель изобретения — сокращение времени определения частотной зависимости коэффициента затухания.

На фиг. 1 изображены временные диаграммы напряжений на ультразвуковом преобразователе; на фш . 2 структурная схема одного из устройст», Между ультразвуковым широкополосным преобразователем 1 и исследуемым образцом 14 устанавливают буферный стержень 13, длину которого определяют из условия

31 Vf

1 ) где 14 и 1 — длины буферного стержня и исследуемого обФ разца соответственно;

Vg ицЧ - скорости ультразвуковых волн в буферном стержне и исследуемом образце соответственно.

В исследуемый образец 14 излучают ультразвуковые импульсы с помощью ультразвукового широкополосного преобразователя 1. Длительность электрического импульса, которым возбуждается ультразвуковой широкополосный преобразователь 1, не должна превы--; шать удвоенное время прохождения ультразвука через исследуемый образец 14 для получения разделенных во времени эхо-импульсов. Условие для длины буферного стержня 13 должно выполняться для того, чтобы отделить во времени два эхо-импульса, отраженных от противоположной ультразвуковому широкополосному преобразователю

1 поверхности исследуемого образца

14, от эхо-импульсов, отраженных в буферном стержне 13 от границы буферный стержень 13 — исследуемый образец 14. Кеобходимость.использования буферного стержня 13 вызвана больши-:. ми потерями энергии ультразвуковой волны при отражении от ультраэвукового широкополосного преобразователя

l которые учесть практически невозможно. Эти потери слагаются из потерь на преобразование механической энергии в электрическую и потерь в переходном слое. периодическое изменение частоты заполнения в пределах каждого электрического импульса возбуждения ультразвукового широкополосного преобразователя 1, вырабатываемого генератором 12 импульсов, осуществляют в диапазоне частот, включающем полосу пропускания ультразвукового широкополосного преобразователя 1, Изменение частоты заполнения электрических импульсов в необходимом диапазоне частот, вырабатываемых генератором 12 импульсов, осуществляется частотным модулятором 11 з

1458801 реализующих способ измерения частотной зависимости коэффициента затуха" ния ультразвуковых волн.

Устройство для измерения частот-.

5 ной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн содержит ультразвуковой широкополосный преобразователь 1, усилитель 2, амплитудный детектор 3, логарифмический 10 усилитель 4, линию 5 задержки, дифференциальный усилитель 6, двухка-=. нальный осциллограф 7, генератор 8 -: импульсов сравнения, синхронизатор

9, блок 10 модулирующего напряжения, частотный модулятор 11, генератор

12 импульсов, буферный стержень 13 и исследуемый образец 14. Ультразвуковой широкополосный преобразователь

1 соединен с выходом генератора 12 2р импульсов и входом усилителя 2 ° Выход усилителя 2 подключен к входу амплитудного детектора 3, выход которого, в свою очередь, соединен с входом логарифмического усилителя 4, 25 выход логарифмического усилителя 4 подключен к входу линии 5 задержки и первому входу дифференциального усилителя б. Второй вход дифференциального усилителя 6 соединен с выхо- 30 дом линии 5 задержки, выход дифференциального усилителя 6 подключен .к входу первого канала двухканального осциллографа 7, вход второго канала двухканального осциллографа 7 сое- з динен с выходом генератора 8 импульсов сравнения, вход генератора 8 импульсов сравнения подключен к первому выходу синхронизатора 9, второй выход синхронизатора 9 соединен с тре- 40 тьим входом двухканального осцилло-, графа 7, третий выход синхронизатора

9 подключен к входу блока IO модулирующего напряжения, выход которого соединен с входом частотного модулятора 11. Выход частотного модулятора

11 подключен к первому входу генератора 12 импульсов, второй вход генератора 12 импульсов соединен с четвертым выходом синхронизатора 9.

Ультразвуковой широкополосный преобразователь 1 акустически соединен с буферным стержнем !3, который акустически соединен с исследуемым образцом 14.

Способ измерения частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн осуществляют следующим образом, 1458801

1О

55 при подаче на него соответствующего модулирующего напряжения, например, линейно изменяющегося с блока 10 модулирующего напряжения. Высокочастотный электрический радиоимпульс (фиг. 1a), вырабатываемый генератором

12 импульсов, используется для возбуждения ультразвукового широкополосного преобразователя 1, в пределах которого осуществляют изменение частоты заполнения в диапазоне частот, включающем полосу пропускания ультразвукового широкополосного преобразователя 1. Ультразвуковые импульсы, излученные ультразвуковым широкополосным преобразователем 1,,проходя через буферный стержень 13 в исследуемый образец 14, распространяются в нем,многократно отражаясь от его противоположных плоско-параллельных поверхностей. При отражении от границы буферный стержень — исследуемый образец ультразвуковой импульс частично проходит в буферный стержень 13 и, пройдя через него, попадает на ультразвуковой широкополосный преобразователь 1, с помощью которого принимают отраженные эхо-импульсы. Принятые эхо-импульсы усиливаются в усилителе 2 до необходимой величины. Выделяют огибающие принятых усиленных эхо-импульсов с помощью амплитудного детектора 3. Коэффициент затухания ультразвуковых волн определяют по амплитудным значениям двух эхо-импульсов, отраженных от противоположной ультразвуковому широкополосному преобразователю 1 по- верхности исследуемого образца 14, включая их логарифмирование в логарифмическом усилителе 4 и определение разности логарифмов амплитуд эхо-импульсов с помощью дифференциального усилителя 6. На выходе логарифмическог0 усилителя 4 получают прологарифмированные огибающие принятых эхо-импульсов (фиг. 16).

Для определения разности логарифмов амплитуд эхо- импульсов предварительно прологарифмированная огибающая эхо-импульса„ прошедшего через исследуемый образец два раза, совмещается во времени с огибающей эхо-импульса, прошедшего через исследуемый образец четыре раза, с помощью линии

5 задержки. Прологарифмированная огибающая первого эхо-импульса, отраженного от противоположной ультразвуковому широкополосному преобразователю 1 поверхности исследуемого образца 14 (импульса, прошедшего через исследуемый образец 14 два раза), импульса, прошедшего через линию 5 задержки, совмещена во времени с прологарифмированной огибающей второго эхо-импульса, отраженного от противоположной ультразвуковому широкополосному преобразователю 1 поверхности у исследуемого образца 14 (импульса, прошедшего через исследуемый образец 14 четыре раза (фиг. 1в).

В дифференциальном усилителе 6 из прологарифмированной огибающей задержанного на удвоенное время прохож-, дения ультразвука через исследуемый образец 14 первого эхо-импульса, отраженного от противоположной ультразвуковому широкополосному преобразователю 1 поверхности исследуемого образца !4 (прошедшего через исследуемый образец 14 два раза), вычитается прологарифмированная огибающая второго эхо-импульса, отраженного от противоположной ультразвуковому широкополосному преобразователю 1 поверхности исследуемого образца 14 (прошедшего через исследуемый образец 14 четыре раза). На выходе дифференциального усилителя 6 образуется разностный сигнал (фиг, 1г), по мгновенной амплитуде которого измеряют частотную эависимость коэффициента затухания ультразвуковых волн в полосе частот. Разностный сигнал, представляющий собой непрерывную в полосе пропускания ультразвукового широкополосного преобразователя 1 характеристику частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых волн в исследуемом образце 14, можно визуально наблюдать на экране двухканального осциллографа 7. Для измерения абсолютного значения коэффициента затухания используется импульс сравнения, вырабатываемый генератором 8 импульса сравнения. Синхронизатор 9 обеспечивает согласованный между собой запуск генератора 12 импульсов, генератора развертки двухканального осциллографа 7, генератора

8 импульсов сравнения и блока 10 модулирующего напряжения.

Формула изобретения

Способ измерения частотной зависимости коэффициента затухания ультСоставитель Г. Федоров

Техред Л.Олийнык Корректор С.Черни

Редактор С. Лисина

Заказ 365/49 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4!

4588 развуковых волн, заключающийся в том, что в исследуемый образец излучают ультразвуковые импульсы, периодически изменяют частоту заполнения в пределах каждого электрического импуль5 са возбуждения ультразвукового преобразователя, принимают отраженные от противоположной ультразвуковому преобразователю поверхности исследу- 10 емого образца эхо-импульсы и определяют частотную зависимость коэффициента затухания ультразвуковых волн по амплитудным зпачениям двух эхоимпульсов, о т л и ч а ю щ и и с я 1б тем, что, с целью сокращения времени определения частотной зависимости коэффициента затухания, излучают ультразвуковые импульсы в исследуемый образец с помощью широкополосно- 20 го ультразвукового преобразователя

01

8 через буферный стерл ень, длина которого определяется из условия:

31 Vf

1Гу ъ где 1 и 1 — длины буферного стержня и исследуемого образца соответственно;

Vg H V. — скорости ультразвуковых волн в буферном стержне и исследуемом образце, периодическое изменение частоты заполнения в пределах каждого электрического импульса возбуждения осуществляют в диапазоне частот, включающем полосу пропускания ультразвукового широкополосного преобразователя, а частотную зависимость коэффициента затухания ультразвуковых волн определяют по мгновенной амплитуде раэностного сигнала двух эхо-импульсов,