Ультразвуковое устройство для кинетических исследований сред

 

Изобретение относится к акустическим методам исследования изменения физических и физико-химических параметров сред в ходе протекания в них различных процессов . Целью изобретения является расширение области применения и повышение достоверности путем обеспечения возможности исследования пространственно неоднородных сред и исключения влияния температуры на результаты исследований. Генератор 1 возбуждает каждый элемент излучателя 2 ультразвуковых колебаний. Возбужденные излучателем 2 ультразвукового колебания, распространяясь по стенке 7 вмещающего исследуемую среду 6 резервуара , взаимодействуют со средой 6 и поступают на приемник, выполненный в виде тонкопленочного электролюминесцентного мозаичного экрана 3, электроды которго соединены с источником 5 знакопеременного электрического напряжения. Напряжение на выходе источника 5 выбрано таким, что при отсутствии ультразвуковых колебаний ячейка 4 экрана 3 не светится, в при подаче на ячейку 4 колебаний определенной интенсивности светится. Таким оЬразом экран 3 визуализует распределение ультразвукового поля. 4 ил. л С

COlO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 29/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4631676/28 (22) 04,01.89 (46) 07.10.91, Бюл, N. 37 (71) Киевский государственный педагогический институт им. А.М,Горького и Институт полупроводников АН УССР (72) В.В.Левандовский, Ю.А.Пасечник, В.Е.Родионов, Н.С,Черная и Л.К.Янчевский (53) 620.179.16 (088.8) (56) Патент США N 3599477, кл. 73,67. R, 1972.

Заявка РСТ N. 84/04167, кл. G 01 N 29/00, 1984. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

КИНЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

СРЕД (57) Изобретение относится к акустическим методам исследования изменения физических и физико-химических параметров сред в ходе протекания в них различных процессов, Целью изобретения является расширение области применения и повышение

Ы2,„, 1682909 A l достоверности путем обеспечения возможности исследования пространственно неоднородных сред и исключения влияния температуры на результаты исследований, Генератор 1 возбуждает каждый элемент излучателя 2 ультразвуковых колебаний. Возбужденные излучателем 2 ультразвукового колебания, распространяясь по стенке 7 вмещающего исследуемую среду 6 резервуара, взаимодействуют со средой 6 и поступают на приемник, выполненный в виде тонкопленочного электролюминесцентного мозаичного экрана 3, электроды которго соединены с источником 5 энакопеременного электрического напряжения, Напряжение на выходе источника 5 выбрано таким, что при отсутствии ультразвуковых колебаний ячейка 4 экрана 3 не светится, в при подаче на ячейку 4 колебаний определенной интенсивности светится. Таким образом экран 3 визуализует распределение ультразвукового поля, 4 ил, 1682909

Изобретение относится к области акустических методов исследования изменения физических и физико-химических параметров сред в ходе протекания в них различных процессов и может быть использовано, например, при исследовании процессов полимериэации полимеров, отвердевания цементных масс, изменения агрегатного состояния веществ и т.п, Целью изобретения является расширение области применения и повышение достоверности путем обеспечения возможности исследования пространственно неоднородных сред и исключения влияния температуры на результаты исследований.

На фиг, 1 схематично представлено ультразвуковоее (УЗ) устройство для кинетических иссследований сред, на фиг, 2 расположение элементов излучателя и экрана на стенке вмещающего исследуемую среду резервуара; на фиг, 3 — графики зависимости изменения порога h, О зажигания экрана от величины напряжения U1 на входе излучателя УЗ-колебаний для различных частот; на фиг. 4 — графики зависимости интенсивности I УЗ-колебаний от координаты точки измерения по длине L экрана как суммарный, так и для каждого из элементов излучателя.

УЗ-устройство для кинетических исследований сред содержит последовательно соединенные генератор 1 и излучатель 2

УЗ-колебаний, УЗ-устройство также содержит приемник УЗ-колебаний, выполненный в видетонкопленочного электролюминесцентного экрана 3 с отдельными ячейками 4, Кроме того, УЗ-устройство содержит источник 5 знакопеременного электрического напряжения, соединенный с противоположными электродами ячеек 4 экрана 3. Излучатель 2 и экран 3, выполняющий функции приемника, предназначены для контактирования в ходе работы с исследуемой средой 6. В случае исследования нетвердых сред 6 последние располагаются, например, в резервуаре с эвукопроэрачными стенками 7. В УЗ-устройство также входит термодатчик 8, УЗ-устройство для кинетических исследований сред работает следующим образом.

Генератор 1 возбуждает излучатель 2

УЗ-колебаний, выполненный в виде нескольких отдельных пьезоэлектрических преобразователей, например, на основе керамики ЦТС-23. Излучатель 2 генерирует в стенке 7 УЗ-колебания. взаимодействующие со средой 6, например полимеризующимся мон амером. В результате

55 взаимодействия со средой 6 интенсивность попадающих на отдельные ячейки 4 экрана

3 УЗ-колебаний определяется степенью полимеризации мономера. В качестве экрана 3 используется, например, тонкопленочный электролюминесцентный экран на основе сульфида цинка, легированного марганцем. Тонкопленочный электролюминесцентный экран представляет собой наносимую одна на другую вакуумным напылением структуру в виде МДПДМ (металлдиэлектрик-полупроводник-диэлектрикметалл) общей толщиной от долей до нескольких микрометров. К каждой ячейке 4 экрана 3 приложено допороговое электрическое напряжение 05, величина которого задается источником 5, работающим в килогерцовом диапазоне. Допороговое напряжение Ug не достаточно для генерации с поверхностных электронных состояний свободных электронов, наличие которых необходимо для возникновения свечения электролюминесцентного экрана 3. Под действием УЗ-колебаний формируются неравновесные менее глубокие поверхностные энергетические уровни и величина напряжения Ug оказывается достаточной для осуществления с них тормополевой эмиссии. Смещение Л L4 порога зажигания, т,е. разность между величиной порога зажигания без воздействия УЗ-колебаний и величиной порога зажигания при воздействии УЗ-колебаний, амплитуда которых характеризуется величиной напряжения Ut на выходе генератора 1 (фиг. 3). Порог зажигания определяется как порог визуального восприятия свечения электролюминесцентного элемента (1 кд/м при освещенности

100 лк), Данные (фиг, 3) получены при частоте возбуждающего напряжения Uq источника 5, равной 5 кГц, и среднем уровне Ug =

=125 В для двух значений частоты генератора 1: 1,60 МГц (кривая а) и 3,85 МГц (кривая б). Смещение порога зажигания обуславливает возможность визуализовать распределение в пространстве интенсивности попадающих на каждую ячейку 4 экрана 3

УЗ-колебаний. Для исследований могут быть использованы различные типы колебаний. Так при мозаичном расположении ячеек 4 и элементов излучателя 2 (фиг. 1) в стенку 7 излучаются продольные колебания, отражающиеся от границы раздела материал стенки 7 — материал среды 6 и поступающие на ячейку 4. Потери на границе раздела определяются состоянием среды 6 и при соответствующем выборе величины напряжения U5, при наличии манометра в резервуаре электролюминесцентные ячейки 4

1682909

40 светятся, а при наличии полимера гаснут.

Излучатель 2 может быть выполнен в виде двух ориентировочных один навстречу другому пьезоэлектрических преобразователей, возбуждающих в стенке 7 волны Лэмба (фиг. 2), в этом случае б в качестве приемника используется тонкопленочный электролюминесцентный, матричный экран, расположенный между элементами излучателя 2, Элементы излучателя 2 подобраны и установлены таким образом, что распределение суммарной интенсивности I по длине

L экрана 3 (по акустической оси элементов излучателя 2) равномерно. На фиг. 4 представлены качественные зависимости интенсивности I УЗ-колебаний от координаты точки измерения по длине L экрана 3 для каждого элемента излучателя 2 в отдельности (прямые i и II) и для суммарных колебаний (прямая !!). В этом случае интенсивность УЗ-колебаний, а следовательно, и свечение элементов 4 экрана 3 определяются демпфирующими способностями среды 6. Рядом с приемным элементом, т.е. тонкопленочным электролюминесцентным экраном 3, располагают термодатчик 8. В связи с повышением генерации первичных электронов с ростом температуры порог зажигания снижается. При малых изменениях температуры эта зависимость близка к линейной.

Измеренное с помощью термодатчика 8 значение температуры позволяет провести коррекцию величины напряжения Ug таким образом, что результаты исследований, не зависят от температуры. Таким образом, по свечению определенных участков экрана 3 можно непрерывно следить за изменениями, происходящими в среде 6, т.е. проводить кинетические исследования одновременно во всех зонах. наблюдения исследуемой среды б.

Использование тонкопленочного электролюминесцентного экрана позволяет обойтись в устройстве без электронных Gnoков усиления и визуализации. Используе-.

30 мый приемник по=-воляет работать в широком диапазоне частот, поскольку порог зажигания ячеек экрана очень слабо зависит от частоты УЗ-колебаний. Возможное ь выбрать любое необходимое значение напряжения на выходе источника позволяет управлять разрешающей способностью устройства. Визуально наблюдаемая картина распределения УЗ-поля позволяет осуществить его качественный анализ по интенсивности, поскольку яркость свечения экрана зависит от интенсивности падающих на него УЗ-колебаний. Разрешающая способносте по площади УЗ-устройства для кинетических исследований сред ограничивается минимальной площадью ячейки тонкопленочного электролюминесцентного экрана, которая составляет порядка 0,1 см .

Предлагаемое устройство работоспособно в интервале интенсивностей применяемых колебаний 10 — 10 Вт/м . На з нижнем пределе электролюминесцентный экран не чувствителен к воздействию акустических колебаний, а на верхнем пределе электролюминесцентный экран претерпевает необратимые изменения.

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для кинетических исследований сред, содержащее излучатель ультразвуковых колебаний, соединенный с ним генератор и приемник ультразвуковых колебаний, причем излучатель и приемник ультразвуковых колебаний предназначены для контактирования в ходе работы с исследуемой средой, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения области применения и повышения достоверности, оно снабжено источником знакопеременного электрического напряжения, приемник ультразвуковых колебаний выполнен в виде тонкопленочного электролюминесцентного экрана, а противоположные электроды электролюминесцентного экрана соединены с источником знакопеременного электрического напряжения.

1682909

Составитель В.Гондаревский

Редактор Н.Бобкова Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Заказ 3408 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101