Ультразвуковое устройство для измерения физических параметров веществ

Ультразвуковое устройство для измерения физических параметров веществ

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЕЩЕСТВ, содержащее наклонный с призмой и прямой пьезопреобраэрватели , твердый звукопровод с двумя разновысотными отражающими параллельныки поверхностями, генератор импульсов , связанный с пьезопреобразователями ,подключенные к прямому пьезо-iпреобразователю последовательно соединенные первые селектор импульсов, усилитель и измеритель отношений напряжений, второй вход которого соединен с вторым выходом селектора импульсов, и второй усилитель, прямой пьезопреобразователь установлен на поверхности звукопровода, параллельной его отражающим поверх-ностям , а его ось симметрии лежит в плоскости, соединяющей поверхности и перпендикулярной к ним, отличающееся тем, что с целью расширения функциональных возможностей;оно снабжено последовательно соединенными вторым селектором импульсов, подключенным к прямому пьезопреооразователю, и вторым измерителем отношения напряжений , второй усилитель включен между вторим выходом второго селектора импульсов и вторым входом второго .измерителя отношения напряжений, призма наклонного пьезопреобразова теля выполнена жидкостной и уста-новлена на одной с прямым пьезопреобразователем поверхности эву КШ1ровода, расстояние между осью :симметрии прямого и точкой ввода наклонного пьезопреобразователей выбирают равным сумме расстояний от прямого пьезопреобраэователя до отражаюодах поверхностей звукопровода , а длину дальней, отражающей поверхности выбирают равной расстоянию от нее до прямого :пьезопреобразователя. 2. Устройство по п. 1, отличаю щ е е с я тем, что материалы для выполнения твердого звукопровода и жидкостной призмы и угол ее HatoioHa выбирают из условий СП плотности материалов где сд жидкостной призмы и твердого звукопровода со соответственно С, ,С - скорости распростра1 2 Нения продольных волн в материале жидкостной призмы и поперечных волн в материале твердого звукопровода соответственно; at - угол наклона жидкостной призмы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН ила

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЬИЫж ) г

Ф с

Ъ

«Р

«.Р

СЛ

©

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA.(21) 3526107/25-28 (22) 21.12.82 .(46) 30 ° 06 ° 84. Бюл. В 24 (72) С.И. Саяускас и Л. В.Юозонене (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (53) 620. 179 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР, М 896539, кл. G 01 ««29/00, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

9 913237,кл. Q 01 м 29/00, 1980 (прототип). (54) (57) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

ВЕЩЕСТВ, содержащее наклонный с призмой и прямой пьезопреобраэователи, твердый звукопровод с двумя разновысотными отражакщими параллельными поверхностями, генератор импульсов, связанный с пьезопреобраэователями,подключенные к прямому пьеэо- преобразователю последовательно соединенные первые селектор импульсов, усилитель и измеритель отношений . напряжений, второй вход которого соединен с вторым выходом селектора импульсов, и второй усилитель, прямой пьезопреобразователь установлен на поверхности звукопровода, параллельной его отражающим поверх.ностям, а его ось симметрии лежит в плоскости, соединяющей поверхности и перпендикулярной к ним, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностейроно снабжено последовательно соединенными вторым селектором импульсов, подключенным к прямому пьезопреобразователю, и вторым измерителем отношения напряжений, второй усилитель включен между вторым выходом второго селектора импульсов и вторым входом второго

„.SU„„1100559 А,измерителя отношения напряжений, призма наклонног9 пьезопреобразова теля выполнена жйдкостной и уста новлена на одной с прямым пьезопреобразователем поверхности звукЖ ровода, расстояние между осью

:симметрии прямого и точкой ввода наклонного пьезопреобразователей выбирают равным сумме расстояний от прямого пьезопреобразователя до отражающих поверхностей звукопровода, а длину дальней .отражающей поверхности выбирают равной расстоянию от нее до прямого пьезопреобразователя.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я;тем, что материа - g лы для выполнения твердого звукопровода и жидкостной призмы и угол ее наклона. выбирают из условий

C.

gc — c Я и .«:4 а =aim Sill

Ста т, где f „ð — плотности матери алов жидкостной призмы и твердого звукопровода соответственно;

С«,Ст - скорости распространения .продольных волн в материале жидкостной призмы и пойеречных волн в материале твердого звукопровода соответственно;

- угол наклона жидкостной призмы.

11DD559 2

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля и может быть использовано для измерения физических параметров жидких и гелеобразных веществ.

Известно ультразвуковое устройство для измерения физических параметров веществ, например, биологических тканей, содержащее угломер, состоящий из подвижной части и неподвижной, выполненной в виде трапецеидальной призьы, два пьезопреобразователя, установленных один на наклонной поверхности призма, другой на ее поверхности, противоположной рабочей, так, что их точки ввода 15 совпадают, и микрометрическое устройство перемещения подвижной части угломера f1 j.

Наиболее близким к изобретению, по технической сущности и достигаемому результату является ультразвуковое устройство для измерения. физических параметров веществ, содержащее наклонный с призмой и прямой пьезопреобраэователи, твердый звукопровод с двумя. раэновысотными отражающими параллельными поверхностями, генератор импульсов, связ анный с пьезопреобразователями, подключен« ные к прямому пьезопреобразователю последовательно соединенные первые селектор импульсов, усилитель и измеритель отнсыения напряжений, второй вход которого соединен с вторым выходом селектора импульсов, и последовательно наклонного пьезопреобразователя, и регистратор, прямой пьеэопреобразователь установлен на поверхности звукопровода, параллельной его отражающим поверхностям, à его ось симметрии лежит 40 в плоскости, соединяющей отражающие поверхности и перпендикулярной к ним, при этом призма наклонного пьезопреобраэователя выполнена твердой и соединена со эвукопроводом, а ее 45 рабочая поверхность совпадает с рабочей поверхностью звукопровода Г23.

Недостатком известных устройств являются их низкие функциональные возможности из-з а невозможности проведения измерений при одностороннем доступе к исследуемому веществу.

Цель изобретения — расиаирение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что ультраз вуков ое устрой ст вр для измерения физических параметров веществ, содержащее наклонный с призмой и прямой пьезопреобраэо- . 60 ватели, твердый звукопровод с двумя раз новысотными отражающими параллельными поверхностями, генератор импульсов, связанный с пьеэопреобразователями, подключенные к прямо- 65 му пьеэопреобразователю последова тельно соединенные первые селектор импульсов, усилитель и измеритель отношения напряжений, второй вход которого соединен с вторым выходом селектора импульсов, и второй усилитель, прямой пьезопреобразbватель установлен на поверхности звукопровода, параллельной его отражающим поверхностям, а его ось симметрии лежит, в плоскости, соединяющей отражающие поверхности и перпендикулярной к ним, снабжено последовательно соединенными вторым селектором импульсов, подключенным к прямому пьезопреобразователю, и вторым измерителем стим ения напряжений, второй усилитель включен между вторым выходом второго селектора импульсов и вторым входом второго измерителя отношения напряжений, призма наклонного пьезопреобразователя выполнена жидкостной и установлена на одной с пряжм пьеэопреобразователем оверхности звукопровода, расстояние между осью симметрии прямого и точкой ввода наклонного пьезопреобразователей выбирают равным сумме расстояний От прямого пьезопреобраэователя до отражакицих поверхностей звукопровода, а длину дальней отражающей поверхности выбирают равной расстоянию от нее до прямого пьеэопреобразователя.

Иатериалы для выполнения твердого звукопровода и жидкостной призмы и угол ее наклона выбирают из

УСЛОВИЙ, 2 С 2 -1

С 2 i

Р2 С>

Ос — с )Г2 т

2 1

+ = OI C 5iб— стЛ

2 где р„ р - плостности материалов

2 призмы и твердого звукопровода соответственно;

С, Сг — скорости распространения продольных волн в материале жидкостной призмы и поперечных ,волн в материале твердого звукопровода соответственно; .

ot - угол наклона жидкостной приэьи.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит наклонный пьезопреобразователь 1 с жидкостной призмой 2, прямой пьезопреобразователь 3, твердый звукопровод 4, имеющий две разновысотные отражающие

1100559 р С а

"65 поверхности, параллельные его поверхности, на которой размещены пьезопреобразователи, генератор 5 импульсов, соединенный с пьеэопреобраэователями, соединенные последовательно первый селектор б импульсов, вход которого соединен с прямым преобразователем,первый усилитель 7 и первый измеритель 8 отношения напряжений, второй вход которого соединен с вторым выходом первого селектора импульсов, и соединенные последовательно второй селектор 9 импульсов, вход которого соединен с прямям преобразователем, второй усилитель 10 и второй измеритель 11 отношения напряжений, второй вход которого соединен с вторым выходом второго селектора импульсов, причем ось симметрии прямого пьезопреобразователя лежит в плоскости, соединяющей отражающие поверхности и перпендикулярной к ним, расстояние между осью симметрии прямого и точкой ввода наклонного пьезопреобразователей выбирают равным сумме расстояний d — от прямого пьезопреобраэователя до ближайшей отражающей поверхности и d> - от прямого пьезопреобразователя до . дальней отражающей поверхности, а длину последней Выбирают равной расстоянию dg от нее до прямого пьезопреобраэователя. Позициями

12-15 обозначены направления распространения ультразвуковых волн в звукопроводе, а позицией 16 - исследуемое вещество.

Материалы для выполнения твердого эвукопровода и жидкостной призмя и угол ее наклона выбирают из условий (1) .

Устройство работает следующим образом.

Генератор 5 импульсов возбуждает одновременно пьезопреобраэ овате-! ли 1 и 3. Пьезопреобразователь 3 излучает в твердый звукопровод 4 импульсы продольных ультразвуковых. волн 12 и 13. Отраженные от ближай- ° шей отражающей поверхности эвукопровода, граничащей с воздухом, и от дальней отражающей. поверхности, граничащей с исследуеьжм веществом, ультразвуковые импульсы принимаются пьезопреобразователем 3 и подаются на вход первого селекторa б импульсов, Hd первом выходе которого выделяется импульс, создаваемяй продол ными волнами 12, а на втором — продольными волнами 13, и далее эти сигналы: первый непосредственно, второй -после усиления первым усилителем 7 подаются соответственно на знаменательный и числительный входы измерителя 8 отношения напряжений. При этом коэффициент уси ления первого усилителя 8 выбирают таким образом, чтобы при отсутствии исследуемого вещества 16 амплитуды импульсов, подаваемых на входя первого измерителя 8 отнсшения напряжений были равны. Тогда показание первого измерителя 8 отношения напряжений при акустическом контакте эвукопровода 4 с исследуемым веществом 16 равно коэффициенту отра10 жения продольных ультразвуковых волн от границы между звукопроводом и исследуемым веществом.

Пьезопреобраэователь 1 излучает импульсы продольных ультраэ вуковых 5 волн в жидкостную призму 2 с углом с наклона, которые при переходе в эвукопровод 4 трансформируются в поперечные ультразвуковые волны 14 и 15. Если. материалы для выполнения звукопровода 4 и призмы 2 и угол о(наклона последней выбраны иэ условий (1), то импульсы поперечных волн 14 и 15 распространяются под углом 45 к отражающим поверхностям. Так как расстояние между осью симметрии прямого преобразователя 3 и точкой ввода наклонного преобразователя 1 равно d + 8 2, а длина дальней от прямого йьезопреобразователя отраЗ0 жающей поверхности равна d> то импульсы поперечных волн 14 отражакй ся от ближайшей к прямому преобразователю отражающей поверхности, а импульсы поперечных волн 15З5 от дальней. Принятые импульсы подаются на вход второго селектора 9 импульсов и далее на блоки 10 и 11 так же, как и на блоки 7 и 8 соответственно. При этом в случае выбора

40 коэФфициента усиления второго усилителя 10 из тех же условий, что и первого усилителя 7, показание второго измерителя 11 отношения напряжений в рабочем положении рав45 но коэФФициенту отражения поперечных ультразвуковых волн от границы между эвукопроводом и исследуемям веществом.

По найденным значениям коэффици0 ентов отражения можно опрецелить скорость С распространения продольных ультразвуковых волн в исследуемом веществе, его плотность .р и коэффициент адиабатической сжимаемости ЯаЭиз следующих формул:

1100559 м W1+4

L де С С

1 2

Состави гель М. Андреева

Редактор П. Макаревич Техред Н ° Надь Корректор О. Билак

Заказ 4575/35 Тираж 82 3 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4,„1 +

У

1 -ill

- скорости распрост- . ранения улътразвуко- ковых соответственно продольных и поперечных волн в материале звукопроводау

- плотность материала звукопроводар

4 i 4 - коэффициенты отражеЬ иия соответственно продольных и попереч» ных волн от границы звукопровод,- исследуемое вещество.

Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет îñóществлять измерение физических параметров вещества при одностороннем к нева доступе.