Способ измерения нелинейного акустического параметра твердых тел и устройство для его осуществления

Способ измерения нелинейного акустического параметра твердых тел и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования физико-механических свойств материалов. Целью изобретения является повышение точности и надежности измерений. В устройстве для измерения нелинейного 4акустического параметра с генератора 1 непрерывный.гармонический сигнал подается на модулятор 2, формирующий последовательность синфазных импуль00 CD СО

СОЕЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (gg 4 G 01 И 29/МГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР .ф(.

" fA

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:":;,. /"

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (56) Суховцев В.В. О методах исключения паразитных.нелинейностей элементов установки при исследовании нелинейных акустических эффектов.

Депон. ВИНИТИ В 434980, М., 1980. (21) 3767617/25-28 (22) 25.07.84 (46) 07,06.86. Бюл. У 21 (71) Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им.С.М.Кирова (72) В.А.Саперов и Г.П.Зиновьева (53) 534.232(088.8) „„SU, 12 636 А1 (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЛИНЕЙНОГО

АКУСТИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА ТВЕРДЫХ ТЕЛ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования физико-механических свойств материалов. Целью изобретения является повышение точности и надежности измерений. В устройстве для измерения нелинейного ,акустического параметра с генератора 1

I непрерывный. гармонический сигнал подается на модулятор 2, формирующий последовательность синфазных импуль1236363 сов. Далее сигнал усиливается широкополосным усилителем 3. Фаэовращателем

9 изменяют -фазу сигнала с широкополосного усилителя 3 в пределах от 0

0 до 180 и он поступает на излучатель

4 ультразвука. Приемником 5 ультразвука принимаются. прошедшие через среду ультразвуковые колебания, которые через фильтр б верхних частот и узкополосный усилитель 7 поступают на осциллограф 8. По экрану последнего измеряются максимальные U è минимальйые Б„„„„ значения сигналов, по которым определяют коэффициент модуляции. Мощности излучения на первой и второй гармониках сигнала измеряют путем перемножения двух напряжений, одно из которых пропорционально напряжению, действующему на излучателе 4, а другое пропорционально току, протекающему через излучатель

4. Напряжение, пропорциональное проИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования физико-механических свойств материалов.

Цель изобретения — повышение точности и надежности измерений путем изменения фазы иэлученного в среду сигнала.

На чертеже изображено устройство для реализации способа измерения не- 1б линейного акустического параметра твердых тел.

Устройство для измерения нелинейного акустического параметра содержит последовательно соединенные гене- 15 ратор 1, модулятор 2, широкополосный усилитель 3, излучатель 4 ультразвука и приемник 5 ультразвука, последовательно соединенные фильтр 6 верхних частот, узкополосный усили- що тель 7 и осциллограф 8, последовательно соединенные фаэовращатель 9, вход которого соединен с выходом широкополосного усилителя 3, преобразователь 10 ток-напряжение, первый 25 выход которого соединен с входом излучателя 4 ультразвука, и ваттметр текающему через излучатель 4 току, с выхода преобразователя 10 ток-напряжение подается на ваттметр 11, где перемножается на напряжение, пропорциональное напряжению, действующему иа излучателе 4 ультразвука. Ключами

12 и 13 выбираются режимы калибровки и измерения Б„ и Б„„„. По измеренным йакс мощностям излучения на первой и вто рой гармониках сигнала определяют амплитуду смещения второй гармоники иэлученнрго сигнала, по которой с учетом коэффициента модуляции опре„деляют амплитуду смещения второй гармоники принятого сигнала. По аначению амплитуды смещения второй гармоники принятого сигнала с учетом длины базы прозвучивания, скорости распространения ультразвука и амплитуды смещения первой гармоники излученного сигнала определяют искомый параметр.

2 с.п. ф-лы, 1 ил.

11,, второй вход которого соединен с вторым выходом преобразователя 10 ток-напряжение, первый и второй ключ

12 и 13. Первый ключ 12 включен между выходом ваттметра 11 и входом осциллографа 8, а второй 13 — между выходом узкополосного усилителя 7 и входом осциллографа 8, причем второй вход. осциллографа 8 соединен с выходом модулятора 2. Калиброванное сопротивление (не обозначено) предназначено для калибровки ваттметра 11.

Устройство работает следующим образом.

С генератора 1 непрерывный гармонический сигнал подается на модулятор

2, который формирует последовательность синфаэных импульсов. Далее сигнал усиливается широкополосным усилителем 3. Фазовращателем 9 изменяют фазу сигнала с широкополосного усилителя 3 в пределах от 0 до 180 (при этом фаза второй гармоники этого сигнала изменяется не более чем íà 2X) который поступает на излучатель 4 ультразвука.

1236

Изменение фазы излученного сигнала приводит к тому, что составляющие второй гармоники сигнала в среде находятся в фазе или противофазе.

Приемником 5 ультразвука принимают- ся прошедшие через среду ультразвуковые колебания, которые через фильтр

6 верхних частот и узкополосный усилитель 7 поступают на осциллограф 8, по экрану которого измеряются макси- 10 мальные U и минимальные Б„,„ц значемо кс ния сигналов, по которым определяют коэффициент модуляции по формуле ущд 0 ми (1) 15

Измерение мощностей излучения на первой и второй гармониках сигнала осуществляется путем перемножения двух напряжений, одно из которых про- 2О порционально напряжению, действующему на излучателе 4 ультразвука, а другое пропорционально току, протекающему через излучатель 4. Напряжение, пропорциональное протекающему через излучатель 4 току, с выхода преобразователя 10 ток-напряжение подается на ваттметр 11, где неремножается на напряжение, пропорциональное напряжению, действующему на излу- 30 чателе 4 ультразвука. Ваттметр калибруется на калибровочном сопротивлении (не обозначено) на частотах

6)а и 2у сигнала. Ключамн 12 и 13* выбираются режимы калибровки и измерения U н Бд ра

По измеренным мощностям излучения на первой и второй гармониках сигнала определяют амплитуды смещения на первой и соответственно второй гармониках сигнала при излучении по формуле

363 4 я, = я,, - (4) где S — амплитуда смещения второй гарг моники, обусловленная нелинейностью среды.

По полученным из формулы (2) и (4)

I значениям Б и Б определяют искомый параметр из формулы

S = †-- k х, S

2 С (5) где S — амплитуда смещения первой гар1 моники излученного сигнала;

К вЂ” волновое число;

С вЂ” скорость ультразвука в оба раэце; .х — длина базы

1!2 (и + 1), и — нелинейный акустический параметр твердых тел. формула изобретения

1. Способ измерения нелинейного акустического параметра твердых тел, заключающийся в том, что излучают и принимают прошедший контролируемую среду ультразвуковой импульс и выделяют вторую гармонику, о т л и Ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности н надежности измерений, изменяют фазу излучаемого ультразвуо кового сигнала от 0 до 180, измеряют мощность первой и второй гармоник излученного сигнала и экстремальные значения второй гармоники принятого . модулированного по фазе сигнала, по которым определяют искомый параметр.

2. Устройство для измерения нелинейного акустического параметра твердых тел, содержащее последовательно соединенные генератор, модулятор и широкополосный ускритель, излучатель ультразвука и приемник ультразвука, последовательно сокединенные фильтр верхних частот, узкополосный усилитель и осциллограф, о т л и ч а ю—

2PQ .2 °

А Z

S

i y

2 2я, (2) 2Р1>о

А Z (3) где Š— волновое сопротивление среды;

Рр — мощность излучения ультраа звука на основной гармонике; >О

Ру — мощность излучения ультра2 а звука на второй гармонике; ,A — площадь поверхности излучателя 4 ультразвука.

По расчитанному коэффициенту мо- >> дуляцин с учетом расчитанной амплитуды Б смещения второй гармоники сигнала излучения определяют шийся тем, что, с целью повышения точности н надежности измерений, оно снабжено последовательно соединенными фазовращателем, вход которого соединен с выходом широкополосного усилителя, преобразователем ток-напряжение, первый выход которого соединен с входом излучателя ультразвука, и ваттметром, второй вход которого соединен с вторым выходом преобразователя ток-напряжение, первым и вторым ключами, включенными соответственно между входом осциллографа и выхо,дами ваттметра и узкополосного усилителя, а второй выход модулятора соединен с вторым входом осциллографа.