Устройство для измерения коэффициента отражения акустических сигналов

Устройство для измерения коэффициента отражения акустических сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к устройствам исследования акустических характеристик материалов и предназначено для измерения коэффициента отражения акустических сигналов от поверхности материалов, помещенных в акустически прозрачные среды, и может быть использовано в гидроакустике, геофизике, дефектоскопии. Целью изобретения является повышение точности измерений , расширение диапазона рабочих частот и области применения за счет реализации измерений в сильновязких средах. С этой целью устройство снабжено высокочастотным генератором с амплитудно-модулированным заполнением, включенным между генератором с измеряемой частотой и излучающим преобразователем. При этом в качестве умножителя частоты использован умножитель на два, а в качестве приемного преобразователя - перекрывающий поперечное сечение гидроакустической трубы широкополосный приемник из звукочувствительной пленки. 2 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я) s G 01 N 29/ОО

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4849725/28 (22) 10.07.90 (46) 15.05.92. Бюл. М 18 (71) Таганрогский радиотехнический институт им, В,Д, Калмыкова (72) А.М. Гаврилов и О.А, Савицкий (53) 620.179.16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N..235427, кл. В 06 В 1/06, 1966.

Авторское свидетельство СССР

N537293,,кл. G 01 N 29/00, 1971, Авторское свидетельство СССР

N 1196754, кл. G 01 N 29/00, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭ Ф Ф И ЦИ Е НТА ОТРАЖЕ Н ИЯ АКУСТИЧ ЕСКИХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к устройствам исследования акустических характеристик материалов и предназначено для измереИзобретение относится к устройствам исследования акустических характеристик материалов и предназначенодля определения комплексного коэффициента отражения акустических сигналов от поверхности материалов, помещенных в акустически прозрачные среды. Устройство может быть использовано в гидроакустике, геофизике, дефектоскопии.

Известно устройство измерения частотных зависимостей коэффициента отражения, содержащее генератор радиоимпульсов, соединенный с излучающим преобразователем, находящимся вакустическом контакте со средой, помещенной в акустическую трубу. На другом конце трубы помещен исследуемый материал. На оси трубы установлен приемник акустических сигналов, соединенный с механической ко. Ж 1733998А1 ния коэффициента отражения акустических сигналов от поверхности материалов, помещенных в акустически прозрачные среды, и может быть использовано в гидроакустике, геофизике, дефектоскопии, Целью изобретения является повышение точности измерений, расширение диапазона рабочих частот и области применения за счет реализации измерений в сильновязких средах. С этой целью устройство снабжено высокочастотным генератором с амплитудно-модулированным заполнением, включенным между генератором с измеряемой частотой и излучающим преобразователем. При этом в качестве умножителя частоты использован умножитель на два, а в качестве приемного преобразователя — перекрывающий поперечное сечение гидроакустической трубы широкополосный приемник из звукочувствительной пленки. 2 ил, ординатной системой, которая перемещает приемник вдоль оси трубы с целью нахождения координат узлов и пучностей стоячей волны по максимуму и минимуму звукового давления, Выход приемника через фильтр соединен с измерителем амплитуды. Измеритель амплитуды регистрирует уровни звукового давления в узлах и пучностях стоячей волны, по их значениям и по координате первого узла определяется модуль и фаза коэффициента отражения для разных частот

Ртах dmin отр Pmax + Pmin у =л — 2 k ymin =л — 4itym;„/ где Ртах, Pmin — давление в пучностях и узлах;

dmin — координаты узла;

il —. длина волны.

1733998

35

45 чен индикатор 13

55

Известно устройство, содержащее генератор радиоимпульсов с изменяемой частотой, соединенный с акустическим преобразователем, находящимся в акустическом контакте со средой, помещенной в измерительной трубе, на другом конце которой перпендикулярно оси трубы расположена плоская поверхность исследуемого материала. Между преобразователем и материалом на оси трубы расположен приемник акустических волн, соединенный через фильтр с измерителем амплитуды, Известно также устройство для измерения коэффициента отражения образцов, содержащее генератор радиоимпульсов с изменяемой частотой, подключенный к нему акустический излучатель, гидроакустическую трубу, один конец которой сопряжен с акустическим излучателем, а другой предназначен для контактирования с образцом, установленный в трубе акустический приемник, блок регистрации, выполненный из и фильтров гармоник, входы которых соединены с акустическим приемником, и измерителей амплитуды и n — 1 электрических цепей, состоящих из последовательно соединенных умножителей частоты, фазометра и индикатора, входы умножителей частоты подключены соответственно к выходам первых и — 1 фильтров гармоник и измерителей амплитуды, а вторые входы фазометров подключены соответственно к выходам фильтров последующих гармоник.

Недостатками этого устройства являются ограниченность рабочего диапазона частот снизу значением резонансной частоты излучателя, невозможность использования в качестве рабочих сред сильновязких жидкостей из-за быстрого поглощения высокочастотных гармоник, невозможность получения непрерывной частотной зависимости коэффициента отражения в промежутках между частотами гармоник из-за узкой полосы пропускания излучающего преобразователя, Кроме того, недостатками устройства являются ограниченность рабочего диапазона частот сверху частотой возбуждения в трубе второй нормальной волны, низкая точность результатов измерений, вызванная искажением звукового поля в трубе приемником конечных размеров.

Цель изобретения — повышение точности измерений, расширение диапазона рабочих частот и области применения.

Это достигается тем, устройство, содержащее генератор с изменяемой частотой, излучающий преобразователь, гидроакустическую трубу, один торец которой предназначен для контактирования с образцом, а другой — с излучающим преобразователем, установленный в трубе приемный преобразователь, соединенные с ним два фильтра, измеритель амплитуды, умножитель частоты и последовательно соединенные фазометр, входы которого соединены с выходом первого фильтра и умножителя частоты, и индикатор, а входы измерителя амплитуды и умножителя частоты соединены с выходом второго фильтра С-Н вЂ” А — Б — Ж вЂ” Е—

Н вЂ” О высокочастотным генератором с амплитудно-модулированным заполнением, входом соединенным с выходом генератора с изменяемой частотой, а выходом — с излучающим преобразователем, в качестве умножителя частоты использован умножитель на два, а в качестве приемного преобразователя — перекрывающий поперечное сечение гидроакустической трубы широкополосный приемник из звукочувствительной пленки, На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг, 2 — эпюры напряжений, поясняющих работу устройства.

Устройство содержит перестраиваемый по частоте генератор 1, высокочастотный генератор 2 радиоимпульсов с амплитудномодулированным заполнением. и излучающий акустический преобразователь 3, включенные последовательно. Преобразователь. 3 контактирует со средой 4, размещенной в измерительной акустической трубе 5. На противоположном от излучающего преобразователя конце трубы помещен образец исследуемого материала 6, Внутри трубы между излучающим преобразователем и образцом помещен широкополосный приемник 7 акустических сигналов, выполненный в виде перекрывающей поперечное сечение трубы мембраны из звукочувствительной пленки. Приемник 7 нагружен на входы селективных фильтров 8 и 9, которые пропускают сигналы, частоты которых относятся как 1:2. Выход фильтра 8 соединен с измерителем 10 амплитуды и удвоителем 11 частоты, выход последнего соединен с одним из двух входов фазометра

12, второй вход фазометра соединен с выходом фильтра 9. К выходу фазометра подклюУстройство работает следующим обра зом.

Перестраиваемый по частоте генератор

1 вырабатывает гармонический сигнал V1 с частотой Q, поступающий на модулирующий вход высокочастотного генератора радиоимпульсов 2, который генерирует частоту в. С выхода генератора 2 на излучающий преобразователь 3 подаются ра1733998

55 диоимпульсы с амплитудно-модулированным (AM) заполнением V2= Vocos 40t(1+

mcos Qt). Излученный преобразователем 3

АМ сигнал благодаря квадратичной нелинейности среды генерирует две низкочастотные волны Q и 2 Q — первую и вторую волны разностной частоты (ВРЧ)

Р (t,х)= P„„cos(Qt — Q х/с);

Р (1,х)= Р cos(2 Qt — 2 Qx/с).

После отражен я от исследуемого образца с комплексным коэффициентом отражения

V ехр(! p) обе ВРЧ претерпевают фазовый сдвиг

Рп (t,х= I)= ЧР„cos(Qt И I/c+p );

Р, „((,х= I)=ЧР,„сов(2 Qt — 2 Q /с+p) где V u p — модуль и фаза коэффициента отражения; — расстояние, прошедшее обеими РВЧ по пути излучатель (отражающая граница) приемник; С вЂ” скорость звука в среде. Падающие и отраженные сигналы принимаются .широкополосным приемником 7 и поступают на селективные фильтры

8 и 9, настроенные соответственно íà пропускание частот Йи 2 Q . Сигналы 03л д и

03отр с выхода фильтра 8 поступают на измеритель амплитуды, например, осциллограф, с помощью которого измеряются их аплитуды, а затем определяется отношение

U3orp/03лад, равное модулю коэффициента отражения. Для измерения фазы коэффициента отражения проводится сравнение фаз

1-й и 2-й ВРЧ, для чего частота 1-й ВРЧ умножается на два в умножителе частоты

11:

Р (t,x= I)= VP„cos(2 Q t — 2 Q /с)+ 2p ).

Сигнал U4 с выхода фильтра 9 и сигнал U5 с выхода умножителя 11 поступают на фазометр 12, на выходе которого вырабатывается сигнал 06, амплитуда которого пропорциональна разности фаз сравниваемых сигналов Р Pv P s

Полученная разность фаз равна величине фазы коэффициента отражения. Выходное напряжение фазометра 12 U6 регистрируется индикатором 13.

В предлагаемом устройстве для измерения коэффициента отражения акустических сигналов достигается расширение

50 диапазона рабочих частот в область нижних частот посредством использования нелинейно генерируемых низкочастотных волн разностной частоты, а также — расширение в область верхних частот посредством применения звукоприемника в виде мембраны, перекрывающей поперечное сечение акустической трубы, что исключает влияние многомодовой интерференции. Область применения устройства расширена на сильновязкие среды, заполняющие трубу, и на измерение непрерывной частотной зависимости коэффициента отражения в широкой полосе частот благодаря использованию непрерывно перестраиваемых по частоте низкочастотных волн разностной частоты.

Использование звукопрозрачного пленочного приемника повышает точность измерений благодаря исключению искажений звукового поля в трубе приемником конечных размеров.

Формула изобретения

Устройство для измерения коэффициента отражения акустических сигналов, содержащее генератор с изменяемой частотой, излучающий преобразователь, гидроакустическую трубу, один торец которой предназначен для контактирования с образцом, а другой — с излучающим преобразователем, установленный в трубе приемный преобразователь, соединенные с ним два фильтра, измеритель амплитуды, умножитель частоты и последовательно соединенные фазометр, входы которого соединены с выходами. первого фильтра и умножителя частоты, и индикатор, а входы измерителя амплитуды и умножителя частоты соединены с выходом второго фильтра, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, расширения диапазона рабочих частот и области применения, оно снабжено высокочастотным генератором с амплитудно-модулированным заполнением, входом соединенным с выходом генератора с изменяемой частотой, а выходом — с излучающим преобразователем, в качестве умножителя частоты использован умножитель на два, а в качестве приемного преобразователя — перекры вающий поперечное сечение гидроакустической трубы широкополосный приемник из звукочувствительной пленки, 1733998 у — т Л

1 2 !аЛ <р )

9»r. ч л ф

1Г4

Иотр.

Составитель А,Гаврилов

Редактор Н.Федорова Техред М.Моргентал Корректор М.Кучерявая

Заказ 1666 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