Устройство для измерения коэффициента отражения акустических сигналов

Устройство для измерения коэффициента отражения акустических сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к устройствам для исследования акустических характеристик материалов и предназначено для определения комплексного коэффициента отражения акустических сигналов от повер2 хности материалов, помещенных в акустически прозрачные среды Устройство может быть использовано в гидроакустике, геофизике , дефектоскопии Цель - расширение диапазона рабочих частот и повышение точности за счет реализации измерения непрерывной частотной зависимости модуля и фазы коэффициента отражения в широкой полосе частот и реализации измерений в сильновязких средах в устройство В среду излучают амплитудно-модулированный сигнал Приемник принимает излученный сигнал и сигнал отражения от образца В среде образуется сигнал разностной частоты Фипьтрами, подключенными к приемнику выделяют сигнал, и фазометр измеряют фазу коэффициента отражения Измеритель амплитуды определяют модуль коэффициента отражения 2 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21), 4870641/28 (22) 18,07.90 (46) 15.07.92, Бюл. N 26 (71) Таганрогский радиотехнический институт им,В.Д.Калмыкова (72) А.M,ÃàBðèëîâ и О.А.Савицкий (53) 620. 179. 16(088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР № 235427, кл, В 06 В 1/06, 1966.

Авторское свидетельство СССР

N - 1196754, кл. 6 01 N 29/02, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЗ Ф Ф ИЦИ Е НТА ОТРАЖЕНИЯ А .;УСТИЧ ECKNX СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к устройствам для исследования акустических характеристик материалов и предназначено для определения комплексного коэффициента отражения акустических сигналов от поверИзобретение относится к устройствам .для исследования акустических хэрэктеристик материалов; предназначено для определения комплексного коэффициента отражения акустических сигналов от поверхности материалов, помещенных в акустически прозрачные среды, и может быть использовано в гйдроэкустике, геофизике, дефектоскопии.

Известно устройство для измерения частотных зависимостей коэффициента отражения. В основе этого решения лежит излучение в среду рэдиоимпульсэ, отражение его от исследуемого материала и измерения параметров образовавшейся в пределах рэдиоимпульсэ акустической стоячей волны. Оно содержит генератор рэдио„„. Ы ÄÄ 1748043 А1 л»s G 01 M 29/ОО t70 хности материалов, помещенных в акустически прозрачные среды. Устройство может быть использовано в гидроакустике, геофизике, дефектоскопии. Цель — расширение диапазона рабочих чэстот и повышение точности ээ счет реализации измерения непрерывной частотной зависимости модуля и фазы коэффициента отражения в широкой полосе частот и реализации измерений в сильновязких средах в устройство, В среду излучэют амплитудно-модулированный сигнал. Приемник принимает иэлученный сигнал in сигнал отражения 6т обрэзцэ. В среде образуется сигнэл рэзностной частоты, Фильтрами, подключенными к приемнику, выделяют сигнал, и фазометр измеряют фазу коэффициента отражения. Измеритель амплитуды определяют модуль коэффициента отражения. 2 ил.

1 импульсов, соединенный с излучающим преобразователем, находящимся в акусти- + ческом контакте со средой, помещенной в акустическую трубу. На другом конце трубы помещен исследуемый материал. На оси фь трубы установлен приемник акустических 1() сигналов, соединенный с механической ко-! ординэтной системой, которая перемещает приемник вдоль оси трубы с целью координат узлов и прочностей стоячей волны по максиму и минимуму звукового давления.

Выход приемника через фильтр соединен с измерителем амплитуды, Измеритель амплитуды регистрирует уровни звукового дэвления в узлах и пучностях стоячей волны, по их значениям и координате первого узла определяется модуль и

1748043 фаза коэффициента отражения для разных частот.

Недостатком этого устройства является низкая точность измерений комплексного коэффициента отражения в стоячей волне.

Из-за конечных размеров приемника невозможно точно измерить звуковое давление R точке звукового поля — в узле или пучности стоячей волны. Это снижает достоверность получаемой величины модуля коэффициента отражения, Так как протяженность областей, расположенных между узлами, сокращается пропорционально росту частоты, то и точность измерения звукового давления в узле и пучности приемником конечных размеров уменьшается с ростом частоты. Таким образом, погрешность метода измерения коэффициента отражения в стоячей волне частотно-зависима и растет с увеличением частоты и размеров приемника, Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения коэффициента отраж ния образцов. Модуль коэф4 йциейта отражения находится из oTHQшения амйлитуд отраженной л падающей волн, а фаза — как разность фаз между волнами с кратными частотами. Известное устройство содер>кит генератор радиоим- пульсов сизменяемой частотой. подключенный к нему акустический излу! этел ь, гидроакустическую трубу, один койец которой сопряжен с акустическим излучателем, а другой — прйдназначен для контактирования с образцом . установленный в трубе акустический приемник. блок регистрации, выполненный и3 л фильтров гармоник, входы которых соеди>гены с акустическим приемником. п измерителей амплитуды и (n-1) электри геских цепей. состоящих из последовательно собдиненных умножителей частоты, фазометра и индикатора, входы умножителей частоты подключены соответственно к выходам первых (n-1) фильтров гармо<ник и измерителей амплитуды, а вторые входы фазометров подключены соответственно к выходам фильтров последующих гар моник.

Недостаток прототипа — ограниченность рабочего диапазона частот, т,е. невозмо>кность измерения коэффициента отражений на частотах ниже резонайсной частоты излучателя. так как в качестве информационных волн используются излученная волна и генерируемые ею гармоники.

Кроме того, известное устройство характеризуется невозможностью использования в качестве рабочих сред, заполняющих измерительную трубу. сильновязких жидкостей (минеральные и растительные масла, нефть и др.) и материалов (коллоидные растворы, эмульсии, суспензии, жидкий ил, глину и другие). Большие значения коэффициента затухания звуковых волн и квадратичная зависимость от его частоты не позволяет эффективно генерировать в таких средах гармоники из-за их быстрого поглощения, что приводит к низкой точности измерения.

Использование высокочастотных гармоник, плавная перестройка которых в широких пределах невозможна из-за узкой полосы пропускания излучающего преобразователя, искл,очает воэможность получения в прототипе непрерывной частотной зависимости коэффициента отражения в промежутках между частотами гармоник, Измерение разности фаз между гармониками в прототипе не позволяет получить значение фазы коэффициента отражения акустической волны от образца исследуемого материала в том случае, когда она зависит от частоты отражающейся волны.

Цель изобретения — расширение диапазона рабочих частот и повышение точности

25 а счет реализации возможности измерения непрерывной частотной зависимости модуля и фазы коэффициента отражения в широкой полосе частот и реализ-ция измерений в сильновязких средах, 30 Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерсния коэффициента отражения образцов, содержащее акустический излучатель, гидроакус ическую трубу, один конец которой сопряжен с акустическим излучателем. подключенным к генератору, а другой — и редназначен для контактирования с образцом, установленный в гидроакустической трубе акустический приемник, фазометр и индикатор, два фильтра, входы которых подключены к выходу акустического приемника, к выходу первого фильтра подключены измеритель амплитуды и один из входов фазометра, к выходу которого подключен индикатор, в ка ястве генератора использован генератор амплитудно-модулированного cMf íýëà с измеряемой частотой модуляции, снабжено последовательно соединенными амплитудным детектором и фильтром нижних частот, 50 выход которого подключен к второму входу фазометрэ, а вход амплитудного детектора подключен к выходу первого фильтра.

При распространении в нелинейной среде,. заполняющей гидроакустическую трубу, радиоимпульса с амплитудно:модулированным (АМ) заполнением

1748043 г еоп1<1 «1 Р -амплит дазв кового нально квадРату, поэтомУ использование в качестве рабочих более низкочастотных давления несущей АМ-сигнала, происходит волн (ВРЧ и излучаемая АМ-волна), чем в его "акустическое детектирование", т.e. re- прототипе (гармоники исходной волны) понерация сигнала с частотой модуляции Й 5 зволяет проводить измерения в сильнопогтак называемой волны разностной частоты лощающих средах. (ВРЧ), которую можно представить в виде . На фиг, 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 — эпюры напряжений, Ро е, . (2) поясняющйх работу устройства.

Устройство для изме ренйя коэффйциенгде Рр — амплитуда давления ВРЧ, Генери- та отражения акустических сигналов состооуемая ВРЧ и огибающая АМ-сигнала жест- . ит из генератора 1 амплитудно-модулироко связаны между собой по фазе. Принятие ванного радиоимпульса с Изменяемой часпосле отражения от образца исследуемого . тотой модуляции,"выход которого соединен материала эхо-сигналы излученното"АМ- 15 с акустическйм .йзлучателем 2, сопряженсигнала и ВРЧ будут йметь вид -: .::. ныл с одним из торцов гидроакустической трубы 3, заполненной средой 4 распрострар г1+ и, со (Q 1: 2 I))„ .: кения акустических"волн, образца 5 исслеЯ дуемого материала, сопряженйого с вторым .Z e с,,, .:,:,. (3) . Устайовленногр в трубе 3, блока регистра- " т д, ." : ..-,, : цйй, состоящего из двух фильтров — резоР-= Чр Ро е с,+< .. (4) " . нансного 7 и полосового 8, входы которых подключены к выходу приемника 6, выход где Ч„, Ч вЂ” модули коэффицйента отРаженйй .25 фильтра 7 подключен к входу амплитудногоот образца на частотах М и Q соответствен- . - детектора 9, последовательно соединейноно : .., - ::. . ::.:, :,-- .:.-,:,:": ro с ним фильтра 10 нижних частот, выход

t —. pai стояние до

P< P< фазь1 коэФфициен roe o Ðe

: ния отобразца начастотахви ь>соответст- 30 которого. подключен -к выходу полосового венно;::-:: .:: .:;: ., . - .:: " - : ".:;:: .. фильтра 8, выход фильтра 8 подключен так- . Измеряя с помощьro изме>рюйтеля ампли- .. же к второму входу фазометра 12. к выходу туды отношений амплитуд падающей на o6- . которого подключен индикатор 13, . разец ВРЧ Р», и отраженной от него V Рв, находим модуль коэффициента отражения 35 Устройство работает следующим обраобразца на частоте Q- " "... .;:. " ;-;:: зом.

Измеряя разность фаз между сигнала- ми отражейной ВРЧ и огибающей отражен-,.:, .::. Генератор 1 вырабатывает радиоимного о1 образца лсследуемого" материала::.. : - пульс амплитудно-модулированного сигйаАМ-радиоимпульса, получаем ",;: : 40 ла (частота заполнения и, частота модуляции g, поступающий на вхбд акусти(Q1 о (p ):: - "-.. .:.":,:, ческого излучателя 2, который-излучает его . в среду распространейия, За счет нелинейности s среде распространения происходит (5) — (Qt- — 2l ) =(р .-- —,," """ 45 генерация волны с частотой огйбающей изС лученного AM-сигнала (ВРЧ), AM-волна и

ВРЧ отражаются от образца 5 исследуемого фазу коэффициента отраженй фао образ- материала. Падающие на образец 5 и отраженные от его поверхности радиоимпульсы лйции излУчаемого АМ-РадиоимпУльс 50 ВРЧ и АМ-волны принимаются акустичеможно непрерь!вно перестраивать часто ски приемником 6 с вь!хода которого они м диапазоне (0 гд

@" " onpepenieick tllMI l4HoA полосы Vapo . 7 предназначен для выделения из принятопускания изл ающего преобразователя à ro сиг,ала ам,ли дно-модулировайного следовательно, и диапазон измерений ком- 55 радиоимйульса с несущей частотой >и часплексного коэффициента отраженйя будет татой модуляции . @02), далее сигнал 0 поступает на последовательно соединенные амплитудный детектор 9 и фильтр 10 Як известно затухание акустических нижних частот, где происходитегодетективолн в поглощающих средах пропорцио1748043 рование и выделение огибающей частоты. С Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я вйхода фильтра 10 сигнал 04 постуйавт на Устройстводля измерения коэффициента один иэ" входов фаэометра 12. Фильтр 8 отражения акустических сигналов, содержапредназначен для выделейия из принятого щее последовательно соединенные генерайриемником сигнала радиоимпульса ВРЧ 5 тор и акустический излучатель, (Ug). С выхода фильтра 8 сигнал Нз доступа- . гидроакустическуЮтрубу; один торец которой

er- на вход измерителя 11 амплитуды, где сопряжен с акустическим излучателем, а äðóпроисходит измерение отношения амплиту; гой предназначен для контактирования с обды. отраженной от образца ВРЧ к амплйту- разцом, установленнйй в гидроакустической

0от „., 10 трубе акустический приемник, подключенные к нему первый и второй фильтры, последова т;е. модуля коэффициента отражения ВРЧ тельно соединенные фазометр и индикатор и от образца исследуемого материала, С вы- измеритель амплитуды, годключенный к выхода фильтра 8 сигнал 0э- поступает также . ходу второго фильrpa, о т л и ч а ю щ е е с я на второй вход фаэометра 12, где происхо- 15 тем, что; с целью повышения точности и расдит измерение разности фаз между сйгна- . ширения частотного диайазана; оно снабжелами отраженной от образца ВРЧ и но последовательно соединенными огибающей отраженного от образца АМ-ра- амплитудным детектором, вход которого свядиоймпульса, равной согласно формуле (5) " зан с выходом первого фильтра, и фильтром описания фазе коэффициента отражения 20 нижних частот", выход которого подключен к ф ВРЧ, С выхода фазометра 12 видеоим- первому входуфазометра, соединенного втопульс напряжейия Up, амплитуда которве рым входом- с выходам второго фильтра, а в пропорциональна фазе коэффициента отра- качестве генератора использован генератор жения р, поступает на индикатор 13; аМплитудно-Модулированного сигналов.

1748043

Составитель Л. Кондрыкйнская

Редактор М,Бандура Техред ММоргентал Корректор А,Ворович

Заказ 2500: Тираж Подписное

ВКИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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