Цифровой ультразвуковой интерферометр
Патент 684437
Авторы
Классы МПК
Цифровой ультразвуковой интерферометр
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Социалист ияеских республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ (iiI 68447 (61) Дополнительное к авт. саид-ву % 446825 (22)Заявлено 12,07,77 (2)) 2507821/18-10 с присоединением заявки М (23) Приоритет
Опубликовано 05.09,79,,Бюллетень N ЗЗ
Дата опубликования описания 10,09.79 (53)M. Кл.
G 01 ф 29/00
Гвс,дврстввиый квиитет
СССР во двлам извбретвиий.в етирмтий (53) УДК 534.632 (088.8) (72) Авторы изобретения
А, укацкас К, A. Кундротнс и Э» TI бронкс
Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (7!) Заявитель (S4) БИФРОВОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР
Изобретение относится к области ультразвуковой измерительной техники.
Известен цифровой ультразвуковой интерферометр по авт. санд. % 446825, содержащий, алектроакустически последовательно соединенные диапазонный генератор, иамерительну1о камеру с пьеаоиалучателем и пьеаоприемником, тракт усиления и формирования сигнала пьеаоприемника, блок
30 настройки и управления, который соединен с аиапазонным генератором и электронносчетным частотомером, содержашим делители частоты и меток времени, Он также снабжен дополнительным делителем част ты с переменным коэффициентом деления, 15 включенным между делителем частоты и выходом частотомера, и дополнительным блоком, состоятдим иа последовательно соединенных измерителя девиации частслът н
20 дискретного язмерителя отношений двух напряжений, прн этом вход дополнительного блока подключен к выходу диапааонюго генератора, а выход - к входу переключения коэффициента деления дополнительного делителя f1) .
Однако указанный интерферометр обес. печивает измерение только единственного параметра исследуемой среды - скорости распространения ультразвука в ней и не измеряет другие параметры, например удельное акустическое сопротивление.
Белью изобретения является расшире ние функциональных возможностей ннтерфероме тра.
Указанная цель обеспечивается тем, что в предлагаемый ультразвуковой цифровой интерферометр введены частотный демодулятор, пиковый детектор н блок индикации с памятью, причем выход диапааонного генератора через частотный демодулятор и пиковыя детектор подключен ко второму входу дискретного измерителя отношения напряжений, выход которого подсоединен к блоку индикации с памятью
На чертеже изображена блок-схема описываемого интерферометра.
684437
Устройство содержит генератор 1, в.лход которого подключен к гьеэоиэпучатепю
2 камеры 3 интерферометра, пьезоприемник 4, подключенный к выходу тракта 5 усиления и формирования, выход которого соединен с блоком 6 управления и настройки. Генератор 1 также соединен со входом делителя 7 частоты и с входом измерителя 8 девиации, выход которого соединен с входом дискретного измерителя 9 отношения напряжений, выход целой 10 час".и которого подключен к выходу переключения коэффициента деления дополнитеп ного делителя 1 0 частот, к другому входу которого подключен выход делителя 7 частоты. К частотомеру 11 подключены выходы дополнительного делителя 10, блока
6, а также делитель 12 меток времени, Выходы блока 6 соединены с генератором
1 и измерителем 9.
Выход дробной части числа измерителя 0
9 соединен с блоком 13 индикации с памятью, а второй вход измерителя 9 через частотный демодулятор 14 и пиковый детектор 15. соединен с выходом генератора 1.
Интерферометр работает следующим образом, В исходном состоянии генератор 1
30 вырабатывает высокочастотное напряжение, которое преобразуется пьезоизпучателем
2 в ультразвуковые волны, распространяющиеся в исследуемой среде, находящейся в камере 3. Ультразвуковая волна в пьезоприемнике 4 частично преобраэует33 ся в высокочастотное напряжение, которое подается на вход тракта усиления и формирования. С началом измерения частота генератора 1 от сигнала, подавае мого с блока 6, увеличивается и достигает
40 значения, соответствующего акустическому резонансу в камере 3. В момент резонанса на выходе пьезоприемника 4 тракт
5 усиления и формирования вырабатывает сигнал, воздействуюший на блок 6. По сигналу с блока 6 в. этот момент начинается перестройка частоты до возникновения в камере 3 акустического резонанса с частотой, меньшей ее исходного значения. С этого момента частота генератора 1 опять увели ивается. В результате, частота генератора 1 качается между дву. мя соседними резонансами камеры 3, что приводит к появлению сигнала на выходе измерителя 8 девиации частоты, По сигналу с блока управления и настройки запускается дискретный иэл" еритепь 9, осуШествляюший деление опорного напряже4 ния на выходное напряжение измерителя девиации частоты.
Опорное напряжение вырабатывается частотным демодулятором 14 и имеет вид постоянного напряжения с наложенным на него переменным напряжением, которые соответственно пропорциональны постоянндй и переменной частям генера« тора 1. Пиковый детектор вырабатывает напряжение, пропорциональное частоте бо лее высокочастотного из двух используемых акустических резонансов Уп . Таким образом, показания измерителя 9 от ношения напряжений равны
3n-fn- / где и-1 — частота низкочастотного используемого акустического резонанса.
Измеряемая скорость ультразвука С в области половины резонансной частоты преобразователей 2 и 4 связана с частотами п и 1 следуюшими соотношениями: г „, Е Н„г
Л,, и ГХ o o расстояние между пьеэопреобразователями 2 и 4., и и ц -1« количество полуволн ультразвука на расстоянии (номера резонансных циклов) на частотах 4 " f„ g ° z — удельное акустическое,сопротивление кварца, нормированное относительно средыВУ =4п q-05/,г h g=
fg - резонансная частота пьезопреобразователей.
С=
ll где ï
Т
fn 4-у (2) Таким образом целая часть показаний измерителя отношения равна количеству
Члены — -у —
2 Ь 2 4 и — появи» ат
Z 0 лись в соотношении (1) ввиду того, что фаза коэффициента отражения ультразвуке от пьезопреобразователей в области и 05 f линейно зависит от частоты, и соответствуют акустически закороченной задней стороне пьезопреобразоватепей.
Из уравнения (1) получаем:
684437
ЭФ каз 5277/37
0 Подписное
П Патент, ул. Проектная, 4 полуволн ультразвука в среде л, дробная - однозначно связана с 2, т,е. с удельным акустическим сопротивлением среды, так как удельное акустическое сопротивление вещества преобразователей величина известная, S
Сигналом с измерителя устанавливается коэффициент деления дополнительного делителя 10 частоты, равный числу полуволн ультразвука. На этом процесс переключения поддиапазона измерения скоSe
- рости ультразвука заканчивается.
По сигналу с блока управления генератор 1 перестраивается на частоту более высокочастотного резонанса и запус55 кается зпектронносчетный частотомер 11, сигнал иа выходе которого с учетом кс эффициеитов деления делителей 7 и 10 частоты и делителя 12 меток времени однозначно связан со значением измеряе20 мой скорости ультразвука в среде.
Величина, пропорциональная дробной части показаний измерителя отношения, т.е. 1/g,, запоминается и индуцируется блоком 13 индикации с памятью. . 35
Если измерении проводятся в области частоты ф,, то аналогично уравнен ям (1) и (2) получаем: йробная часть показаний измерителя от ношения 9 в этом случае пропорциональна 2
Таким образом с помощью интерферометра получается информация о двух акустических параметрах среды: скорости распространения,звука и удельном акустическом сопротивлении среды. Это позволяет обойтись без измерителей акустического сопротивления, которые кроме того, очень редки, что уменьшает объем аппаратуры, необходимой для исследования.
Формула изобретения
Цифровой ультразвуковой интерферометр по авт. свид. М 446825, о т л и ч а юш и и с я тем, что, с целью расширении функциональных возможностей, в него введены частотный демодулятор, пиковый детектор и блок индикации с памятью, причем выход диапазонного генератора через частотный демодулятор и пиковый детектор подключен ко второму -входу дискретного измерителя отношения напряжений, выход которого подсоединен к блоку инпикации с памятью.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР No. 446825, кл. т 01 IЧ 29/OO, 1972. (прототип).