Ультразвуковой интерферометр

Ультразвуковой интерферометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

=е (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 2609,79 (21) 2820208/25-10 (51) М КЛ. с присоединением заявки Hо (23) Приоритет

G 01 и 29/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 1506.81. Б оллетеиь Ж 22

Дата опубликования описания 150681 (53) УДК 54Ç.000 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.И.Илгунас, Г.-С.С.Леонавичюс и В.A.Ñóêàöêàñ

Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (71 ) За яв и тель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР

Изобретение относится к ультразвуковой измерительной технике, в частности к измерителям скорости распространения ультразвука в жидкостях, и может быть использовано в научных исследованиях, в химической, пищевой и др. видах промышленности.

Известен ультразвуковой интерферометр, содержащий последовательно соединенные диапаэонный генератор, измерительную камеру с пьезоизлучателем и пьезоприемником, усилитель и блоки, позволяющие измерить в определенном масштабе разность час-. тот акустических резонансов, на которых в столбике среды располагаются заданные количества полуволн.

Разность этих частот пропорционально скорости распространения ультразвука в исследуемой среде 1) . 20

Указанный интерферометр имеет тот недостаток, что на значения частот акустических резонансов влияет фазовый угол отражения ультразвука от пьезопреобразователей, который так же зависит от частоты. Эта погрешность может быть уменьшена увеличе нием длины измерительной камеры. Однако при этом. падает добротность резонирующего столбика среды ввиду поглощения ультразвука в среде, что приводит к увеличению погрешности определения частот акустических резонансов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ультразвуковой интерферометр, содержащий измерительную кювету с двумя параллельно соединенными пьезоизлучателями, подключенными к выходу генератора высокочастотного напряжения и частотомеру, а также последовательно соединенные усилитель и индикатор (2) .

Однако он пригоден, в основном, только для работы вблизи резонансной частоты преобразователей, так как акустические резонансы проявляются как изменения падения напряжения на преобразователях, резко уменьшающиеся при отходе от.резонансной частоты преобразователей. В случае его работы s режиме интерферометра постоянной длины возникает большая погрешность. измерения, так как диапазон частот, в котором можно уверенно определить частоты акустических резонансов, небольшой (10-15% от резонансной частоты пьеэоиэлучателей), Вариант данного интерферометра с

838549 где 2 — удельное акустическое сопротивление среды, К вЂ” действительное волновое число, если потерями пренебрега10 ем, — расстояние между пьезоизлучателями.

Идентичность излучателей достигается, если необходимо, с помощью соответствующих электрических цепей, включенных между выходами генератора и излучателями . Входной импеданс 28х эквивалентен импедансу двух cтолби— ков среды длиной - вЂ, питаемых каждый от своего пьезоизлучателя(фиг.2), 20 свободных на другом конце (нагрузка равна нули) .

Входной импеданс столбика среды обычного интерферометра с одним пьезоизлучателем равен

Вх кюветой переменной длины характеризуется конструктивными неудобствами.

Цель изобретения — увеличение точности измерения скорости распространения ультразвука.

Указанная цель достигается тем, что в него введен измерительный зонд, установленный в кювете посредине между пьезоизлучателями и подключен,ный к усилителю.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого интерферометра, на фиг. 2 — эквивалент его измерительной кюветы.

Генератор 1 высокочастотного напряжения подключен к двум параллельно соединенным идентичным пьезоизлучателям 2 и 3, вмонтированным в измерительную кювету 4 с исследуемой средой. Расстояние между пьезоизлучателями 2 и 3 фиксированное, равное E.

В середине между ними в кювету введен приемный зонд 5 поперечными размерами меньше длины волны ультразвука. Зонд подключен к входу усилителя б, выход которого соединен с индикатором 7 (например, стрелочным самопишущим или цифровым вольтметром) . К выходу генератора 1 подклю=ен также частотомер 8. На фиг. 2 изображена электроакустическая система„ эквивалентная по входному им30 лед >нсу исследуемой среды и частотам резонансов кювете 4 интерферометра.

Интерферометр работает следующим образом. 35

Генератор 1 возбуждает пьезоизлучатели 2 и 3, которые однофазно излучают ультразвуковые волны в направлении друг к другу в исследуемой среде. Волны, идущие в противоположных направлениях, принимаются в середине кюветы 4 зондом 5, который, ввиду малых поперечных размеров, имеет почти всенаправленную диаграмму .приема. Высокочастотное напряжение зонда 5 поступает на усилитель б и Д5 индикатор 7. Частота ультразвука контролируется частотомером 8. В процессе измерения изменяют частоту генератора 1. Когда в кювете 4 столбик исследуемой среды резонирует и в цент-щ ре образуется пучность давления, напряжение зонда 5 и усилителя б резко возрастает. Момент резонанса отмечают по максимальным показаниям индикатора 7, а резонансную частоту измеряют частотомером 8. Скорость ультразвука определяют по измеренным частотам нескольких акустических резонансов по известной методике интерферометра постоянной длины с той разницей, что пучности в середине 60 камеры повторяются каждый раз, когда в столбике среды располагается целое число волн ультразвука.

Входной акустический импеданс столбика среды, определенный на по- 65 верхностях обоих пьезоизлучателей в случае их идентичности, равен

Z p

Еех 3 2 cog< (1} где — фазовый угол отражения ультразвука от пьезоприемника (рефлектора) .

Сравнение формул (1) и (2) показывает, что в предлагаемом интерферометре влияние на частоты резонансов оказывает только фазовый угол отражения одного пвезоизлучателя (несмотря на то, что их два), вместо суммы фазовых углов пьезоизлучателя и пьезоприемника (рефлектора) в известном интерферометре с одним пьезоизлучателем. В случае двух одинаковых преобразователей это позволяет уменьшить погрешность измерения скорости ультразвука, вызванную неидеальностью отражения, примерно в два раза. Дополнительное преимущество в отношении точности измерения вытекает из того, что в выражение входного импеданса не входит коэффициент отражения от преобразователя, поэтому потери энергии ультразвука, реально всегда имеющие место при отражении, в меньшей степени влияют на точность определения резонансных частот. Кроме того, потери энергии ввиду поглощения ультразвука в среде в меньшей степени влияют на добротность резонирующего столбика среды, так как длина эквивалентного столбика среды (на фиг.2) равна только половине действительной длины. Это позволяет работать с кюветой большей длины, что также способствует повышению точности.

Формула изобретения

Ультразвуковой интерферометр, содержащий измерительную кювету с дву6

838549

Риг.

Составитель В. Пирогов

Техред М.Голинка Корректор В.Синицкая

Редактор Н.Ромжа

Заказ 4417/66 Тираж 907 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 мя параллельно. соединенными пьезоизлучателями, подключенными к выходу генератора высокочастотного напряжения и частотомеру, а также последовательно соединенные усилитель и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повыаения точности измерения скорости распространения ультразвука, в него введен измерительный зонд, установленный в кювете посредине между пьезоизлучателями и подключенный к усилителю.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9459717, кл.5 011 29/00, 1973.

2..Леонавичус Г.,и Илгунас В. ультразвуковой интерферометр с двумя излучающими кристаллами и его применение для определения скорости звука в жидкостях.-"Материалы 2-й

Всесоюзной конференции по вопросам, ультразвуковой спектроскопии", Каунас

1973, с. 51-54.