Устройство для измерения затухания ультразвуковых волн

Устройство для измерения затухания ультразвуковых волн

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОИЖ©ИУ С ТВЛЬСИУ (и 871058

Союз Севетсиик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к ает. сеид-ву (22) Заявлено 261279 (21) 2860587/25-10 с лрисоедииеиием заявки Н9 (23) Приоритет

t$1)M Кп 3

С 01 N 29/00

ГосуАврстаеииый комитет

СССР яо ямам изобретений и открытий (33) УДК 534,081 (088.8) Опубликовано 0 21Ю8 1; Бюллетень И9 37

Дата опубликованияописаиия 071081 (72) Автор. изобретения

М.И. Сластен!

Таганрогский радиотехнический инс итут "им ВД.:Калмыкова (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАТУХАНИЯ

УЛЬТРАЗВУКОИ4Х ВОЛН

Изобретение o THocH Tc я к ультразвуковой измерительной технике и может быть использовано в радиотехнической, химической, металлургичес кой, машино-. строительной и других отраслях промышленности для непрерывного контроля физико-механических параметров вещества, в частности, твердых тел.

Изобретение может также применяться для наблюдения эа кинетикой каких-ли- 1О бо определенных процессов, например при быстром либо медленном изменении затухания ультразвука,обусловленном переменными механическими нагрузками.

Известен ультразвуковой спектрос- 15 коп, используеьий для измерения затухания ультразвука. Ультразвуковой спектроскоп содержит генератор качающейся частоты, временной селектор, широкополосный усилитель и осцил- 20 лограф (1).

Временной селектор периодически отпирается и запирается со скоростью, значительно превышающей скорость частотной модуляции. при этом непрерыв- 25 ные частотномодулнрованные колебания генератора качающейся частоты преобразуются в серию импульсов, разделенных .паузами. Во время этих пауз широкОполосный ультразвуковой преобраэователь принимает отраженные сигналы, прошедшие через испытуемый образец.

Спектр, соответствующий отдельному отраженному сигналу, получается на экране осциллографа путем использования импульса подсветки луча таким образом, чтобы его яркость увеличилась только на время приема преобразователем определенного отраженного си гнала.

Скорость частотной модуляции, частота включения временного селектора и время, на которое он отпирается, согласованы с временем задержки между моментами излучения зондирующего импульса и приема отраженного импульса, определяющимися толщиной образца и скоростью распространения звука в нем.

Данное устройство реализует метод последовательного спектрального анализа. При этом процесс измерения зависимости затухания ультразвуковых колебаний от частоты сводится к последовательному (от одной частоты к другой) измерению затухания во sc6M частотном диапазоне.

Недостатком этого устройства является невозмсикность исследования частотных эвисимостей затухания ультразвуко8 7105 & вых колебаний при быстропротекающих процессах .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения затухания ультразвуковых волн, содержащее обратимый электроакусти ческий преобразователь, 5 соединенный с ним приемник эхо-сигналов, состоящий из широкополосного усилителя и амплитудного детектора, синхронизатор, выходы которого подключены к первым входам генератора ка- (Q чающейся частоты и блока индикации, логарифмирующее устройство и сумматор, входы которого подключены к выходам линии задержки и аттенюатора, а выход — ко второму входу блока ин дикации (2).

В этом устройстве электрические частотномодулированные импульсы, вырабатываеьже генератором качающейся частоты подаются на широкополосный ультразвуковой пьезапреобразователь прие мо-излучающего акустического блока и преобразуются в ультразвуковые импульсы, распространяющиеся в исследуемом материале. При этом глубина частотной модул rIIIHH эл ектричес коро им- 25 пульса обеспечивает перекрытие необходимого частотного диапазона. Ультраз вукавые эха-импульсы, принимаемые приемо-излучающим, акустическим блокам, преобразуются в эл ектричес кие gQ сигналы, усиливаются и детектируютс я приемникам эха-сигналов.

Серия видеаимпульсав с приемника эха-импульсов подается на лагарифмирующее устройство и схемы выделения принятых импульсов. Номера выбранных иэ серии зха-импульсов определяются схемами перемен н ай з адержки пут ем подачи разрешающего напряжения с указанныхых схем переменной задержки н а соответствующие схемы выделения принятых импульсов. Таким образом, на выходах селекторов появляются огибающие частотно-модулированного импульса, прошедшего различные расстояния в исследуемом материале., Эти огибающие 45 совмещаются .во времени с помощью регулируемой линии задержки и подаются на входы сумматора. На выходе суммато-ра образуется величина

*(f) = С g А4 (f) — 8g Ai (f) $Q как функция от частоты f, измеряемая на экране блока визуальной индикации

Импульсы синхронизатора управляют р аб отой г ен ер ат ор а к ач ающейс я ч аст аты, обеспечивают выбор необходимых для анализа импульсов и синхронизируют работу блока визуальной индикации.

В этом устройстве реализован параллельный или одновременный анализ всего спектрального состава частотно-модулированного импульса, распространяю-60 щегося в исследуемом материале. Время анализа всего спектра частот в основнбм определяется временем установившегося процесса в широкополосном пьезапреобраэователе.

Недостатком такого устройства является ограниченная чувствительность и точность изм рений за счет ограничения динамического диапазона линейности амплитудной характеристики широкополосного усилителя и погрешностей измерения, обусловленных неидентичностью двух измерительных каналов.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерений .

Цель достигается тем, чта устройство снабжено временным селектором, формирователем управляющих импульсов, смесителем и селективным усилителем, причем временной селектор включен между выходам генератора качающейся частоты и электраакустическим преобразователем, вход формирователя управляющих импульсов подключен к выходу синхронизатора, а его выходы— к вторым входам генера."..ñðà качающейся частоты и временного слектара входы смесителя подключены к выходам генератара качающейся частоты и широкополосного усилителя; ега выход через селективный усилитель и амплитудный детектор подключен к входу логарифмирующега устройства, выход которого параллельна подключен к входам линии зацержки и аттенюатора.

На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения затухания ультразвуковых волн.

Устройство включает, генератор качающейс я частоты 1, синхронизатор 2, времени ой с електар 3, приемно-излучающий электраакустический преабразава=ель 4, формирователь управляющих импульсов 5, испытуемый образец 6, широкополосный усилитель 7, cMBcHTanb

8, с елективный усилиткль 9 амплитудный детектор 10, лагарифмнрующее устройство l l, сумматор 12, линию задержки 13, аттенюатар 14 и блок 15 визуальной индикации .

Работает устрой ст ва следующим образом.

Ген ератар качающейся частоты 1 пад воздействием импульсов синхронизатора 2 фарьырует зондирующие частотно модулираванныеи,мпульсы, которые через временной caëaêòoð 3 подаются на приемаизлучающий электраакустический преобразователь 4. Временной селектор пропускает на приемаизлучающий электраакустический преобразователь толька зондирующие импульсы при подаче разрешающего напряжения на временной селек-.ар с формирователя управляющих импульсов. При этом длительность зондирующих импульсов определяется дли". настью импульсов синхронизатора, по-даваемых на генератор качающей я таты.

Широкополосный ультразвуковой преоб,разователь, преобразует злектричес-сий з ондирующий частатнамадулирав анный импульс в ультразвуковой, распрастра871058

Формула изобретения няющийся в испытуемом образце 6, Ульт развуковые эхо-импульсы, принимаемые приемо-излучающим электроакустическим преобразователем преобразуются в электрические сигналы, усиливаются широкополосным усилителем 7 и поступают на смеси тель 8. 5

Генератор качающейся частоты формирует также электрические частотномодулированные: импульсы,, аналогичные зондирующим, под воздействием импульсов формиров ателя . Формиров атель управляющих импульсов обеспечивает задержку частотномодулированных импульсов относительно зондирующего импульса с целью совмещения их во времени с выбранными для анализа эхо-сигнала- 15 ми. Частотномодулированные импульсы, формируемые генератором качающейся частоты, подаются на смеси тель 8, где смешиваются с соответствующими эхо -сиг налами.Так как генератор качающейся 70 частоты формирует импульсы с линейной частотнои модуляцией, то для получения эхо-сигналов с необходимой промежуточной, частотой смещают частотномодулированные импульсы относительно эхо сигналов влево 25 с помощью формирователя управляющих импульсов. При этом длительность частотномодулированных импульсов увеличивают таким образом, чтобы задние фронты частотномодулированных импуль- ЗО сов и эхо-сигналов совпадали.

Эхо-си гн алы промежуточной частоты с выхода смесителя поступают на вход узкополосного селективного усилителя

9. Селективный усилитель из всего чис-35 ла комбинационных частот выделяет только одну промежуточную частоту, равную разности частот частотномодулированных импульсов и эхо-сигналов.

Селективный усилитель не пропускает 40 т акже зондирующий си гнал и эхо-сигн алы, не подлежащие анализу. Усиленные селективным усилителем, выбранные для анализа эхо-сигналы, детектируются амплитудным детектором 10 и логарифмируются логарифмирующим устройством 11. 45

Логарифмы амплитуд двух эхо-сигналов, прошедших различный путь в исследуемом образце, складывают в дифференциальном сумматоре 12,предварительно совместив их во времени с помощью регулируемой линии задержки 13. Аттенюатор 14 компенсирует потери в линии задержки. Результирующий сигнал в виде частотной зависимости затухания ультразвуковых колебаний фиксиру- 55 ется на экране блока 15 визуальной индикации. высокий коэффициент усиления и узкая полоса пропу кания селек ивного

1 усилителя позволяют значительно улучшить соотношение сигнал/шум. Максимальная чувствительность устройства для измерения затухания ультразвука при этом достигает 0,03 дб, что позволяет исследовать малые изменения частот x зависимостей затухания в образце, обладающем значительным абсолютным затуханием. Точность измерений находится в прямой зависимости от линейности характеристики системы и фазовых искажений сигналов в линии задержки и аттенюаторе.

Устройство для измерения ультразвуковых волн, содержащее обратимый электроакустический преобразователь; соединенный с ним приемник эхо-сигналов, состоящий из широкополосного усилителя и амплитудного детектора,син=. хроннзатор,выходы которого подключены к первым входам генератора качающейся частоты и блок индикации, логарифмирукщее устройство и сумматор, входы которого подключены к выходам линии задержки и аттенюатора, а выход— к второму входу блока индикации,отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, оно снабжено временным селектором, формирователем управляющих импульсов, смесителем и селективным усилителем, причем временной селектор включен между выходом генератора качающейся частоты и электроакустическим преобразов ателем, вход формирователя управляющих импульсов подключен к вЫходу синхронизатора, а его выходы — к вторым входам качающейся частоты и временного селектора, входы смесителя подключены к выходам генератора качающейся частоты и широкополосного усилителя, его выход через селективный усилитель и амплитудный детектор подключен к входу логарифмирующего устройства, выход которого параллельно подключен к входам линии задержки и аттенюатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Шарп P. Методы неразрушающих испытаний, М., Мир, 1972, с ° 75.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2762178/25-10, кл.

G 01 N 29/00,03.05 ° 76 °

871058

Составитель Н.Бурбело

Техред Л.Пекарь

Корректор Ю.Макаренко, Редактор Л.Павлова

Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного ком тета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосквф,,Ж-35, Раушская иаб., д.4/5

Заказ 8427/16

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4