RU174203U1

RU174203U1 - Устройство для измерения акустических потерь

Info

Publication number: RU174203U1
Application number: RU2017112116U
Authority: RU
Inventors: Виталий Юрьевич Путинцев; Алексей Алексеевич Новиков; Дмитрий Анатольевич Негров
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2017-10-06

Abstract

Использование: для измерения акустических потерь. Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для измерения акустических потерь содержит ультразвуковой генератор, подключенный к пьезокерамическому излучателю, в который дополнительно введен автотрансформатор, измерительное устройство и датчик амплитудного тока возбуждения пьезокерамического излучателя. Выход автотрансформатора подключен к входу генератора, выход которого через датчик амплитудного тока подсоединен ко входу пьезокерамического излучателя. Измерительное устройство подключено к датчику амплитудного тока возбуждения излучателя. Технический результат: обеспечение возможности измерения акустических потерь в различных материалах и оценки их свойств при упрощении конструкции и повышении надежности ее работы. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к области материаловедения, в частности, для контроля качества, оценки изменения структурно-фазовых состояний и физико-механических параметров материалов и может быть использовано для определения акустических потерь в материале.

Известно устройство для измерения коэффициента затухания ультразвуковых колебаний [RU№792134 опубл. 02.01.1981], которое позволяет автоматизировать процесс измерений, использовать некалиброванные датчики, регистраторы.

Однако такие устройства сложны в реализации, поскольку требуют индивидуального подхода при разработке как измерительных датчиков, так и устройств регистрации и обработки информации. Кроме того эти устройства сложны в обслуживании, поскольку требуют высококвалифицированного персонала.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для измерения коэффициента затухания ультразвука в материале, которое состоит из пьезопреобразователя, осциллографа, усилителя и генератора [RU2047171C1 МПКG01N29/20 27.10.1995].

Основным недостатком прототипа является сложность в реализации (как минимум, необходимость дополнительного оборудования - излучатель и приемник, а может быть и не одного), необходимость преобразования сигналов, дальнейшая их обработка, сложность в обслуживании (необходим высококвалифицированный персонал) т.к. чем сложнее устройство, тем оно менее надежно.

Задачей полезной модели является упрощение конструкции и повышение надежности ее работы.

Данный технический результат достигается тем, что устройство, в устройство для измерения акустических потерь, содержащее ультразвуковой генератор, подключенный к пьезокерамическому излучателю, дополнительно введен автотрансформатор, измерительное устройство и датчик амплитудного тока возбуждения пьезокерамического излучателя, причем, выход автотрансформатора подключенко входу генератора, выход которого через датчик амплитудного тока подсоеден ко входу пьезокерамического излучателя, а измерительное устройство подключено к датчику амплитудного тока возбуждения излучателя.

На фиг. 1 представлена схема предложенного устройства для определения относительного сопротивления акустических потерь.

На фиг. 2 представлена упрощенная схема определения акустических потерь, где

R_хх- сопротивление акустических потерь на холостом ходу пьезокерамического излучателя (без нагрузки);

R_{об -}сопротивление акустических потерь пьезокерамического излучателя с оцениваемым образцом.

Предлагаемое устройство (Фиг.1) содержит: образец материала (1); пьезокерамический излучатель (2); измерительное устройство (3); автотрансформатор (4); ультразвуковой генератор(5); датчик амплитудного тока(6); вольтметр(7); амперметр(8).

Амперметр 8 подключен к входу автотрансформатора 4. Вольтметр 7 подключен к цепям устройства между автотрансформатором 4 и ультразвуковым генератором 5. Образец материала1 механически соединен с рабочим торцем пьезокерамического излучателя 2, вход возбуждения которого подсоединен к выходу ультразвукового генератора 5. Измерительное устройство 3 подключено к выводам датчика амплитудного тока возбуждения пьезокерамического излучателя (в качестве датчика тока может быть использован трансформатор тока).

Описанное устройство работает следующим образом: через автотрансформатор 4 на ультразвуковой генератор 5 подается питающее напряжение, от ультразвукового генератора 5 высокочастотный ток, проходя через датчик амплитудного тока 6, возбуждает пьезокерамический излучатель 2, к которому присоединен образец. Образец имеет цилиндрическую форму резонансной длины (пол длины волны).Измерительное устройство 3 подключено к датчику амплитудного тока 6, с помощью которого производятся измерения. Вольтметр измеряет питающее напряжение на входных цепях генератора, которое является постоянным. Амплитуда колебаний (соответствующая линейному участку характеристики возбуждения пьезокерамического излучателя) обеспечивается выбором соответствующего тока возбуждения излучателя в зависимости от уровня потерь исследуемого материала. В резонансном режиме излучения, ток, протекающий по входным цепям ультразвукового излучателя, служит надежным информационным показателем о величине акустических потерь в образце [Новиков А.А. Разработка низкочастотной ультразвуковой аппаратуры для терапии и хирургии: дис. докт. техн. наук: 05.11.17 // А.А. Новиков.-Москва, 2008. -293 с., с.78-80.]. По мере распространения ультразвуковых волн в пьезокерамическом излучателе и присоединенном к нему образце происходит затухание колебаний, величина которого непосредственно связана (прямо-пропорциональная зависимость) с относительным сопротивлением акустических потерь в зависимости от свойств материала (Изменение уровня акустических потерь на образцах на фиг. 3)

В отсутствии образца пьезокерамический излучатель работает в режиме холостого хода и потери в излучателе считаются условно постоянными, поскольку определяются только тем, что теряется в самом излучателе. При измерении входного тока определяются потери на холостом ходу. Для излучателя достаточно одного контрольного измерения. После присоединения образца к пьезокерамическому излучателю производится измерение тока и оценивается его изменение по сравнению с режимом холостого хода.

После проведения измерения акустических потерь, результаты рассчитываются по формуле (1)для определения относительного сопротивления акустических потерь.

R_отн =R_об/(R_об+R_хх), где

R_отн- относительное сопротивление акустических потерь в материале;

R_об- сопротивление акустических потерь в излучателе с образцом;

R_хх- сопротивление акустических потерь на холостом ходу (излучатель без образца).

Таким образом использование полезной модели позволяет измерять акустические потери в разных материалах и оценивать их свойства, при упрощении конструкции и повышении надежности ее работы. Разные материалы дают разные значения относительного сопротивления акустических потерь, что позволяет оценивать качество разных материалов.

Claims

Устройство для измерения акустических потерь, содержащее ультразвуковой генератор, нагруженный на пьезокерамический излучатель, отличающееся тем, что дополнительно содержит автотрансформатор, измерительное устройство и датчик амплитудного тока возбуждения излучателя, причем выход автотрансформатора подключен к входу генератора, выход которого через датчик амплитудного тока подсоединен ко входу пьезокерамического излучателя, а измерительное устройство подключено к датчику амплитудного тока возбуждения излучателя.