RU2661060C1 - Device for the ultrasound pulses parameters measuring - Google Patents
Device for the ultrasound pulses parameters measuring Download PDFInfo
- Publication number
- RU2661060C1 RU2661060C1 RU2017121545A RU2017121545A RU2661060C1 RU 2661060 C1 RU2661060 C1 RU 2661060C1 RU 2017121545 A RU2017121545 A RU 2017121545A RU 2017121545 A RU2017121545 A RU 2017121545A RU 2661060 C1 RU2661060 C1 RU 2661060C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- synchronizer
- pulses
- ram
- Prior art date
Links
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 title abstract description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 9
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/07—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/11—Analysing solids by measuring attenuation of acoustic waves
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения скорости распространения и коэффициента затухания ультразвуковых волн при исследовании физико-механических характеристик материалов.The invention relates to non-destructive testing and can be used to measure the propagation velocity and attenuation coefficient of ultrasonic waves in the study of physical and mechanical characteristics of materials.
Известно устройство для измерения скорости распространения ультразвуковых волн (а.с. СССР №1587346).A device for measuring the propagation velocity of ultrasonic waves (AS USSR No. 1587346) is known.
Устройство содержит последовательно соединенные синхронизатор, генератор периодической последовательности зондирующих импульсов, излучатель, приемник, усилитель, первый формирователь импульсов, логический элемент «И», блок измерения времени, последовательно соединенные временной селектор, узкополосный фильтр и второй формирователь импульсов, выход которого подключен ко второму входу логического элемента «И», и третий формирователь импульсов. Вход временного селектора соединен с выходом усилителя, а вход третьего формирователя импульсов подключен к выходу синхронизатора, а выход ко второму входу блока измерения времени.The device contains a serially connected synchronizer, a generator of a periodic sequence of probing pulses, an emitter, a receiver, an amplifier, a first pulse shaper, an AND logic element, a time measuring unit, a time selector connected in series, a narrow-band filter, and a second pulse shaper whose output is connected to the second input logical element "And", and the third pulse shaper. The input of the temporary selector is connected to the output of the amplifier, and the input of the third pulse shaper is connected to the output of the synchronizer, and the output to the second input of the time measuring unit.
Устройство позволяет производить измерение времени распространения на заданной частоте, при этом на результате измерений не сказывается изменение формы переднего фронта импульса, вызванное частотно-зависимым затуханием сигнала.The device allows measurement of the propagation time at a given frequency, while the measurement result is not affected by a change in the shape of the leading edge of the pulse caused by frequency-dependent signal attenuation.
Известно также устройство для измерения коэффициента затухания ультразвуковых волн (а.с. СССР №1753398, прототип).Also known is a device for measuring the attenuation coefficient of ultrasonic waves (AS USSR No. 1753398, prototype).
Устройство содержит последовательно соединенные синхронизатор, генератор периодической последовательности зондирующих импульсов, излучающий электроакустический преобразователь, приемный электроакустический преобразователь, усилитель, подключенный к его выходу временной селектор, управляющий вход которого подключен к синхронизатору, полосовой фильтр с полосой пропускания меньшей удвоенной частоты следования зондирующих импульсов и настроенный на одну из гармоник принятого сигнала и регистратор.The device contains a serially connected synchronizer, a generator of a periodic sequence of probe pulses, a radiating electro-acoustic transducer, a receiving electro-acoustic transducer, an amplifier, a time selector connected to its output, the control input of which is connected to the synchronizer, a band-pass filter with a passband of less than double the probing pulse repetition rate and tuned to one of the harmonics of the received signal and the recorder.
С помощью устройств можно измерять время распространения и амплитуду ультразвукового сигнала, после чего возможно определить скорость распространения ультразвуковой волны и коэффициент затухания.Using the devices, it is possible to measure the propagation time and amplitude of the ultrasonic signal, after which it is possible to determine the propagation velocity of the ultrasonic wave and the attenuation coefficient.
Недостатком данных устройств является сложность выделения нужной гармоники из последовательности импульсов. Действительно, частота следования импульсов ограничена, так как при двойном преобразовании электрических колебаний в упругие и при прохождении упругих колебаний через контролируемый материал длительность импульсов существенно возрастает, поэтому при большой частоте следования зондирующих импульсов возможно наложение предыдущего импульса на последующий. Так, при проведении измерений в диапазоне частот 0,02-0,2 МГц тактовая частота, как правило, не превышает 30-40 Гц. Для выделения одной гармоники из такой последовательности импульсов необходим фильтр с большой добротностью (Q≥105). В противном случае, на выделяемую гармонику будут накладываться помехи в виде соседних гармоник, что может привести к увеличению погрешности измерения. На практике, при такой частоте следования импульсов нужную гармонику можно выделить лишь с помощью электромеханического фильтра, например, с применением кварцевого резонатора. Так как подстройка рабочей частоты такого фильтра возможна лишь в узком диапазоне, проведение измерений с помощью представленных устройств возможно лишь на дискретном наборе частот.The disadvantage of these devices is the difficulty of selecting the desired harmonic from the pulse train. Indeed, the pulse repetition rate is limited, since during the double conversion of electric vibrations into elastic ones and when elastic vibrations pass through the controlled material, the pulse duration increases significantly, therefore, at a high pulse repetition rate, the previous pulse can be superimposed on the next. So, when taking measurements in the frequency range 0.02-0.2 MHz, the clock frequency, as a rule, does not exceed 30-40 Hz. To extract one harmonic from such a sequence of pulses, a filter with a high quality factor (Q≥10 5 ) is needed. Otherwise, noise will be superimposed on the harmonic generated in the form of neighboring harmonics, which can lead to an increase in the measurement error. In practice, at such a pulse repetition rate, the desired harmonic can only be distinguished using an electromechanical filter, for example, using a quartz resonator. Since the adjustment of the operating frequency of such a filter is possible only in a narrow range, measurements using the presented devices are possible only on a discrete set of frequencies.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение диапазона частот, при которых возможно проведение измерения времени распространения и амплитуды ультразвукового импульса, а также уменьшение погрешности измерения.The objective of the invention is to increase the frequency range at which it is possible to measure the propagation time and amplitude of the ultrasonic pulse, as well as reducing the measurement error.
Технический результат заключается в возможности применения для выделения нужной гармоники узкополосного фильтра, перестраиваемого в широком диапазоне частот, и в увеличении отношения «сигнал-помеха».The technical result consists in the possibility of using a narrow-band filter tunable in a wide range of frequencies to highlight the desired harmonic, and in increasing the signal-to-noise ratio.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения параметров ультразвуковых импульсов, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, излучатель, приемник, усилитель, временной селектор, узкополосный фильтр, выход которого соединен с регистратором амплитуды, снабжено вторым синхронизатором, выход которого подключен к входу первого синхронизатора, выполненного в виде делителя частоты, первым формирователем импульсов, вход которого подключен к выходу первого синхронизатора, а выход к входу временного селектора, вторым формирователем импульсов, вход которого подключен к выходу второго синхронизатора, последовательно соединенными системами аналого-цифрового преобразователя (АЦП), оперативно-запоминающего устройства (ОЗУ), цифроаналогового преобразователя (ЦАП), при этом выход временного селектора подключен к входу системы АЦП, вход разрешения записи ОЗУ соединен с выходом первого формирователя импульсов, вход разрешения воспроизведения ОЗУ с выходом второго формирователя импульсов, а выход системы ЦАП - с входом узкополосного фильтра.The technical result is achieved in that the device for measuring the parameters of ultrasonic pulses, containing a serially connected synchronizer, a probe pulse generator, a radiator, a receiver, an amplifier, a time selector, a narrow-band filter, the output of which is connected to an amplitude recorder, is equipped with a second synchronizer, the output of which is connected to the input the first synchronizer, made in the form of a frequency divider, the first pulse shaper, the input of which is connected to the output of the first synchronizer, the output to the input of the temporary selector, the second pulse shaper, the input of which is connected to the output of the second synchronizer, serially connected by systems of an analog-to-digital converter (ADC), random access memory (RAM), digital-to-analog converter (DAC), while the output of the temporary selector is connected to the ADC system input, the RAM write enable input is connected to the output of the first pulse shaper, the RAM enable input to the output of the second pulse shaper, and the DAC system output is from to by running a narrow-band filter.
Устройство может быть снабжено третьим формирователем импульсов, логическим элементом «И» и измерителем времени, при этом выход логического элемента «И» соединен с входом измерителя времени, запускаемого со второго выхода первого синхронизатора, первый вход логического элемента «И» соединен с выходом первого формирователя импульсов, второй вход с выходом третьего формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра.The device can be equipped with a third pulse shaper, an AND logic element and a time meter, while the output of an AND logic element is connected to the input of a time meter launched from the second output of the first synchronizer, the first input of the AND gate is connected to the output of the first shaper pulses, the second input with the output of the third pulse shaper, the input of which is connected to the output of the narrow-band filter.
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства по п. 1.In FIG. 1 shows a block diagram of a device according to
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Синхронизатор 10 вырабатывает тактовые импульсы с частотой следования F, которые поступают на вход синхронизатора 1, выполненного в виде делителя частоты. С выхода делителя частоты 1 сигнал поступает на вход генератора зондирующих импульсов 2, с выхода которого в виде последовательности зондирующих импульсов частотой следования F/n поступают на излучатель 3 и формирователь импульсов 9 (n-коэффициент деления делителя частоты 1). С помощью излучателя 3 электрический сигнал преобразуется в упругие колебания и вводится в контролируемый материал. Упругие колебания, прошедшие через контролируемый материал, принимаются приемником 4, где вновь преобразуются в электрические колебания, усиливаются усилителем 5 и поступают на вход временного селектора 6, который с помощью первого формирователя импульсов 9 формирует последовательность импульсов, например, состоящих из первых полупериодов принятого сигнала. Полученная последовательность импульсов поступает в систему АЦП 12, после чего заносится в память ОЗУ 13, причем импульс разрешения записи подается с выхода первого формирователя импульсов 9. Вызов записанной в ОЗУ 13 информации происходит подачей на вход разрешения воспроизведения ОЗУ импульсов с выхода второго формирователя импульсов 11, который запускается непосредственно синхронизатором 10 и формирует импульсы, совпадающие по длительности с импульсами формирователя 9. С выхода ОЗУ сигнал с помощью системы ЦАП 14 вновь преобразуется в аналоговую форму и в виде последовательности импульсов частотой следования F подается на вход узкополосного фильтра 7 с полосой пропускания, меньшей удвоенной частоты следования импульсов F, и настроенного на частоту k F (k - номер гармоники). С выхода фильтра 7 сигнал в виде синусоиды частотой k F подается на регистратор 8, где происходит измерение его амплитуды.The
Так как сигнал записывается в память с частотой следования зондирующих импульсов, а считывается из памяти и поступает на узкополосный фильтр в виде периодической последовательности с частотой в n раз большей, расстояние между соседними гармониками, составляющими спектр периодической последовательности импульсов, увеличивается, что облегчает выделение нужной гармоники по сравнению с устройством прототипа. При этом возрастает отношение «сигнал-помеха», и для выделения нужной гармоники можно использовать узкополосный фильтр с регулируемой в широком диапазоне частотой.Since the signal is recorded in memory with a probe pulse repetition rate, and is read from the memory and fed to a narrow-band filter in the form of a periodic sequence with a frequency n times greater, the distance between adjacent harmonics that make up the spectrum of the periodic pulse sequence increases, which facilitates the selection of the desired harmonic compared to the prototype device. At the same time, the signal-to-noise ratio increases, and a narrow-band filter with a frequency that is adjustable over a wide range can be used to select the desired harmonic.
С помощью предлагаемого устройства можно измерять коэффициент затухания ультразвуковой волны в материалах с большим частотно-зависимым затуханием ультразвука в широком диапазоне частот, а также повысить точность измерения.Using the proposed device, it is possible to measure the attenuation coefficient of an ultrasonic wave in materials with a large frequency-dependent attenuation of ultrasound in a wide frequency range, as well as to increase the measurement accuracy.
На фиг. 2 представлена структурная схема устройства по п. 2.In FIG. 2 shows a structural diagram of a device according to
Устройство по п. 2 работает следующим образом.The device according to p. 2 works as follows.
Синхронизатор 10 вырабатывает тактовые импульсы с частотой следования F, которые поступают на вход синхронизатора, выполненного в виде делителя частоты 1. С выхода делителя частоты 1 сигнал поступает на вход генератора зондирующих импульсов 2, с выхода которого в виде последовательности зондирующих импульсов частотой следования F/n поступают на излучатель 3 и формирователь импульсов 9 (n - коэффициент деления делителя частоты 1). С помощью излучателя 3 электрический сигнал преобразуется в упругие колебания и вводится в контролируемый материал. Упругие колебания, прошедшие через контролируемый материал, принимаются приемником 4, где вновь преобразуются в электрические колебания, усиливаются усилителем 5 и поступают на вход временного селектора 6, который управляется формирователем импульсов 9 и формирует последовательность импульсов, состоящих, например, из первых полупериодов принятого сигнала. Причем временная задержка между началом работы временного селектора (положением переднего фронта импульса с формирователя 9) и временем прихода сигнала не должна превышать длительность первого вступления принятого сигнала. Полученная последовательность импульсов поступает в систему АЦП 12, после чего заносится в память ОЗУ 13, причем импульс разрешения записи подается с выхода первого формирователя импульсов 9. Вызов записанной в ОЗУ информации происходит подачей на вход разрешения воспроизведения ОЗУ 13 импульсов с выхода второго формирователя импульсов 11, который запускается непосредственно синхронизатором 10 и формирует импульсы, совпадающие по длительности с импульсами формирователя 9, при этом передний фронт одного из импульсов второго формирователя 11 совмещается с передним фронтом импульса первого формирователя 9. С выхода ОЗУ сигнал с помощью системы ЦАП 14 вновь преобразуется в аналоговую форму и в виде последовательности импульсов частотой следования F подается на вход узкополосного фильтра 7 с полосой пропускания, меньшей удвоенной частоты следования импульсов F, и настроенного на частоту k F (k - номер гармоники). С выхода фильтра сигнал в виде синусоиды частотой k F подается на регистратор 8, где происходит измерение его амплитуды, и на третий формирователь импульсов 15, в котором формируется последовательность прямоугольных импульсов той же частоты со скважностью 0,5. С выхода формирователя 15 сигнал поступает на первый вход логического элемента «И» 16, на второй вход которого подается последовательность импульсов с первого формирователя импульсов 9. В момент совпадения импульсов на входах логического элемента «И» 16, на его выходе формируется импульс СТОП, который подается на второй вход блока измерения времени 17, при этом полярность последовательности прямоугольных импульсов с формирователя 15 выбирается так, чтобы момент формирования импульса СТОП совпадал с моментом прихода сигнала.The
Устройство позволяет производить изменение времени распространения ультразвукового импульса на заданной частоте. Как и в устройстве по п. 1, облегчается выделение нужной гармоники, что позволяет использовать узкополосный фильтр с регулируемой в широком диапазоне частотой. При этом также возрастает отношение «сигнал-помеха».The device allows you to change the propagation time of the ultrasonic pulse at a given frequency. As in the device according to
С помощью предлагаемого устройства можно измерять скорость распространения ультразвуковой волны в материалах с большим частотно-зависимым затуханием ультразвука в широком диапазоне частот, а также повысить точность измерения.Using the proposed device, it is possible to measure the propagation velocity of an ultrasonic wave in materials with a large frequency-dependent attenuation of ultrasound in a wide frequency range, as well as to improve the measurement accuracy.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017121545A RU2661060C1 (en) | 2017-06-19 | 2017-06-19 | Device for the ultrasound pulses parameters measuring |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017121545A RU2661060C1 (en) | 2017-06-19 | 2017-06-19 | Device for the ultrasound pulses parameters measuring |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2661060C1 true RU2661060C1 (en) | 2018-07-11 |
Family
ID=62916876
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017121545A RU2661060C1 (en) | 2017-06-19 | 2017-06-19 | Device for the ultrasound pulses parameters measuring |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2661060C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU478242A1 (en) * | 1973-05-11 | 1975-07-25 | Каунасский Политехнический Институт | Digital Speed Meter and Ultrasound Absorption Rate |
SU901894A1 (en) * | 1980-03-18 | 1982-01-30 | Организация П/Я А-3106 | Device for measuring ultrasound attenuation rate and coefficient |
SU1260837A1 (en) * | 1984-09-28 | 1986-09-30 | Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им.А.Н.Севченко | Device for measuring propagation velocity and damping factor of ultrasound in medium |
SU1753398A1 (en) * | 1990-01-08 | 1992-08-07 | Конструкторское Бюро Машиностроения Научно-Производственного Объединения "Искра" | Device for measurement of ultrasonic wave attenuation constant |
JP2006242852A (en) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Tohoku Univ | Ultrasonic wave velocity/damping coefficient measuring instrument and measuring method |
EP2589342A1 (en) * | 2010-06-30 | 2013-05-08 | FUJIFILM Corporation | Ultrasound diagnosis device and ultrasound diagnosis method |
-
2017
- 2017-06-19 RU RU2017121545A patent/RU2661060C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU478242A1 (en) * | 1973-05-11 | 1975-07-25 | Каунасский Политехнический Институт | Digital Speed Meter and Ultrasound Absorption Rate |
SU901894A1 (en) * | 1980-03-18 | 1982-01-30 | Организация П/Я А-3106 | Device for measuring ultrasound attenuation rate and coefficient |
SU1260837A1 (en) * | 1984-09-28 | 1986-09-30 | Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им.А.Н.Севченко | Device for measuring propagation velocity and damping factor of ultrasound in medium |
SU1753398A1 (en) * | 1990-01-08 | 1992-08-07 | Конструкторское Бюро Машиностроения Научно-Производственного Объединения "Искра" | Device for measurement of ultrasonic wave attenuation constant |
JP2006242852A (en) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Tohoku Univ | Ultrasonic wave velocity/damping coefficient measuring instrument and measuring method |
EP2589342A1 (en) * | 2010-06-30 | 2013-05-08 | FUJIFILM Corporation | Ultrasound diagnosis device and ultrasound diagnosis method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pederson et al. | Application of time-delay spectrometry for calibration of ultrasonic transducers | |
RU2661060C1 (en) | Device for the ultrasound pulses parameters measuring | |
RU2017122646A (en) | Method for measuring range and radial velocity in a radar with a probing composite pseudo-random chirp pulse | |
Richardson et al. | Sonic depth sounder for laboratory and field use | |
RU2723146C1 (en) | Ultrasonic method for determination of mechanical stresses in rails and device for its implementation | |
SU1753398A1 (en) | Device for measurement of ultrasonic wave attenuation constant | |
Yong-jun et al. | Fractional Fourier transform of ultrasonic chirp signal for range measurement | |
SU1384959A1 (en) | Device for measuring ultrasound velocity | |
SU735989A1 (en) | Device for ultrasonic inspection of materials | |
Wear et al. | Comparison of hydrophone phase response obtained via time delay spectrometry measurement and Hilbert transformation | |
SU794473A2 (en) | Device for acoustic measurements | |
RU2297640C2 (en) | Method of measurement of electric pulse parameters | |
SU425110A1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE RATE OF ABSORPTION OF ULTRASOUND IN SAMPLE MINERALS AND MOUNTAIN BREEDS | |
RU1820230C (en) | Device for measuring speed of propagation of ultrasonic oscillations | |
SU1196754A1 (en) | Arrangement for measuring specimen reflection ratio | |
RU2307384C1 (en) | Device for measuring time intervals | |
SU467294A1 (en) | Device for measuring the phase shift of radio pulses | |
Fitch | New methods for measuring ultrasonic attenuation | |
SU119025A1 (en) | Method for determining frequency and phase characteristics of ultrasound receivers | |
SU1295320A1 (en) | Method of measuring parameters of ultrasound damping | |
Gerasimov et al. | Investigation of the Correlation Method Accuracy for Measuring Time Intervals in Ultrasonic Flowmeters | |
SU1753408A1 (en) | Method for measuring velocity of ultrasonic oscillation propagation | |
SU1504520A1 (en) | Method and apparatus for measuring velocity of ultrasound | |
SU1404927A1 (en) | Device for measuring absorption coefficient of ultrasound | |
SU576537A1 (en) | Meter of ultrasonic attenuation coeeficient in material |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190620 |