SU1100559A1

SU1100559A1 - Ultrasonic device for measuring substance physical parameters

Info

Publication number: SU1100559A1
Application number: SU823526107A
Authority: SU
Inventors: Станисловас Йонович Саяускас; Люция Винцентовна Юозонене
Original assignee: Каунасский Политехнический Институт Им.Антанаса Снечкуса
Priority date: 1982-12-21
Filing date: 1982-12-21
Publication date: 1984-06-30

Abstract

УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЕЩЕСТВ, содержащее наклонный с призмой и пр мой пьезопреобраэрватели , твердый звукопровод с двум разновысотными отражающими параллельныки поверхност ми, генератор импульсов , св занный с пьезопреобразовател ми ,подключенные к пр мому пьезо-iпреобразователю последовательно соединенные первые селектор импульсов, усилитель и измеритель отношений напр жений, второй вход которого соединен с вторым выходом селектора импульсов, и второй усилитель, пр мой пьезопреобразователь установлен на поверхности звукопровода, параллельной его отражающим поверх-ност м , а его ось симметрии лежит в плоскости, соедин ющей поверхности и перпендикул рной к ним, отличающеес тем, что с целью расширени функциональных возможностей;оно снабжено последовательно соединенными вторым селектором импульсов, подключенным к пр мому пьезопреооразователю, и вторым измерителем отношени напр жений , второй усилитель включен между вторим выходом второго селектора импульсов и вторым входом второго .измерител отношени напр жений, призма наклонного пьезопреобразова тел выполнена жидкостной и уста-новлена на одной с пр мым пьезопреобразователем поверхности эву КШ1ровода, рассто ние между осью :симметрии пр мого и точкой ввода наклонного пьезопреобразователей выбирают равным сумме рассто ний от пр мого пьезопреобраэовател до отражаюодах поверхностей звукопровода , а длину дальней, отражающей поверхности выбирают равной рассто нию от нее до пр мого :пьезопреобразовател . 2. Устройство по п. 1, отличаю щ е е с тем, что материалы дл выполнени твердого звукопровода и жидкостной призмы и угол ее HatoioHa выбирают из условий СП плотности материалов где сд жидкостной призмы и твердого звукопровода со соответственно С, ,С - скорости распростра1 2 Нени продольных волн в материале жидкостной призмы и поперечных волн в материале твердого звукопровода соответственно; at - угол наклона жидкостной призмы.ULTRASONIC DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL PARAMETERS OF SUBSTANCES comprising oblique prism and a straight pezopreobraervateli, solid turbo with two raznovysotnyh reflective parallelnyki surfaces pulse generator coupled to the piezoelectric transducer in E connected to the forward piezo ipreobrazovatelyu serially connected first pulse selector amplifier and a voltage ratio meter, the second input of which is connected to the second output of the pulse selector, and the second amplifier, direct piezoelectric transducer The applicant is installed on the duct surface parallel to its reflecting surfaces, and its axis of symmetry lies in the plane connecting the surface and perpendicular to them, characterized in that in order to extend the functionality, it is equipped with series-connected pulse selector connected to a direct piezoelectric transmitter, and a second voltage ratio meter, a second amplifier is connected between the second output of the second pulse selector and the second input of the second meter with respect to and stresses prism oblique pezopreobrazova bodies formed liquid, and a mouth-Credited one with direct piezoelectric transducer surface Eva KSh1rovoda, the distance between the axis: symmetry forward and the introduction point of the oblique piezoelectric transducers is selected equal to the sum of distances from the forward pezopreobraeovatel to otrazhayuodah acoustic conductor surfaces and the length of the far, reflecting surface is chosen equal to the distance from it to the direct one: a piezo transducer. 2. The device according to claim 1, characterized in that the materials for making a solid sound guide and a liquid prism and its angle HatoioHa are chosen from the conditions of the density of the material density where 2 Disappearance of longitudinal waves in the material of the liquid prism and transverse waves in the material of a solid sound duct, respectively; at is the angle of inclination of the liquid prism.

Description

Изобретение относитс к средства неразрушающего контрол к может быт использовано дл измерени физических параметров жидких и гелеобразных веществ. Известно ультразвуковое устройст дл измерени физических параметров веществ, например, биологических тканей, содержащее угломер, состо щий из подвижной части и неподвижной , выполненной в виде трапецеидальной призмы, два пьезопреобразов тел ,.,устано вленных один на наклонной поверхности призмы, другой на ее поверхности, противоположной рабочей, так, что их точки ввода совпадают, и микрометрическое устройство перемещени подвижной части угломера С13Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достига мому результату вл етс ультразвуковое устрсй1ство дл измерени физических параметров веществ, соде жащее наклонный с прнзмой и пр мой пьезопреобразователи, твердый звукопровод с двум разновысотными отражаюидами параллельными поверхност ми, генератор импульсов, св занный с пьезопреобразовател ми, подключен ные к пр мому пьезопреобразователю последовательно соединенные первые селектор импульсов, усилитель и измеритель отношени напр жений, второй вход которого соединен с вторым выходом селектора импульсов, и последовательно наклонного пьезопреобразовател , и регистратор, пр мой пьезопреобразователь установ лен на поверхности звукопровода, параллельной его отражающим поверхност м , а его ось симметрии лежит в плоскости, соедин ющей отражшощие поверхности и перпендикул рной к ним, при этом призма наклонного пье зопреобразовател выполнена твердой и соединена со звукопроводом, а ее рабоча поверхность совпадает с раб чей поверхностью звукопровода .23. Недостатком известных устройств вл ютс их низкие функциональные возможности из-за невозможности проведени измерений при односторон нем доступе к исследуемому веществу Цель изобретени - расширение функциональных возможностей устройства . Поставленна цель достигаетс тем, что ультразвуковое устройств дл измерени физических параметров веществ, содержащее наклонный с призмой и пр мой пьезопреобразователи , твердый звукопровод с двум разновысотными отражающими параллельными поверхност ми, генератор импульсов, св занный с пьезопреобразовател ми , подключенные к пр мому пьезопреобразозателю последова тельно соединенные первые селектор импульсов, усилитель и измеритель отношени напр жений, второй вход которого соединен с вторым выходом селектора иг ульсов, и второй усилитель, пр мой пьезопреобразователь установлен на поверхности звукопровода, параллельной его отражающим поверхност м, а его ось симметрии лежит,в плоскости, соедин ющей отражающие поверхности и перпендикул рной к ним, снабжено последовательно соединенными вторым селектором импульсов, подключенным к пр мому пьезопреобразователю , и вторим измерителем отнсхиени напр жений, второй усилитель включен между вторым выходом второго селектора импульсов и вторым входом второго измерител отношени Напр жений, призма наклонного пьезопреобразовател выполнена жидкостной и установлена на одной с пр мым пьезопреобразователем поверхности звукощ овода, рассто ние между осью симметрии пр мого и точкой ввода наклонного пьезопреобразователей выбирают равным сумме рассто ний от пр мого пьезопреобраэовател до отражающих поверхностей звукопроаода, а длину дальней отражак цей поверхности выбирают равней рассто нию от нее до пр мого пьезопреобразовател . Материалы дл выполнени твердого звукопровода и жидкостной призкы и угол ее наклона выбирают из условий f- о - iVz ; et «rcsin плостности материалов где Я, призма и твердого звукопровода соответственно; скорости распространени продольных волн в материале жидкостной призмы и поперечных волн в материале твердого звукопровода соответственно} угол наклона жидкостной призмы, На чертеже представлена схема устройства. Устройство содержит наклонный пьезопреобразователь 1 с жидкостной призмой 2, пр мой пьезопреобразователь 3, твердый звукопровод 4, имеющий две разновысотные отражающиеThe invention relates to a non-destructive testing device k, which can be used to measure the physical parameters of liquid and gel-like substances. An ultrasonic device for measuring the physical parameters of substances, for example, biological tissues, containing a protractor consisting of a moving part and a fixed, made in the form of a trapezoidal prism, two piezo-transforms of bodies, one installed on the inclined surface of the prism, the other on its surface, opposite to the working, so that their entry points coincide, and the micrometric device for moving the moving part of the protractor C13 is the closest to the invention in its technical essence and the achieved result in Ultrasonic device for measuring physical parameters of substances, inclined with prism and direct piezo transducers, solid core with two different-height reflectors parallel surfaces, pulse generator connected with piezo transducers connected to a direct piezo transducer connected to a direct piezo transducer connected to a direct piezo transducer , amplifier and voltage ratio meter, the second input of which is connected to the second output of the pulse selector, and successively inclined piezo the transducer, and the recorder, the direct piezotransducer is installed on the surface of the acoustic duct parallel to its reflecting surfaces, and its axis of symmetry lies in the plane connecting the reflective surfaces and perpendicular to them, while the prism of the inclined piezo transducer is solid and connected to the acoustic conductor and its working surface coincides with the working surface of the acoustic duct .23. A disadvantage of the known devices is their low functionality due to the impossibility of carrying out measurements with one-way access to the test substance. The purpose of the invention is to expand the functionality of the device. The goal is achieved by the fact that an ultrasonic device for measuring the physical parameters of substances, containing an inclined prism and direct piezo transducer, a solid duct with two different-height reflective parallel surfaces, a pulse generator connected to piezo transducers connected to a direct piezo transducer are connected in series the first pulse selector, amplifier and voltage ratio meter, the second input of which is connected to the second output of the pulse selector, and second a booster amplifier, a direct piezotransducer is installed on the surface of a sump duct parallel to its reflecting surfaces, and its axis of symmetry lies in the plane connecting the reflecting surfaces and perpendicular to them, equipped with series-connected second pulse selector connected to a straight piezoelectric transducer, and a second strain gauge, the second amplifier is connected between the second output of the second pulse selector and the second input of the second voltage ratio meter, an inclined prism The piezotransducer is made liquid and is installed on one of the gadget sound surfaces on the direct piezotransducer, the distance between the direct axis of symmetry and the insertion point of the tilted piezotransducer is equal to the sum of the distances from the direct piezoobrazovatel to the reflecting surfaces of the sound guide, and the length of the long reflectors of the surface is chosen. from it to a direct piezoelectric transducer. The materials for making a solid sound duct and a liquid zakzy and its angle of inclination are chosen from the conditions f - o - iVz; et “rcsin of the material density where I, the prism and the solid sound guide, respectively; the velocity of propagation of longitudinal waves in the material of the liquid prism and transverse waves in the material of a solid sound duct, respectively} the angle of inclination of the liquid prism. The drawing shows a diagram of the device. The device contains an inclined piezoelectric transducer 1 with a liquid prism 2, a direct piezoelectric transducer 3, a solid supersonic conduit 4, having two different-height reflecting

поверхности, параллельные его поверхнести , на которой размещены пьезопреобразователи , генератор 5 импульсов , соединенный с пьезопреобразоватеп ми , соединенные последовательно первый селектор б импульсов, вход 5 которого соединен с пр мым преобразователем , первый усилитель 7 и первый измеритель 8 отношени напр жений , второй вход которого соединен с вторым выходом первого селектора Ю импульсов, и соединенные последовательно второй селектор 9 импульсов , вход которого соединен с пр мдм преобразователем, второй усилитель 10 и второй измеритель 11 от- 15 ношени напр жений, второй вход которого соединен с вторым выходом второго селектора импульсов, причем ось симметрии пр мого пьезопреобразовател лежит в плоскости, соеди- 20 н кицей отражающие поверхности и перпендикул рной к ним, рассто ние между осью симметрии пр мого и точкой ввода наклонного пьезопреобразователей выбирают равным сум- 25 ме рассто ний d - от пр мого пьезопреобразовател до ближайшей отражающей поверхности и с - от пр мого пьезопреобразовател до дальней отражающей поверхности, а длину последней №1бирают равной 30 рассто нию Й2 от нее до пр мого пьезопреобразовател . Позици ми 12-15 обозначены направлени распространени ультразвуковых волн в звукопроводе, а позицией 16 - ис- 35 следуемое вещество.surfaces parallel to its surface, on which piezotransducers are placed, a pulse generator 5 connected to piezo converters, a first selector b of pulses connected in series, input 5 of which is connected to a direct converter, the first amplifier 7 and the first meter 8 of the ratio of voltages, the second input of which connected to the second output of the first selector U of pulses, and connected in series the second selector 9 of pulses, the input of which is connected to the forward-to-second converter, the second amplifier 10 and the second The voltage measuring device 11, the second input of which is connected to the second output of the second pulse selector, the axis of symmetry of the direct piezoelectric transducer lies in a plane, connecting the reflecting surfaces and perpendicular to them, the distance between the axis of symmetry of the direct transducer and the insertion point of an oblique piezo transducer is chosen equal to the sum of 25 distances d from the direct piezo transducer to the nearest reflecting surface and from the direct piezo transducer to the far reflecting surface, and the length of the last one take a distance equal to 30 J2 from it to a direct piezoelectric transducer. Positions 12-15 designate the directions of the propagation of ultrasonic waves in the duct, and the position 16 indicates the substance under study.

Материалы дл выполнени твердого звукопровода и жидкостной приз мл и угол ее наклона выбирают из условий (1).40The materials for the solid sound guide and the liquid prize ml and its angle of inclination are chosen from the conditions (1) .40

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Генератор 5 импульсов возбуждает одновременно пьезопреобразовате- .с 1ли 1 и 3. Пьезопреобразователь 3 излучает в твердый звукопровод 4 импульсы продольных ультразвуковых, волн 12 и 13. Отраженные от ближай- шей отражакнцей поверхности звукопро- CQ вода, граничащей с воздухом, и от дальней отражающей поверхности, граничащей с исследуемым веществом, ультразвуковые импульсы принимаютс пьезопреобразователем 3 и подаютс „ на вход первого селектора б импульсов , на первом выходе которого выдел етс импульс, создаваекый продольными волнами 12, а на втором - продольными волнами 13, и далее эти .сигналы: первый непосредственно, О второй - после усилени первым усилителем 7 подаютс соответственно на знаменательный и числительный входы измерител 8 отношени . напр жений. При этом коэффициент уси-65A pulse generator 5 simultaneously excites piezo-transducers 1 or 1 and 3. Piezo transducer 3 emits 4 longitudinal ultrasonic pulses, waves 12 and 13, into a solid sound conduit. Reflected from the nearest reflecting surface of the sound-CQ water bordering the air and from the far reflecting surface the surface adjacent to the test substance, ultrasonic pulses are received by a piezoelectric transducer 3 and are fed to the input of the first selector b of pulses, at the first output of which a pulse is emitted, creating longitudinal waves 12, and and the second, by longitudinal waves 13, and then these signals: the first one directly, About the second, after amplification by the first amplifier 7, are respectively supplied to the significant and numeral inputs of the ratio meter 8. stress At the same time the coefficient of usi-65

лени первого усилител 8 выбирают таким образом, чтобы при отсутствии исследуемого в.ещества 16 амплитуды импульсов, подаваемых на входы первого измерител 8 отношени напр жений были равны. Тогда показание первого измерител 8.отн-ошени напр жений при акустическом контакте звукопровода 4 с исследуемым веществом 16 равно коэффициенту отражени продольных ультразвуковых волн от границы между звукопроводом и исследуемлм веществом.The first amplifier 8 is selected in such a way that, in the absence of the investigated substance 16, the amplitudes of the pulses supplied to the inputs of the first meter 8 are voltage ratios equal. Then, the reading of the first measuring instrument of the 8.of-voltage at the acoustic contact of the sound guide 4 with the test substance 16 is equal to the reflection coefficient of the longitudinal ultrasonic waves from the boundary between the sound guide and the test substance.

Пьезопреобразователь 1 излучает импульсы продольных ультразвуковых волн в жидкостную призму 2 с углом oL наклона, которые при переходе в звукопровод 4 трансформируютс в поперечные ультразвуковые волны 14 и 15. Если материалы дл выполнени звукопровода 4 и призмы 2 и угол cf. наклона последней выбраны из условий (1), то импульсы поперечных волн 14 и 15 распростран ютс под углом 45 к отражающим поверхност м. Так как рассто ние между осью симметрии пр мого преобразовател 3 и точкой ввода наклонного преобразовател 1Piezo transducer 1 emits pulses of longitudinal ultrasonic waves into a liquid prism 2 with an inclination angle oL, which, when going into a conduit 4, transforms into transverse ultrasonic waves 14 and 15. If the materials for performing the conductor 4 and prism 2 and the angle cf. the slope of the latter is selected from conditions (1), the pulses of the transverse waves 14 and 15 propagate at an angle of 45 to the reflecting surfaces. Since the distance between the axis of symmetry of the forward transducer 3 and the input point of the inclined converter 1

1one

dg, а длина дальней отdg and the farthest from

равноequally

пр мого пьезопреобразовател отражающей поверхности равна dg о импульсы поперечных волн 14 отражаютс от ближайшей к пр мому преобразователю отражающей поверхности, а импульсы поперечных волн 15 от дальней. Прин тые импульсы подаютс на вход второго селектора 9 импульсов и далее на блоки 10 и 11 так же, как и на блоки 7 и 8 соответственно . При этом в случае выбег коэффициента усилени второго усилител 10 из тех же условий, что и первого усилител 7, показание второго измерител 11 отношени напр жений в рабочем положении равно коэффициенту отражени поперечных ультразвуковых волн от границы между звукопроводом и исследуемым веществом.the direct piezoelectric transducer of the reflecting surface is equal to dg o the pulses of the transverse waves 14 are reflected from the closest to the direct transducer of the reflecting surface, and the pulses of the transverse waves 15 from the far. The received pulses are fed to the input of the second selector 9 pulses and then to blocks 10 and 11 as well as to blocks 7 and 8, respectively. In this case, in the case of overrun of the gain factor of the second amplifier 10 of the same conditions as the first amplifier 7, the reading of the second meter 11 of the ratio of stresses in the working position is equal to the reflection coefficient of transverse ultrasonic waves from the boundary between the acoustic duct and the substance under study.

По найденным значени м коэффициентов отражени можно определить скорость С распространени продольных ультразвуковых волн в ис;еледуемом веществе, его плотность р и коэффициент адиабатической сжимаемости следуищих формул:Using the found values of the reflection coefficients, it is possible to determine the speed C of propagation of longitudinal ultrasonic waves in the substance under study, its density p and the adiabatic compressibility coefficient of the following formulas:

-cf , 2 } -cf, 2}

2d-cfM42 2 2 L- е С. , CT скорости распростi . т 2 ранени ультразв ко ковых соотввтсггвенно продольных и попереч ных волн в материале звукопроЁОда; плотность материгла эвукопровода VT - коэффициенты отражени соответственно продольных и поперечных волн от границы звукопровод. - исследуемое вещество. Таким образом, и спользЪвание предлагаекюго устройства позвол ет осуществл ть измерение физических параметров вещества при одностороннем к нему доступе.2d-cfM42 2 2 L- e C., CT speeds spread. m 2 ultrasound wounds according to longitudinal and transverse waves in the sound-conducting material; the density of the material of the evukopipe VT - the reflection coefficients of longitudinal and transverse waves, respectively, from the boundary of the acoustic duct. - the test substance. Thus, using the proposed device allows measurement of the physical parameters of a substance with one-way access to it.

Claims

ULTRASONIC DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL PARAMETERS OF SUBSTANCES, comprising an inclined with a prism and a direct piezoelectric transducer, a solid sound duct with two different-height reflecting parallel surfaces, a pulse generator connected to the piezoelectric transducers, connected to a direct piezoelectric transducer, the pulse converter is connected in series, the pulse converter is connected in series, the pulse converter is connected , the second input of which is connected to the second output of the pulse selector, and the second amplifier, direct piezoelectric transducer the spruce is mounted on the surface of the sound duct parallel to its reflective surfaces, and its axis of symmetry lies in the plane connecting the surface and perpendicular to them, characterized in that, in order to expand the functionality, it is equipped with a second pulse selector connected in series to a direct piezoelectric transducer and a second voltage ratio meter, a second amplifier is connected between the second output of the second pulse selector and the second input of the second voltage ratio meter, The prism of the inclined piezoelectric transducer is made of liquid and is installed on the same surface as the direct piezoelectric transducer of the evukb wire. ·; Piezoelectric transducer.

2. The device pop. 1, characterized in that the materials for performing a solid sound duct and liquid prism and its angle of inclination are selected from

I conditions where? 2. ~ the density of materials of a liquid prism and a solid sound duct, respectively,

S., C _T - propagation velocity ”2 of the longitudinal wave in the material of the liquid prism and transverse waves in the material of the solid sound duct, respectively;

at is the angle of inclination of the liquid prism.

SU .1100559