SU1364900A1 - Способ определени параметров ультразвуковой волны в среде - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технической физике, в частности к способам неразрушающего контрол  образцов ультразвуковыми методами, и может быть использовано при измерении параметров жидких и твердых сред. Целью изобретени   вл етс  расширение функциональньк возможностей за счет определени  групповой скорости и дисперсионного параметра волны в среде. В предложенном способе прозву- чивание исследуемого образца среды осуществл ют ультразвуковыми колебани ми , содержащими составл ющие двух частот. При изменении разностной частоты измер ют фазу сигнала, пропорционального огибающей прин того сигнала на разностной частоте, по которой определ ют не только дисперсионный параметр D, но и групповую скорость V. При этом изменение фазы огибающей с увеличением рассто ни  от источника происходит гораздо быстрее , чем позвол ет исследовать образцы сравнительно малых размеров и повышает точность определени  параметров при наличии сильного затухани . 1 ил. (О ел

Description

Изобретение относитс  к техни-

ческой физике, в частности к способам неразрушающего контрол  образцо ультразвуковыми методами, и может быть использовано при измерении параметров жидких и твердых сред.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей за счет определени  групповой скорости и дисперсионного параметра волны в среде.

На чертеже приведена структурна  схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит генератор 1 сигнала несущей частоты, подключенный к сигнальному входу балансного модул тора 2. К управл ющему входу балансного модул тора 2 подключен перестраиваемый по частоте генерато 3 модулирующего сигнала, йагход баласного модул тора,2 через усилитель мощности соединен с электроакустическим преобразователем 5. Электроаку стический преобразователь 5 находитс  в акустическом контакте с исследемым участком среды или образцом б На рассто нии L от преобразовател  5 размещен электроакустический пре- образователь 7, также наход щийс  в акустическом контакте с участком среды (ипи образцом 6). Выход преобразовател  7 через предварительный усилитель 8 соединен с квадратичным детектором 9, выход которого через усилитель 10 низкой частоты подключен к сигнальному входу фазового детектора I1. Вход опорного сигнала фазового детектора 11 соединен с вы ходом генератора 3 чере з удвоитель 12 частоты. На выходе фазового детектора 11 включен регистратор 13.

Способ определени  параметров ультразвуковой волны в среде реализ етс  следующим образом.

Ввод т в среду ультразвуковые колебани , содержащие составл ющие дв частот. Дл  этого формируют с помощью генератора 1 высокочастотный не прерывный синусоидальный сигнал на частоте СО . Одновременно формируют с помощью генератора 3 низкочастотный непрерывный синусоидальный сигнал на частоте Q,/2. Затем форми- руют с помощью балансного модул тора 2 двухчастотиый сигнал, содержащий две спектральные составл ющие на частотах

JL. 2

и СО,

Л,

Преобразуют усиленный усилителем 4 двухчастотный сигнал в ультразвуковые колебани , содержащие составл ющие двух частот, с помощью электроакустического преобразовател  5.

Принимают в фиксированной точке пространства прошедшие через среду (образец 6) колебани  и преобразуют их в электрический сигнал с помощью электроакустического преобразовател  7. Сигнал на выходе электроакустического преобразовател  7 имеет вид:

P(L,t) A,-cos(co,t - K,L +

+ Ч, ) + A,cos(cOit - +tf)

где А

4

А. L К ,, Кг, -

амплитуды спектральных составл ющих компонент сигнала;

рассто ние между электроакустическими преобразовател ми 5 и 7 длина исследуемого участка среды или образца 6); волновые числа ультразвуковых волн в среде на частотах соответст- венно Q, и со ; Cf, , CfJ начальные фазы спектральных компонент. Вьщел ют сигнал, пропорциональный интенсивности прин того сигнала с помощью удвоител  8 и квадратичного детектора 9:

В (Lit) А + А + 2 А,А,- г X ,t V,(L) ,,

, - разностна  частота; У|(Ь) - фаза сигнала, пропорционального интенсивности прин того сигнала.

Измер ют на разностной частоте Q, фазу 9 (L) сигнала, пропорционального интенсивности прин того сигнала. Дл  этого усиливают сигнал разностной частоты с выхода квадратичного детектора 9 с помощью усилител  10. Одновременно формируют опорный сигнал разностной частоты О, с помощью удвоител  12 частоты. Измер ют на разностной частоте С, фазу сигнала на выходе усилител  10 с помощью фазового детектора 11:

) (к - к, )L,.

S.,

При Q, « со волновое число К К (со J

можно разложить в р д около точки СО,; 5 измеренные значени  фазы на

соответствующих частотах Q; . В частном случае, когда N 2,

К. К, +

dK dco

. (7, + ° 57 +... формулы дл  вычислени  групповой ско2 dco

рости и дисперсионного параметра D 10 принимают вид:

Тогда фаза огибающей выразитс  через параметры

do и -;- и D

1

dK d W/dK следующим образом:

с, (Q,) ь(1 С7, +1 Da;),

Полученное значение фазы (, (Q,) регистрируют с помощью регистратора 13.

Затем измен ют разность частот 5 составл .ющих ультразвуковых колебаний и дл  каждого значени  разностной частоты 97; (i 2, 3N) указанные действи  повтор ют. После этого дисперсионные параметры D и U опреде- 30 л ют по формулам

L

S ( S 5 Sz S4

о о о bjo,- Ь

п - i SiS,-S.S т

Ь bj Ь 5 5

- рассто ние между электроакустическими преобразовател ми 5 и 7;

1

N ZI ,

м

N

S,

S

N У

рости и дисперсионного параметра D 10 принимают вид:

1

г, Сг, г

и (O,-n,)L I Q,

D

V,

(0,-QjL I Q,

a,

2

,

0

5 30

35

40

45

Способ позвол ет определить групповую скорость и дисперсионный параметр волны в среде, исследовать образцы малых размеров и повысить точность определени  параметров при наличии сильного затухани .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ определени  параметров ультразвуковой волны в среде, заключающийс  в том, что в среду ввод т ультразвуковые колебани , содержащие со- ставл гацие двух частот, принимают прошедшие через среду колебани , по которым определ ют искомый параметр, отличающий с  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей за счет определени  групповой скорости и дисперсионного параметра, измен ют разность частот составл ющих ультразвуковых колебаний , принимают прошедшие колебани  в фиксированной точке среды, измер ют фазу сигнала, пропорционального интенсивности прин того сигнала дл  каждого значени  разностной частоты, по которой определ ют искомые параметры .

   r