SU1458801A1 - Способ измерени частотной зависимости коэффициента затухани ультразвуковых волн - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к ультразвуковой измерительной технике и может быть использовано в различных област х науки и техники при исследовании физических свойств, контроле качества твердых тел, в частности монокристаллов, особенно в тех случа х , когда исследуемые физические свойства или качество твердого тела определ ютс  по частотной зависимости коэффициента затухани  ультразву ка, измен ющейс  при различных внешних воздействи х. Целью изобретени   вл етс  сокращение времени определени  частотной зависимости коэффициента затухани . Согласно способу измерени  частотной зависимости коэффициента затухани  ультразвуковых волн между ультразвуковым широкополосным преобразователем и исследуемым образцом устанавливают буферный стержень заданной длины. Излучают в исследуемый образец ультразвуковые импульсы. При этом осуществл ют пеп . риодическое изменение частоты заполнени  в пределах каждого импульса возбуждени  ультразвукового широкополосного преобразовател  в диапазоне частот, включающем полосу пропускани  этого преобразовател . Принимают два эхо-импульса, отраженные от противоположной ультразвуковому преобразователю поверхности исследуемого образца, и измер ют частотную зависимость коэффициента затухани  ультразвуковых волн в полосе частот по мгновенной амплитуде разностного сигнала двух эхо-импульсов. 2 ил. ш (Л С ел ОС 00

Description

Изобретение относитс  к ультразвуковой измерительной технике и может быть использовано в различных област х науки и техники при исследовании физических свойств, а также контроле качества твердых тел, в частности монокристаллов, особенно в тех случа х , когда исследуемые физические свойства или качество твердого тела, определ ютс  по частотной зависимо-

сти коэффициента затухани  ультразвука , измен ющейс  при различных внешних воздействи х.

Цель изобретени  - сокращение времени определени  частотной зависимости коэффициента затухани .

На фиг. 1 изображены временные диаграммы напр жений на ультразвуковом преобразователе; на фиг. 2 - структурна  схема одного из устройств.

31A

реализующих способ измерени  частотной зависимости коэффициента затухани  ультразвуковых волн.

Устройство дл  измерени  частотной зависимости коэффициента затухани  ультразвуковых волн содержит ультразвуковой .широкополосный преобразователь 1, усилитель 2, амплитудный детектор 3, логарифмический усилитель 4, линию 5 задержки, дифференциальный усилитель 6, двухка- нальный осциллограф 7, генератор 8 -: импульсов сравнени , синхронизатор 9, блок 10 модулирующего напр жени , частотный модул тор 11, генератор 12 импульсов, буфе1 нь й стержень 13 и исследуемый образец 14. Ультразвуковой широкополосный преобразователь

Iсоединен с выходом генератора 12 импульсов и входом усилител  2. Выход усилител  2 подключен к входу амплитудного детектора 3, выход которого , в свою очередь, соединен с входом логарифмического усилител  4, выход логарифмического усилител  4 подключен к входу линии 5 задержки

и первому входу дифференциального усилител  6. Второй вход дифференциального усилител  6 соединен с выходом линии 5 задержки, выход ренциального усилител  6 подключен к входу первого канала двухканально- го осциллографа 7, вход второго канала двухканального осциллографа 7 соединен с выходом генератора 8 импульсов сравнени , вход генератора 8 импульсов сравнени  подключен к первом выходу с.инхронизатора 9, второй выход синхронизатора 9 соединен с третьим входом двухканального осциллот- графа 7, третий выход синхронизатора 9 подключен к входу блока 10 модулирующего напр жени , вькод которого соединен с входом частотного модул тора 11. Выход частотного модул тора

I1подключен к первому входу генератора 12 импульсов, второй вход генератора 12 импульсов соединен с четвертым выходом синхронизатора 9. Ультразвуковой широкополосный преобразователь 1 акустически соединен

с буферным стержнем 13, который акустически соединен с исследуемым образцом 14.

Способ измерени  частотной зависимости коэффициента затухани  ультразвуковых волн осуществл ют следующим образом.

Между ультразвуковым широкополосным преобразователем 1 и исследуемым образцом 14 устанавливают буферный стержень 13, длину которого определ ют из услови 

5

0

0

где

5

0

Ч

Vj H sV

длины буферного стержн  и исследуемого образца соответственно; скорости ультразвуковых волн в буферном стержне и исследуемом образце соответственно.

В исследуемый образец 14 излучают ультразвуковые импульсы с помощью ультразвукового широкополосного преобразовател  1. Длительность электрического импульса, которым возбуждаетс  ультразвуковой широкополосный преобразователь 1, не должна превы-о шать удвоенное врем  прохождени  5 ультразвука через исследуемый образец 14 дл  получени  разделенных во времени эхо-импульсов. Условие дл  длины буферного стержн  I3 должно выполн тьс  дл  того, чтобы отделить во времени два эхо-импульса, отраженных от противоположной ультразвуковому широкополосному преобразователю 1 поверхности исследуемого образца 14, от эхо-импульсов, отраженных в буферном стержне 13 от границы буферный стержень 13 - исследуемьш образец 14. Необходимость, использовани  буферного стержн  13 вызвана больши- ми потер ми энергии ультразвуковой волны при отражении от ультразвукового широкополосного преобразовател  I, которые учесть практически невозможно . Эти потери слагаютс  из потерь на преобразование механической энергии в электрическую и потерь в переходном слое. Периодическое изменение частоты заполнени  в пределах каждого электрического импульса возбуждени  ультразвукового широкополосного преобразовател  1, вырабатываемого генератором 12 импульсов, осуществл ют в диапазоне частот, включающем полосу пропускани  ультразвукового широкополосного преобразовател  1. Изменение частоты заполнени  электрических импульсов в необходимом диапазоне частот, вырабатываемых генератором 12 импульсов, осуществл етс  частотным модул тором 11

5

0

5

при подаче на него соответствующего модулирующего напр жени , например, пинейно измен ющегос  с блока 10 модулирующего напр жени . Высокочастотный электрический радиоимпульс (фиг. 1а), вырабатьгааемый генератором 12 импульсов, используетс  дл  возбуждени  ультразвукового щирокопо- лосного преобразовател  1, в пределах которого осуществл ют изменение частоты заполнени  в диапазоне частот , включающем полосу пропускани  ультразвукового широкополосного преобразовател  1. Ультразвуковые импульсы , излученные ультразвуковым широкополосным преобразователем 1, .проход  через буферный стержень 13 в исследуемый образец 14, распростран ютс  в нем,многократно отража сь от его противоположных плоско-параллельных поверхностей. При отражении от границы буферный стержень - исследуемый образец ультразвуковой

звуковому широкополосному преобразователю 1 поверхности исследуемого образца 14 (импульса, прошедшего через исследуемый образец 14 два раза), импульса, прошедшего через линию 5 задержки, совмещена во времени с прологарифмированной огибающей второго эхо-импульса, отраженного от противо- 10 положной ультразвуковому широкополосному преобразователю 1 поверхности,и исследуемого образца 14 (и «пульса, .прошедшего через исследуемый образец 14 четыре раза (фиг. 1в). 15 В дифференциальном усилителе 6

из прологарифмированной огибающей задержанного на удвоенное врем  прохожт дени  ультразвука через исследуемый образец 14 первого эхо-импульса, от- 20 раженного от противоположной ультразвуковому широкополосному преобразователю 1 поверхности исследуемого образца 14 (прошедшего через исследуемый образец 14 два раза), вычитает30

40

шпульс частично проходит в буферньй 25 с  прологарифмированна  огибающа  стержень 13 и, пройд  через него, второго эхо-импульса, отраженного попадает на ультразвуковой широко- от противоположной ультразвуковому полосный преобразователь 1, с помощью широкополосному преобразователю 1 по которого принимают отраженные эхо-импульсы . Прин тые эхо-импульсы усиливаютс  в усилителе 2 до необходимой величины. Выдел ют огибающие прин тых усиленных эхо-импульсов с помощью амплитудного детектора 3. Коэффициент затухани  ультразвуковых волн определ ют по амплитудным значени м двух эхо-импульсов, отраженных от противоположной ультразвуковому широкополосному преобразователю 1 поверхности исследуемого образца 14, включа  их логарифмирование в логарифмическом усилителе 4 и определение разности логарифмов амплитуд

эхо-импульсов с помощью дифференци- .-

ального усилител  6. На выходе лога- в двухканального осциллографа 7. Дп 

ального ycHJiwicjiцо ок глт„птиогп чначени  коэ

рифмического усилител  4 получают прологарифмированные огибающие прин тых эхо-импульсов (фиг. 1 б).

Claims (1)

1. Дл  определени  разности логарифмов амплитуд эхо -импульсов предвари- gg тельно прологарифмированна  огибающа  эхо-импульса, прошедшего через исследуемый образец два раза, совмещаетс  во времени с огибающей эхо-импульса , прошедшего через исследуемый образец четыре раза, с помощью линии 5 задержки. Прологарифмированна  огибающа  первого эхо-импульса, отраженного от противоположной ультраверхности исследуемого образца 14 (прошедшего через исследуемый образец 14 четыре раза). На выходе дифференциального усилител  6 образуетс  разностный сигнал (фиг. 1г), по мгновенной амплитуде которого измер ют частотную зависимость коэффици- ента затухани  ультразвуковых волн в полосе частот. Разностный сигнал, представл ющий собой непрерывную в полосе пропускани  ультразвукового широкополосного преобразовател  1 характеристику частотной зависимости коэффициента затухани  ультразвуковых волн в исследуемом образце 14, можно визуально наблюдать на экране двухканального осциллографа 7. Дл  измерени  абсолютного значени  коэффициента затухани  используетс  импульс сравнени , вырабатываемый гене ратором 8 импульса сравнени . Синхро низатор 9 обеспечивает согласованный между собой запуск генератора 12 импульсов , генератора развертки двухка нального осциллографа 7, генератора 8 импульсов сравнени  и блока 10 модулирующего напр жени . Формула изобретени 

   Способ измерени  частотной зависимости коэффициента затухани  ульт

   звуковому широкополосному преобразователю 1 поверхности исследуемого образца 14 (импульса, прошедшего через исследуемый образец 14 два раза), импульса, прошедшего через линию 5 задержки, совмещена во времени с прологарифмированной огибающей второго эхо-импульса, отраженного от противо- 10 положной ультразвуковому широкополосному преобразователю 1 поверхности,и исследуемого образца 14 (и «пульса, .прошедшего через исследуемый образец 14 четыре раза (фиг. 1в). 15 В дифференциальном усилителе 6

   из прологарифмированной огибающей задержанного на удвоенное врем  прохожт дени  ультразвука через исследуемый образец 14 первого эхо-импульса, от- 20 раженного от противоположной ультразвуковому широкополосному преобразователю 1 поверхности исследуемого образца 14 (прошедшего через исследуемый образец 14 два раза), вычитает25 с  прологарифмированна  огибающа  второго эхо-импульса, отраженного от противоположной ультразвуковому ю широкополосному преобразователю 1 по х 0

   0

   5 с  прологарифмированна  огибающа  второго эхо-импульса, отраженного от противоположной ультразвуковому широкополосному преобразователю 1 по

   .-

   в двухканального осциллографа 7. Дп 

   цо ок глт„птиогп чначени  коэ

   gg

   верхности исследуемого образца 14 (прошедшего через исследуемый образец 14 четыре раза). На выходе дифференциального усилител  6 образуетс  разностный сигнал (фиг. 1г), по мгновенной амплитуде которого измер ют частотную зависимость коэффици- ента затухани  ультразвуковых волн в полосе частот. Разностный сигнал, представл ющий собой непрерывную в полосе пропускани  ультразвукового широкополосного преобразовател  1 характеристику частотной зависимости коэффициента затухани  ультразвуковых волн в исследуемом образце 14, можно визуально наблюдать на экране двухканального осциллографа 7. Дл  измерени  абсолютного значени  коэффициента затухани  используетс  импульс сравнени , вырабатываемый генератором 8 импульса сравнени . Синхронизатор 9 обеспечивает согласованный между собой запуск генератора 12 импульсов , генератора развертки двухканального осциллографа 7, генератора 8 импульсов сравнени  и блока 10 модулирующего напр жени . Формула изобретени 

   Способ измерени  частотной зависимости коэффициента затухани  ульт«%г .г