SU1668937A2

SU1668937A2 - Method of measuring ultrasound attenuation parameters

Info

Publication number: SU1668937A2
Application number: SU894651383A
Authority: SU
Inventors: Михаил Иванович Сластен; Владимир Афанасьевич Третьяков; Александр Иванович Недбай; Валерий Владимирович Игнатюк
Original assignee: Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова; Ленинградский государственный университет
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1989-02-15
Publication date: 1991-08-07

Abstract

Изобретение относитс к ультразвуковым измерени м и вл етс усовершенствованием изобретени по авт. св. N 1295320. Целью изобретени вл етс повышение точности измерени за счет расширени частотного диапазона. Способ измерени частотной зависимости коэффициента затухани ультразвуковых волн заключаетс в следующем. В исследуемый образец излучают ультразвуковые импульсы с помощью резонансного преобразовател , измен ют периодически частоту заполнени в пределах каждого импульса в диапазоне частот, включающем основную резонансную частоту преобразовател и ее нечетные гармоники, и принимают отраженные эхо-импульсы, по параметрам которых определ ют коэффициент затухани ультразвуковых волн на резонансных частотах ультразвукового преобразовател . По значени м коэффициента затухани на соответствующих резонансных частотах преобразовател определ ют частотную зависимость коэффициента затухани ультразвуковых волн в исследуемом образце. Периодическое изменение частоты заполнени в пределах каждого импульса осуществл ют в полосе пропускани ультразвукового преобразовател на каждой его резонансной частоте по линейному закону, а между полосами пропускани ультразвукового преобразовател на различных его резонансных частотах - скачками от верхней граничной частоты полосы пропускани ультразвукового преобразовател на каждой его предыдущей резонансной частоте до нижней граничной частоты полосы пропускани ультразвукового преобразовател на его последующей резонансной частоте. 2 ил.The invention relates to ultrasound measurements and is an improvement of the invention according to the author. St. N 1295320. The aim of the invention is to improve the measurement accuracy by expanding the frequency range. A method for measuring the frequency dependence of the attenuation coefficient of ultrasonic waves is as follows. Ultrasonic pulses are emitted into the sample under study using a resonant transducer, the filling frequency is periodically changed within each pulse in the frequency range that includes the main resonant frequency of the transducer and its odd harmonics, and receive reflected echo pulses, the parameters of which determine the attenuation coefficient of ultrasonic waves at the resonant frequencies of the ultrasonic transducer. From the values of the attenuation coefficient at the corresponding resonant frequencies of the transducer, the frequency dependence of the extinction coefficient of the ultrasonic waves in the sample under study is determined. Periodically changing the filling frequency within each pulse is carried out in the passband of the ultrasonic transducer at each resonant frequency according to a linear law, and between the passbands of the ultrasonic transducer at its different resonant frequencies - jumps from the upper limiting frequency of the passband of the ultrasonic transducer at each of its previous resonance frequency to the lower limit frequency of the ultrasonic transducer band on its subsequent resonance nsnoy frequency. 2 Il.

Description

программный формирователь 12 импупь- сов, частотный модул тор 13 причем резонансный ультразвуковой преобразователь 1 соединен с выходом генератора 2 импульсов и входом усилител 3, выход усилител 3 подключен к входу амплитудного детектора 4, выход которого соединен с входом логарифмического усилител 5 а выход логарифмического усилител 5 подключен к входу линии б задержки и первому входу дифференциального усилител 7, выход линии 6 задержки соединен с вторым входом дифференциального усилител 7,выход которого подключен к входу формировател 8 огибающей, выход формировател 8 бгибающей соединен с входом первого канала V двухканального осциллографа 9, а к входу второю канала V двухканальною осциллографа 9 подключен выход генератора 10 импульсов сравнени , вход которого соединен с первым выходом синхронизатора 11, второй,третий и четвертый выходы синхронизатора 11 соответственно соединены с третьим входом (входом X) двухканального осциллографа 9. первым входом генератора 2 импульсов и входом программного формировател 12 импульсов,выход которого подключен к входу частотного модул тора 13, соединенного своим выходом с вторым входом генератора 2 импульсов резонансный ультразвуковой преобразователь 1 имеет акустический контакт с исследуемым образцом 14.software driver 12 imps, frequency modulator 13 wherein the resonant ultrasonic transducer 1 is connected to the output of the pulse generator 2 and the input of amplifier 3, the output of amplifier 3 is connected to the input of the amplitude detector 4, the output of which is connected to the input of the logarithmic amplifier 5 and the output of the logarithmic amplifier 5 connected to the input line b delay and the first input of the differential amplifier 7, the output of the delay line 6 is connected to the second input of the differential amplifier 7, the output of which is connected to the input of the form the envelope body 8, the output of the bending device 8 is connected to the input of the first channel V of the two-channel oscilloscope 9, and the output of the generator 10 of the comparison pulses, the input of which is connected to the first output of the synchronizer 11, the second, third and fourth synchronizer outputs are connected to the input of the second channel V of the two-channel oscilloscope 9 11, respectively, are connected to the third input (input X) of a two-channel oscilloscope 9. The first input of the generator 2 pulses and the input of a software driver 12 pulses, the output of which is connected to the input frequency The modulator 13, connected by its output to the second input of the pulse generator 2, has a resonant ultrasonic transducer 1 having an acoustic contact with the sample under study 14.

В исследуемый образец 14 излучают ультразвуковые импульсы с помощью резонансного ультразвукового преобразовател 1. Возбуждение резонансного ультразвукового преобразовател 1 осуществл етс периодически повтор ющимс электрическим радиоимпульсом, вырабатываемым генератором 2 импульсов. В пределах каждого импульса, вырабатываемого генератором 2 импульсов, частоту заполнени периодически измен ют в диапазоне частот, включающем основную резонансную частоту резонансного ультразвукового преобразовател 1 и ее нечетные гармоники.Ultrasonic pulses are emitted into sample 14 by means of a resonant ultrasonic transducer 1. The resonant ultrasonic transducer 1 is excited by a periodically repetitive electric radio pulse generated by a pulse generator 2. Within each pulse produced by the pulse generator 2, the filling frequency is periodically changed in the frequency range including the main resonant frequency of the resonant ultrasonic transducer 1 and its odd harmonics.

Периодическое изменение частоты заполнени в пределах каждого импульса осущестсл ют в полосе пропускани резонансного ультразвукового преобразовател 1 на каждой его резонансной частоте по линейному закону, а между полосами пропускани резонансного ультразвукового преобразовател 1 на различных его резонансных частотэх - скачками от верхней граничной частоты полосы пропускани резонансного ультразвукового преобразовател 1 ча к ждой его предыдущей резонансной частоте до нижней граничной частоты полосы пропускани резонансного ультразвукового преобразовател 1 на его последующей резонансной частоте,Periodic change of the filling frequency within each pulse is carried out in the passband of the resonant ultrasonic transducer 1 at each resonant frequency according to a linear law, and between the passbands of the resonant ultrasonic transducer 1 at its different resonant frequencies, jumps from the upper boundary frequency of the passband of the resonant ultrasonic transducer 1 part of each of its previous resonant frequency to the lower limit frequency of the resonant passband ultrasonic transducer 1 at its subsequent resonant frequency,

Длительность каждого импульса гимпThe duration of each pulse gimp

(фиг.1), вырабатываемого генератором 2 импульсов, не должна превышать удвоенное врем прохождени ультразвуковой волны через исследуемый образец 14. В(Fig. 1) produced by the pulse generator 2 should not exceed twice the time of passage of the ultrasonic wave through the test sample 14. In

пределах гимп в зависимости от времени t частота заполнени измен етс следующим образом: от нул до tif по линейному закону со скоростью /ДОп в полосе пропускани резонансного ультразвуковогоthe limits of the pitch versus time t vary the filling frequency as follows: from zero to tif linearly with speed / Dop in the passband of the resonant ultrasonic

преобразовател 1 на его основной резонансной частоте f0 от до fcm В момент времени ti частота заполнени f от верхней граничной частоты полосы пропускани резонансного ультразвуковогоtransducer 1 at its main resonant frequency f0 from to fcm At the time ti, the filling frequency f from the upper limit frequency of the resonant ultrasonic passband

преобразовател 1 на его основной резонансной частоте foe измен етс скачком до нижней граничной частоты полосы пропускани резонансного ультразвукового преобразовател 1 на его последующей резонансной частоте f3H (третьей нечетной гармонике f3 3fo). В течение времени от ti до taf измен етс также по линейному закону со скоростью Удоп в полосе пропускани резонансного ультразвукового преобразовател 1 на его третьей нечетной гармонике f3 3f0 от f3H до f3e и т.д.The transducer 1 at its main resonant frequency foe is abruptly changed to the lower limit frequency of the passband of the resonant ultrasonic transducer 1 at its subsequent resonant frequency f3H (third odd harmonic f3 3fo). Over time, from ti to taf, the linear law also changes with the speed Udop in the passband of the resonant ultrasonic transducer 1 at its third odd harmonic f3 3f0 from f3H to f3e, etc.

В пределах каждого импульса, вырабатываемого генератором 2 импульсов, частота заполнени f периодически измен етс в диапазоне частот Fi-Fa, включающем основную резонансную частоту резонансного ультразвукового преобразовател 1 и N ее нечетных гармоник. Изменение частоты заполнени электрическихWithin each pulse produced by the pulse generator 2, the filling frequency f is periodically changed in the frequency range Fi-Fa, including the main resonant frequency of the resonant ultrasonic transducer 1 and N of its odd harmonics. Change the frequency of filling electric

импульсов, вырабатываемых генератором 2 импульсов дл возбуждени резонансного ультразвукового преобразовател в необходимом диапазоне частот по указанному закону, осуществл етс частотнымpulses produced by the pulse generator 2 to excite the resonant ultrasonic transducer in the required frequency range according to the specified law, is carried out by frequency

модул тором 13 при подаче на него соответствующего линейно-ступенчатого модулирующего напр жени с программного формировател 12 импульсов.the modulator 13 when applying the corresponding linear-step modulating voltage to it from the software driver 12 pulses.

При возбуждении резонансного ультразвукового преобразовател 1 импульсов, в котором частота заполнени измен етс по зависимости, представленной на фиг. 1, резонансный ультразвуковой преобразователь 1 излучает в исследуемый образецUpon excitation of a resonant ultrasonic transducer 1 pulse, in which the filling frequency varies according to the dependence shown in FIG. 1, the resonant ultrasonic transducer 1 emits into the sample under study

14 составной импульс ультразвуковых колебаний. Этот импульс состоит из N подымпульсов, в каждом из которых частота измен етс во времени по линейному закону в полосе частот на соответствующей14 composite pulse ultrasonic vibrations. This pulse consists of N subpulses, in each of which the frequency varies in time according to a linear law in the frequency band on the corresponding

резонансной частоте резонансного ультразвукового преобразовател 1. Составной импульс ультразвуковых колебаний распростран етс в исследуемом образце 14, многократно отража сь от его плоскопараллельных противоположных граней. Отраженные от противоположной резонансному ультразвуковому преобразователю 1 грани исследуемого образца 14 эхо-импульсы принимаютс резонансным ультразвуковым преобразователем 1, который после излучени импульса ультразвуковых колебаний работает в режиме приема.the resonant frequency of the resonant ultrasonic transducer 1. The composite impulse of ultrasonic oscillations propagates in the test sample 14, being repeatedly reflected from its plane-parallel opposite faces. Reflected from the opposite 1 resonant ultrasonic transducer face of the sample 14, the echo pulses are received by a resonant ultrasonic transducer 1, which, after emitting a pulse of ultrasonic vibrations, operates in the receive mode.

По параметрам прин тых отраженных эхо-импульсов определ ют коэффициет затухани ультразвуковых волн на резонансных частотах резонансного ультразвукового преобразовател 1 следующим образом. Прин тые составные эхо-импульсы усиливаютс в усилителе 3 до необходимой величины, с помощью амплитудного детектора 4 выдел ютс огибающие прин тых усиленных эхо-импульсов и в логарифмирующем усилителе 5 огибающие прин тых составных эхо-импульсов логарифмируютс . Затем необходимо определить разность логарифмов амплитуд двух каких-либо эхо-импульсов из прин той серии отражений.The parameters of the received reflected echo pulses determine the attenuation coefficient of the ultrasonic waves at the resonant frequencies of the resonant ultrasonic transducer 1 as follows. The received composite echo pulses are amplified in the amplifier 3 to the required value, using the amplitude detector 4, the envelopes of the received amplified echo pulses are extracted and in the logarithm amplifier 5 the envelopes of the received composite echo pulses are logarithmized. Then it is necessary to determine the logarithm difference of the amplitudes of two any echo pulses from the received series of reflections.

Например, если определ ть коэффициент затухани ультразвуковых волн на резонансных частотах резонансного ультразвукового преобразовател 1 по первому и второму эхо-импульсам (прошедшим через исследуемый образец 14 два и четыре раза соответственно), так как первый и второй составные эхо-импульсы сдвинуты во времени один относительно другого, то дл их совмещени осуществл етс задержка серии прологарифмированных огибающих прин тых составных эхо-импульсов на соответствующее врем (в данном случае на удвоенное врем прохождени ультразвуковой волны через исследуемый образец 14) с помощью линии 6 задержки, а коэффициент затухани можно определить, вычита из прологарифмированной огибающей первого составного эхо-импульса задержанной серии отражений прологарифмированную огибающую второго составного эхо-импульса исходной незадержанной серии отражений, Вычитание этих эхо-импульсов осуществл етс в дифференциальном усилителе 7.For example, if the attenuation coefficient of the ultrasonic waves at the resonant frequencies of the resonant ultrasonic transducer 1 is determined by the first and second echo pulses (having passed through the test sample 14 two and four times, respectively), since the first and second composite echo pulses are shifted in time one relative the other, then to combine them, a series of prologized envelopes of received composite echo pulses is delayed for an appropriate time (in this case, twice the time of 14) using the delay line 6, and the attenuation coefficient can be determined by subtracting the prologue envelope of the second composite echo pulse of the original non-sustained series of reflections from the prologized envelope of the first composite echo pulse of the delayed reflection series, subtracting these echo pulses in a differential amplifier 7.

Максимальное значение огибающей каждого подымпульса составного разностного сигнала на выходе дифференциального усилител 7 характеризует величину коэффициента затухани ультразвуковых волн на соответствующей резонансной частоте резонансного ультразвукового преобразовател 1. По значени м коэффициентаThe maximum envelope value of each sub-pulse of the composite differential signal at the output of the differential amplifier 7 characterizes the magnitude of the attenuation coefficient of ultrasonic waves at the corresponding resonant frequency of the resonant ultrasonic transducer 1. By the values of

лагухани на соответствующих резонансны/ , частотах резонансного ультразвукового преобразовател 1 определ ют частотную зависимость коэффициента затухани ультразвуковых волн п исследуемом образце 14.laguels at the corresponding resonant /, frequencies of the resonant ultrasonic transducer 1 determine the frequency dependence of the attenuation coefficient of the ultrasonic waves n of the sample under study 14.

Характеристикой частотной зависимости коэффициента затухани ультразвуковых волн в исследуемом образце 14Characteristic of the frequency dependence of the attenuation coefficient of ultrasonic waves in the sample under study 14

вл етс крива , соедин юща максимумы огибающей каждого подымпульса в разностном составном сигнале, котора вырабатываетс в формирователе 8 огибающей и которую можно визуально наблюдать на экране двухканального осциллографа 9.На вход второго канала двухкан льного осциллографа 9 подаетс калиброванный им- пульс сравнени с генератора 10 импульсов сравнени дл отсчета коэффициента затухани ультразвука. Синхронизатор 11 обеспечивает согласованный между собой запуск генератора 2 импульсов , генератора развертки двухканального осциллографа 9, генератора 10 импульсовis the curve connecting the maxima of the envelope of each subpulse in the difference composite signal, which is produced in the envelope generator 8 and which can be visually observed on the screen of a two-channel oscilloscope 9. A pulse of 10 pulses is sent to the input of the second channel of the two-channel oscilloscope 9 comparisons for the ultrasound attenuation coefficient. The synchronizer 11 provides a consistent start of a generator of 2 pulses, a scan generator of a two-channel oscilloscope 9, a generator of 10 pulses

сравнени и программного формировател 12 импульсов. Программный формирователь 12 импульсов вырабатывает линейно- ступенчатое модулирующее напр жение по заданной программе в соответствии с конкретными услови ми измерени частотной зависимости в исследуемом образце 14 - необходимой точности измерени частотной зависимости коэффициента затухани ультразвуковых волн и дипазона частот, исход из длины исследуемого образца 14, скорости распространени ультразвуковой волны в нем и параметров (основной резонансной частоты и ширины полосы пропускани ) выбранного дл измеренийComparison and software driver 12 pulses. Software driver 12 pulses generates a linear-step modulating voltage according to a predetermined program in accordance with the specific conditions for measuring the frequency dependence in the sample 14 - the necessary accuracy of measuring the frequency dependence of the attenuation coefficient of ultrasonic waves and a range of frequencies, based on the length of the sample 14, the propagation speed ultrasonic wave in it and the parameters (fundamental resonant frequency and bandwidth) selected for measurement

резонансного ультразвукового преобразовател 1.resonant ultrasound transducer 1.

Линейно-ступенчатое модулирующее напр жение подаетс на частотный модул тор 13, с помощью которого периодическиLinear-step modulating voltage is applied to the frequency modulator 13, through which periodically

измен ют частоту заполнени в пределах каждого импульса, возбуждающего резонансный ультразвуковой преобразователь 1, в необходимом диапазоне частот по заданной программе. Частотный модул торchange the frequency of filling within each pulse, exciting the resonant ultrasonic transducer 1, in the required frequency range according to a given program. Frequency modulator

13 при подаче на него модулирующего напр жени с программного формировател 12 импульсов непосредственно измен ет частоту генератора 2 импульсов.13, when a modulating voltage is applied to it from the program generator 12 pulses directly changes the frequency of the generator 2 pulses.

Claims

Invention Formula

The method of measuring the attenuation parameters of ultrasound by ed.St. No. 1295320, characterized in that. that, in order to improve measurement accuracy by expanding the frequency range, the periodic

a change in the frequency of filling within each pulse is carried out in bands

f

the transmission of the resonant frequency and odd harmonics according to a linear law.