SU1727047A1 - Method of determination of nonlinear acoustic parameter of medium - Google Patents
Method of determination of nonlinear acoustic parameter of medium Download PDFInfo
- Publication number
- SU1727047A1 SU1727047A1 SU894769423A SU4769423A SU1727047A1 SU 1727047 A1 SU1727047 A1 SU 1727047A1 SU 894769423 A SU894769423 A SU 894769423A SU 4769423 A SU4769423 A SU 4769423A SU 1727047 A1 SU1727047 A1 SU 1727047A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- medium
- acoustic
- frequency
- emitted
- test
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/024—Mixtures
- G01N2291/02491—Materials with nonlinear acoustic properties
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
жна пройти рассто ние, превышающее длину низкочастотной волны.It is necessary to travel a distance greater than the length of the low-frequency wave.
Еще одним недостатком способа вл етс его сложность, обусловленна необходимостью излучени в исследуемую среду трех акустических волн и приема двух акустических сигналов.Another disadvantage of this method is its complexity, due to the need to emit three acoustic waves into the medium under study and receive two acoustic signals.
Другой способ определени параметра нелинейности основан на измерении уровн второй гармоники, генерируемой в среде при облучении ее плоской акустической волной частоты f. Нелинейный параметр определ ют по соотношению амплитуд давлений на частотах f и 2f.Another way to determine the nonlinearity parameter is based on measuring the level of the second harmonic generated in the medium when it is irradiated with a plane acoustic wave of frequency f. The non-linear parameter is determined by the ratio of the pressure amplitudes at frequencies f and 2f.
Недостатком этого способа вл етс низка точность, св занна с тем, что нар ду с второй гармоникой, генерируемой исследуемой средой и определ емой ее нелинейным параметром, образуетс также паразитна втора гармоника в излучателе и приемнике. В измеренную амплитуду акустического давлени на частоте вход т как полезна , так и паразитна составл юща второй гармоники, что приводит к ошибке в измерени х и, следовательно, к снижению точности. Точность также снижаетс при уменьшении линейных размеров исследуемой среды, поскольку уменьшаетс уровень второй гармоники, генерируемой средой,и увеличиваетс относительный уровень паразитной второй гармоники.The disadvantage of this method is low accuracy due to the fact that, along with the second harmonic generated by the medium under study and determined by its nonlinear parameter, the second harmonic second harmonic is also formed in the emitter and receiver. The measured amplitude of acoustic pressure at a frequency includes both the useful and parasitic components of the second harmonic, which leads to an error in the measurements and, consequently, to a decrease in accuracy. Accuracy also decreases with a decrease in the linear dimensions of the medium under study, since the level of the second harmonic generated by the medium decreases and the relative level of the parasitic second harmonic increases.
Наиболее близким к изобретению вл етс способ, включающий облучение исследуемой среды, сформированной в виде плоскопараллельного сло и помещенного дл акустического согласовани в дополнительную жидкую среду, импульсом нормально падающей плоской акустической волны и измерение уровн второй гармоники в волне, распростран ющейс от исследуемой среды в обратном направлении по отношению к излученной волне. Нелинейный параметр определ ют по соотношению амплитуд акустических давлений на частоте f и 2f.The closest to the invention is a method comprising irradiating a test medium formed in the form of a plane-parallel layer and placed for acoustic matching in an additional fluid medium with a pulse of a normally incident plane acoustic wave and measuring the level of the second harmonic in a wave propagating from the test medium in the opposite direction in relation to the radiated wave. The non-linear parameter is determined by the ratio of the amplitudes of the acoustic pressures at frequencies f and 2f.
Недостатком этого способа вл етс низка точность, обусловленна тем, что несмотр на выполнение условий акустического согласовани исследуемой и дополнительной сред, коэффициент отражени по второй гармонике от плоскопараллельного сло оказываетс хот и малым, но конечным. Вследствие этого ослаблени паразитна втора гармоника, образовавша с в излучателе и дополнительной среде, отража сь от сло вместе с полезным сигналом также попадает на приемник, что приводит к ошибке измерени полезной составл ющей, и. следовательно, к низкойThe disadvantage of this method is low accuracy, due to the fact that, despite the fulfillment of the acoustic matching conditions of the studied and additional media, the second harmonic reflection coefficient from the plane-parallel layer appears to be small but finite. As a result of this attenuation, the parasitic second harmonic formed in the emitter and the additional medium, reflected from the layer along with the useful signal, also falls on the receiver, which leads to a measurement error of the useful component, and. hence to low
точности измерени нелинейного акустического параметра.accuracy of measurement of non-linear acoustic parameter.
Цель изобретени - повышение точности .The purpose of the invention is to improve accuracy.
5Поставленна цель достигаетс тем, что5 The goal is achieved by the fact that
согласно способу определени нелинейного акустического параметра среды, заключающемус в том, что облучают исследуемую среду с параллельными противоположнымиaccording to the method for determining the nonlinear acoustic parameter of the medium, which consists in irradiating the test medium with parallel opposite
0 поверхност ми импульсами нормально падающей плоской акустической волны через промежуточную среду, принимают переизлученные исследуемой средой акустические колебани и определ ют искомый параметр0 by impulses of a normally incident plane acoustic wave through an intermediate medium, receive acoustic oscillations re-emitted by the medium under study and determine the desired parameter
5 с учетом амплитуды излучаемых через промежуточную среду импульсов, в качестве промежуточной среды выбирают твердую среду с акустическим импедансом, большим акустического импеданса исследуемой среды , рассто ние между поверхност ми исс0 ледуемой среды выбирают кратным длине излучаемой волны в этой среде, рассто ние LOT поверхности исследуемой среды до границы промежуточной среды выбирают из услови 5 taking into account the amplitude of the pulses emitted through the intermediate medium, a solid medium with an acoustic impedance greater than the acoustic impedance of the medium being studied is chosen as the intermediate medium, the distance between the surfaces of the medium being studied is a multiple of the radiated wavelength in this medium, the distance LOT of the surface of the medium being studied to the boundary of the intermediate environment is chosen from the condition
5L GT/2(1)5L GT / 2 (1)
где С - скорость звука в промежуточной среде;where C is the speed of sound in the intermediate medium;
Т - длительность импульса, а переизлученные колебани принимают наT is the pulse duration, and the re-emitted oscillations take on
0 частоте, равной половине частоты излучаемого сигнала.0 frequency equal to half the frequency of the emitted signal.
Сущность изобретени заключаетс в создании условий в акустическом резонаторе , при которых возникает порогова The essence of the invention is to create conditions in the acoustic resonator, at which the threshold
5 генераци колебаний на частоте f/2 при возбуждении резонатора на частоте f.5 oscillation generation at frequency f / 2 when the resonator is excited at frequency f.
Дл этого исследуемую среду, сформированную в виде плоскопараллельного сло , помещают в дополнительную твердуюFor this, the test medium, formed in the form of a plane-parallel layer, is placed in an additional solid
0 среду, через которую облучают исследуемую среду нормально падающим на нее импульсом плоской акустической волны. Следует отметить, что принципиально необходимо отсутствие зазора между исследуемойThe medium through which the test medium is irradiated with a pulse of a plane acoustic wave normally incident on it. It should be noted that the absence of a gap between the studied
5 и дополнительной средами. Дл исключени вли ни отражений волны от границ системы (дополнительной среды), и тем самым устранени в ней резонатора с м гкими границами, где субгармоника не возбужда0 етс , длительность Т импульса облучаемой волны выбирают из услови Li,2 % СТ/2, где Li,2 рассто ни от сло до внешних границ дополнительной среды (внутренними границами вл ютс границы дополнитель5 ной среды, прилегающие к плоскопараллельному слою). Импеданс дополнительной среды выбирают больше импеданса исследуемой , при этом плоскопараллельный слой представл ет собой акустический резонатор с жесткими границами. При возбуждении такого резонатора на одной из его четных собственных частот5 and additional environments. To eliminate the influence of wave reflections from the system's borders (additional medium), and thereby eliminate the resonator with soft borders in it, where the subharmonic is not excited, the duration T of the pulse of the irradiated wave is chosen from the condition Li, 2% CT / 2, where Li , 2 are the distances from the layer to the outer boundaries of the additional medium (the inner boundaries are the boundaries of the additional medium adjacent to the plane-parallel layer). The impedance of the additional medium is chosen more than the impedance of the test, while the plane-parallel layer is an acoustic resonator with hard boundaries. When such a resonator is excited at one of its even eigenfrequencies
f f2n Co/d-n(2)f f2n Co / dn (2)
и превышении амплитуды волны накачки критической, так называемой пороговой амплитуды , в спектре его колебаний скачком (резко) по вл етс составл юща на частоте f/2 f2n/2 fn, котора также вл етс собственной частотой резонатора. В спектре падающей на слой волны составл юща на этой частоте вообще отсутствует (в отличие от высших гармоник, обусловленных нелинейностью излучател и дополнительной среды в прототипе).and when the pump amplitude is exceeded, the critical, so-called threshold amplitude, in the spectrum of its oscillations, appears abruptly (abruptly) the component at the frequency f / 2 f2n / 2 fn, which is also the natural frequency of the resonator. In the spectrum of the wave incident on the layer, the component at this frequency is completely absent (unlike the higher harmonics due to the nonlinearity of the radiator and the additional medium in the prototype).
Порогова (минимальна ) амплитуда деформации е0 волны накачки в дополнительной среде, при которой по вл ютс колебани в слое на частоте f/2, определ етс выражениемThe threshold (minimal) amplitude of the deformation of the pump wave e0 in the additional medium, in which oscillations appear in the layer at the frequency f / 2, is determined by the expression
г- /гg- / g
(3)(3)
Со/С SOS
Со - With -
у п22 at p22
-г PC-g PC
где Z -fy- , РО оwhere Z -fy-, RO o
р- плотность промежуточной среды;p is the density of the intermediate medium;
У,/ЭО,СО - параметр нелинейности, плотность и скорость звука исследуемой среды.U, / EO, CO - nonlinearity parameter, density and sound speed of the studied medium.
Поскольку в спектре излучаемого сигнала составл юща на частоте f/2 отсутствует, в дополнительной среде, где реализуетс режим бегущей волны, она также родитьс не может, то ее по вление однозначно говорит , что она по вилась в резонаторе - исследуемой среде - и обусловлена нелинейностью исследуемой среды. Следует отметить, что волна на частоте f/2 может приниматьс приемником по любую сторону от сло .Since the spectrum of the emitted signal is at the frequency f / 2 is absent, in the additional medium where traveling-wave mode is realized, it cannot be born either, its appearance clearly indicates that it appeared in the resonator — the medium being studied — and is caused by nonlinearity the study environment. It should be noted that the wave at the frequency f / 2 can be received by the receiver on either side of the layer.
Из выражени (3) следует формула, позвол юща рассчитать нелинейный акустический параметр: . Со/СFrom the expression (3) follows the formula allowing to calculate the nonlinear acoustic parameter:. SOS
Л П Бо ZLP Bo Z
(4)(four)
Достоинством способа вл етс то, что в нем в отличие от прототипа, в котором необходимы измерени амплитуд на двух частотах f и 2f, проводитс лишь одно измерение на частоте f накачки.The advantage of the method is that, in contrast to the prototype, in which amplitude measurements are necessary at two frequencies f and 2f, only one measurement is made at pump frequency f.
На чертеже изображена блок-схема одного из вариантов устройства, с помощью которого может быть реализован предложенный способ.The drawing shows a block diagram of one of the variants of the device, with which the proposed method can be implemented.
Исследуема среда 1, представл юща собой плоскопараллельную пластину (слой), жестко закреплена в дополнительной твердой среде 2, изготовленной, например, в виде двух одинаковых стержней,The investigated medium 1, which is a plane-parallel plate (layer), is rigidly fixed in an additional solid medium 2, made, for example, in the form of two identical rods,
Дл обеспечени акустических контактов твердой исследуемой и дополнительной сред они должны быть жестко скреплены. Это обеспечиваетс , например, склеивани5 ем или механическим креплением. При исследовании жидких сред исследуемой жидкостью заполн етс пространство между дополнительной средой. При использовании в качестве дополнительной средыTo provide acoustic contacts of solid test and additional media, they must be rigidly bonded. This is provided, for example, by gluing or by mechanical fastening. In the study of liquid media, the test liquid fills the space between the additional medium. When used as an extra medium
10 указанных стержней жидкостью заполн ют зазор между ними.10 of these rods with liquid fill the gap between them.
Дл облучени исследуемой среды 1 предназначен излучатель 3, жестко прикрепленный к торцу одного из стержней 2.For irradiating the test medium 1, an emitter 3 is designed, rigidly attached to the end of one of the rods 2.
15 Частота излучени f выбираетс в соответствии с условием (2). Приемник 4 ультразвуковых волн закреплен на торце того же стержн 2, что и излучатель 3. В других вариантах исполнени приемник и излучатель15 The emission frequency f is selected in accordance with condition (2). The receiver 4 of the ultrasonic waves is fixed at the end of the same rod 2 as the emitter 3. In other embodiments, the receiver and emitter
20 могут быть расположены на торцах разных стержней, т.е. по разные стороны от исследуемой среды.20 can be located at the ends of different rods, i.e. on opposite sides of the test medium.
Излучатель 3 электрически св зан с последовательно соединенными генераторомEmitter 3 is electrically connected to series-connected generator
25 5 и модул тором 6, предназначенным дл формировани ультразвуковых импульсов длительностью Т. Дл устранени вли ни отражений импульса от торцов стержней их общую длину 1 о Ц+1-2 выбирают больше25 5 and a modulator 6 designed to form ultrasonic pulses of duration T. To eliminate the effect of pulse reflections from the ends of the rods, their total length 1 ° C + 1-2 is greater than
30 длины импульса (Lp СТ). Приемник 4 под- . ключей к частотно-селективному измерительному прибору 7.30 pulse length (Lp ST). Receiver 4 sub-. keys to frequency selective measuring instrument 7.
Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.
35 Исследуемую среду 1 в виде плоскопараллельной пластинки жестко закрепл ют между двум стальными стержн ми 2 одинаковой длины. С помощью излучател 3 через стержень 2 облучают исследуемую35 The test medium 1 in the form of a plane-parallel plate is rigidly fixed between two steel rods 2 of the same length. With the help of the emitter 3 through the rod 2 is irradiated investigated
40 среду, сформированную в виде плоскопараллельного сло 1 ультразвуковым импульсом на частоте f длительностью Т. Дл точного выполнени услови (2) в небольших пределах подстраивают частоту излуче45 ни так, чтобы уровень сигнала, принимаемого приемником 4, был минимальным (если приемник и излучатель наход тс по разные .стороны от исследуемой среды, то уровень принимаемого сигнала40, the medium formed in the form of a plane-parallel layer 1 by an ultrasonic pulse at a frequency f of duration T. To accurately fulfill the condition (2), the frequency of the radiation 45 is adjusted in small limits so that the level of the signal received by receiver 4 is minimal (if the receiver and radiator are on different sides from the test medium, the level of the received signal
50 должен быть максимальным). Это свидетельствует о том, что слой исследуемой среды вл етс резонансным, т.е. выполн етс условие (2). Выбор длительности импульса в соответствии с условием (1) позвол ет уст55 ранить вли ние отражений от торцов стержней 2 (границ системы) и тем самым не дать возможности дл реализации во всей системе резонатора с м гкими границами, в котором субгармоника принципиально не возбуждаетс . Затем увеличивают ампли™ду деформации Ко импульса, осуществл прием волны на частоте f/2. Измеренна порогова амплитуда деформации fc 0. Нелинейный параметру определ ют по формуле (4).50 should be the maximum). This indicates that the layer of the medium under study is resonant, i.e. condition (2) is satisfied. The choice of the pulse duration in accordance with condition (1) allows one to establish the influence of reflections from the ends of the rods 2 (system boundaries) and thus prevent the implementation of a resonator with soft boundaries in the whole system, in which the subharmonic is not excited in principle. Then, the amplitude of the Co deformation of the pulse is increased by receiving the wave at the frequency f / 2. The measured threshold strain amplitude fc0. The nonlinear parameter is determined by formula (4).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894769423A SU1727047A1 (en) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | Method of determination of nonlinear acoustic parameter of medium |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894769423A SU1727047A1 (en) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | Method of determination of nonlinear acoustic parameter of medium |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1727047A1 true SU1727047A1 (en) | 1992-04-15 |
Family
ID=21484789
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU894769423A SU1727047A1 (en) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | Method of determination of nonlinear acoustic parameter of medium |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1727047A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2532143C1 (en) * | 2013-07-03 | 2014-10-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Method of determination of nonlinear ultrasonic parameter of liquids and device for its implementation |
-
1989
- 1989-12-18 SU SU894769423A patent/SU1727047A1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2532143C1 (en) * | 2013-07-03 | 2014-10-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Method of determination of nonlinear ultrasonic parameter of liquids and device for its implementation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Roderick et al. | The measurement of ultrasonic attenuation in solids by the pulse technique and some results in steel | |
Silk et al. | The propagation in metal tubing of ultrasonic wave modes equivalent to Lamb waves | |
EP1434039B1 (en) | Liquid level measuring device | |
US4213337A (en) | Liquid level sensing devices | |
US4248092A (en) | Method and apparatus for efficiently generating elastic waves with a transducer | |
Hamilton et al. | High frequency ultrasound imaging using an active optical detector | |
US4991124A (en) | System and method for ultrasonic determination of density | |
JPS6238355A (en) | Method and device for measuring fluid characteristic by using capacity search signal of surface generation | |
Gedroits et al. | Finite-amplitude elastic waves in solids and deviations from Hooke’s law | |
US3477278A (en) | Ultrasonic measurement | |
US4995260A (en) | Nondestructive material characterization | |
SU1727047A1 (en) | Method of determination of nonlinear acoustic parameter of medium | |
GB2095951A (en) | Transducers of improved resolution and systems for the transmission and reception of radiation | |
RU2661455C1 (en) | Method for determining the viscoelastic properties of liquid and solid media and the device for its implementation | |
JP4827682B2 (en) | Sensitivity test equipment for ultrasonic Doppler diagnostic equipment | |
Wu | Effects of nonlinear interaction on measurements of frequency‐dependent attenuation coefficients | |
RU2532143C1 (en) | Method of determination of nonlinear ultrasonic parameter of liquids and device for its implementation | |
JPH0798240A (en) | Ultrasonic water level measurement method and device | |
SU1748043A1 (en) | Acoustic signal reflection measuring set | |
Djelouah et al. | Pulsed calibration technique of miniature ultrasonic receivers using a wideband laser interferometer | |
RU2020473C1 (en) | Device for measurement of acoustic signal reflection factor | |
Moriya et al. | Development of flexible acoustic transmission line for intravascular ultrasonography | |
CN219891163U (en) | Acoustic focusing device for measuring acoustic properties of sediment sample | |
SU1404925A1 (en) | Device for certifying ultrasonic transducers | |
Kun et al. | 3J2-1 Directivity of the Photoacoustic Signal Radiated from a Liquid-Filled Thin Elastic Tube |