SU1733998A1 - Устройство дл измерени коэффициента отражени акустических сигналов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к устройствам исследовани  акустических характеристик материалов и предназначено дл  измерени  коэффициента отражени  акустических сигналов от поверхности материалов, помещенных в акустически прозрачные среды, и может быть использовано в гидроакустике, геофизике, дефектоскопии. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений , расширение диапазона рабочих частот и области применени  за счет реализации измерений в сильнов зких средах. С этой целью устройство снабжено высокочастотным генератором с амплитудно-модули- рованным заполнением, включенным между генератором с измер емой частотой и излучающим преобразователем. При этом в качестве умножител  частоты использован умножитель на два, а в качестве приемного преобразовател  - перекрывающий поперечное сечение гидроакустической трубы широкополосный приемник из звукочувст- вительной пленки. 2 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс  к устройствам исследовани  акустических характеристик материалов и предназначено дл  определени  комплексного коэффициента отражени  акустических сигналов от поверхности материалов , помещенных в акустически прозрачные среды. Устройство может быть использовано в гидроакустике, геофизике, дефектоскопии.

Известно устройство измерени  частотных зависимостей коэффициента отражени ,содержащеегенератор радиоимпульсов, соединенный с излучающим преобразователем, наход щимс  в акустическом контакте со средой, помещенной в акустическую трубу. На другом конце трубы помещен исследуемый материал. На оси трубы установлен приемник акустических сигналов, соединенный с механической координатной системой, котора  перемещает приемник вдоль оси трубы с целью нахождени  координат узлов и пучностей сто чей волны по максимуму и минимуму звукового давлени . Выход приемника через фильтр соединен с измерителем амплитуды. Измеритель амплитуды регистрирует уровни звукового давлени  в узлах и пучност х сто чей волны, по их значени м и по координате первого узла определ етс  модуль и фаза коэффициента отражени  дл  разных частот

, Л - Ртах Pmin

I 1Чотр I5i р . mm

2 kymin 7t - 4rcymin/A

где Ртах, Pmin - давление в пучност х и узXI СО СА)

ю ю

00

лах:

- координаты узла; А-длина волны.

Известно устройство, содержащее генератор радиоимпульсов с измен емой частотой , соединенный с акустическим преобразователем, наход щимс  в акустическом контакте со средой, помещенной в измерительной трубе, на другом конце которой перпендикул рно оси трубы расположена плоска  поверхность исследуемого материала. Между преобразователем и материалом на оси трубы расположен прием- ник акустических волн, соединенный через фильтр с измерителем амплитуды.

Известно также устройство дл  измерени  коэффициента отражени  образцов, содержащее генератор радиоимпульсов с измен емой частотой, подключенный к нему акустический излучатель, гидроакустическую трубу, один конец которой сопр жен с акустическим излучателем, а другой предназначен дл  контактировани  с образцом, установленный в трубе акустический приемник , блок регистрации, выполненный из п фильтров гармоник, входы которых соединены с акустическим приемником, п измерителей амплитуды и п-1 электрических цепей, состо щих из последовательно соединенных умножителей частоты, фазометра и индикатора, входы умножителей частоты подключены соответственно к выходам первых п-1 фильтров гармоник и измерителей амплитуды, а вторые входы фазометров подключены соответственно к выходам фильтров последующих гармоник.

Недостатками этого устройства  вл ютс  ограниченность рабочего диапазона час- тот снизу значением резонансной частоты излучател , невозможность использовани  в качестве рабочих сред сильнов зких жидкостей из-за быстрого поглощени  высокочастотных гармоник, невозможность получени  непрерывной частотной зависимости коэффициента отражени  в промежутках между частотами гармоник из-за узкой полосы пропускани  излучающего преобразовател . Кроме того, недостатка- ми устройства  вл ютс  ограниченность рабочего диапазона частот сверху частотой возбуждени  в трубе второй нормальной волны, низка  точность результатов измерений , вызванна  искажением звукового пол  в трубе приемником конечных размеров .

Цель изобретени  - повышение точности измерений, расширение диапазона рабочих частот и области применени .

Это достигаетс  тем, устройство, содержащее генератор с измен емой частотой, излучающий преобразователь, гидроакустическую трубу, один торец которой предназначен дл  контактировани  с образцом,

а другой - с излучающим преобразователем , установленный в трубе приемный преобразователь , соединенные с ним два фильтра, измеритель амплитуды, умножитель частоты и последовательно соединенные фазометр, входы которого соединены с выходом первого фильтра и умножител  частоты , и индикатор, а входы измерител  амплитуды и умножител  частоты соединены с выходом второго фильтра С-Н-А-Б-Ж-Е- Н-0 высокочастотным генератором с амп- литудно-модулированным заполнением, входом соединенным с выходом генератора с измен емой частотой, а выходом - с излучающим преобразователем, в качестве умножител  частоты использован умножитель на два, а в качестве приемного преобразовател  - перекрывающий поперечное сечениегидроакустической трубы широкополосный приемник из звукочувст- вительной пленки.

На фиг. 1 приведена структурна  схема устройства; на фиг. 2 - эпюры напр жений, по сн ющих работу устройства.

Устройство содержит перестраиваемый по частоте генератор 1, высокочастотный генератор 2 радиоимпульсов с амплитудно- модулированным заполнением и излучающий акустический преобразователь 3, включенные последовательно. Преобразователь 3 контактирует со средой 4, размещенной в измерительной акустической трубе 5. На противоположном от излучающего преобразовател  конце трубы помещен образец исследуемого материала 6. Внутри трубы между излучающим преобразователем и образцом помещен широкополосный приемник 7 акустических сигналов, выполненный в виде перекрывающей поперечное сечение трубы мембраны из звуко- чувствительной пленки. Приемник 7 нагружен на входы селективных фильтров 8 и 9, которые пропускают сигналы, частоты которых относ тс  как 1:2. Выход фильтра 8 соединен с измерителем 10 амплитуды и удвоителем 11 частоты, выход последнего соединен с одним из двух входов фазометра 12, второй вход фазометра соединен с выходом фильтра 9. К выходу фазометра подключен индикатор 13.

Устройство работает следующим обра1- зом.

Перестраиваемый по частоте генератор 1 вырабатывает гармонический сигнал V1 с частотой Q, поступающий на модулирующий вход высокочастотного генератора радиоимпульсов 2, который генерирует частоту й. С выхода генератора 2 на излучающий преобразователь 3 подаютс  радиоимпульсы с амплитудно-модулирован- ным (AM) заполнением V2 V0cos ut(1 + mcos Qt). Излученный преобразователем 3 AM сигнал благодар  квадратичной нелинейности среды генерирует две низкочастотные волны Q и 2 Q - первую и вторую волны разностной частоты (ВРЧ)

PSJ (t,x) Pnmcos( Qt- Q x/c);

(t,x)-P20cos(2Q 2Qx/c). После отражени  от исследуемого образца с комплексным коэффициентом отражени  V expQ р) обе ВРЧ претерпевают фазовый сдвиг

(t,x l) VPQncos( Qt- Q l/c + p ); p:U(t x ) (2 Qt-2 Q I / с + p)

где V и р - модуль и фаза коэффициента отражени ; I - рассто ние, прошедшее обеими РВЧ по пути излучатель (отражающа  граница) приемник; С - скорость звука в среде. Падающие и отраженные сигналы принимаютс  широкополосным приемником 7 и поступают на селективные фильтры 8 и 9, настроенные соответственно на пропускание частот QH 2 Q Сигналы иЗпад и иЗотр с выхода фильтра 8 поступают на измеритель амплитуды, например, осциллограф , с помощью которого измер ютс  их аплитуды, а затем определ етс  отношение иЗотр/иЗпад, равное модулю коэффициента отражени . Дл  измерени  фазы коэффициента отражени  проводитс  сравнение фаз 1-й и 2-й ВРЧ, дл  чего частота 1-й ВРЧ умножаетс  на два в умножителе частоты 11:

Ра (t,x l) VPQ mcos(2 Qt-2 Q l/c)+ ). Сигнал U4 с выхода фильтра 9 и сигнал U5 с выхода умножител  11 поступают на фазометр 12, на выходе которого вырабатываетс  сигнал U6, амплитуда которого пропорциональна разности фаз сравниваемых сигналов

Pa() Полученна  разность фаз равна величине

фазы коэффициента отражени . Выходное напр жение фазометра 12 U6 регистрируетс  индикатором 13.

В предлагаемом устройстве дл  измерени  коэффициента отражени  акустических сигналов достигаетс  расширение

диапазона рабочих частот в область нижних частот посредством использовани  нелинейно генерируемых низкочастотных волн разностной частоты, а также - расширение

в область верхних частот посредством применени  звукоприемника в виде мембраны, перекрывающей поперечное сечение акустической трубы, что исключает вли ние многомодовой интерференции. Область

применени  устройства расширена на сильнов зкие среды, заполн ющие трубу, и на измерение непрерывной частотной зависимости коэффициента отражени  в широкой полосе частот благодар  использованию непрерывно перестраиваемых по частоте низкочастотных волн разностной частоты Использование звукопрозрачного пленочного приемника повышает точность измерений благодар  исключению искажений

звукового пол  в трубе приемником конечных размеров.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  коэффициента отражени  акустических сигналов, содержащее генератор с измен емой частотой излучающий преобразователь, гидроакустическую трубу, один торец которой предназначен дл  контактировани  с образцом а другой - с излучающим преобразователем , установленный в трубе приемный преобразователь , соединенные с ним два фильтра, измеритель амплитуды, умножитель частоты и последовательно соединенные фазометр, входы которого соединены с

   выходами первого фильтра и умножител  частоты, и индикатор, а входы измерител  амплитуды и умножител  частоты соединены с выходом второго фильтра, отличающеес  тем, что, с целью повышени 

   точности измерений, расширени  диапазона рабочих частот и области применени , оно снабжено высокочастотным генератором с амплитудно-модулированным заполнением , входом соединенным с выходом

   генератора с измен емой частотой, а выходом - с излучающим преобразователем, в качестве умножител  частоты использован умножитель на два, а в качестве приемного преобразовател  - перекрывающий поперечное сечение гидроакустической трубы широкополосный приемник из звукочувст- вительной пленки.

   Фиг. 1

   ш

   л А

   1J2 ,.К /, :/г

   hrvrtr-

   i

   1 гз

   - i

   У4

   i

   гv I- V V V V

   л О А л Л V У5 р

   - . |/1/1//|г- vw

   i/ и v I/ v Ь

   J VBorrФж 2

   1/6таа.

   1/4.