Способ измерения нелинейного акустического параметра твердых тел и устройство для его осуществления

(59 УаДРСТВЕННЫй ЕЛДМ ИЗОБРЕ ИТЕТ СССРТЕНИЙ И ОТНРЫТ Г(. ЕНИ удового Кра ский инстит Зиновье тодах исклюйностей злследованииэффектов.М., 1980. ОПИСАНИЕ ИЗОБР Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Уральский орденаного Знамени политехниим,С.М.Кирова(53) 534.232(088.8) 56) Суховцев В.В. О мения паразитных.келииментов установки при иелинейных акустическихепон, ВИНИТИ В 434980(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЛИНЕЙНОГОАКУСТИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА ТВЕРДЫХ ТЕЛИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования физико-механических свойств материалов. Цельюизобретения является повышение точности и надежности измерений. В устройстве для измерения нелинейного,акустического параметра с генератора 1непрерывный. гармонический сигнал подается на модулятор 2, формирующийпоследовательность синфазных импуль1235363 сов. Далее сигнал усиливается широкополосным усилителем 3. Фаэовращателем 9 изменяют -фазу сигнала с широкополосного усилителя 3 в пределах от 00до 180 и он поступает на излучатель 4 ультразвука. Приемником 5 ультразвука принимаются. прошедшие через среду ультразвуковые колебания, которые через фильтр б верхних частот и узкополосный усилитель 7 поступают на осциллограф 8, По экрану последнего измеряются максимальные Б ,и минимальйые Б значения сигналов, по которым определяют коэффициент модуляции. Мощности излучения на первой и второй гармониках сигнала измеряют путем перемножения двух напряжений, одно из которыхропорционально напряжению, действующему на излучателе 4, а другое пропорционально току, протекающему через излучатель 4. Напряжение, пропорциональное проИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования Физико-механических свойств материалов.Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений путемизменения Фазы иэлученного в средусигнала,На чертеже изображено устройстводля реализации способа измерения не Олинейного акустического параметратвердых тел.Устройство для измерения нелинейного акустического параметра содержит последовательно соединенные генератор 1, модулятор 2, широкополосныйусилитель 3, излучатель 4 ультразвука и приемник 5 ультразвука, последовательно соединенные Фильтр 6верхних частот, узкополосный усилитель 7 и осциллограф 8, последовательно соединенные Фаэовращатель 9,вход которого соединен с выходомширокополосного усилителя 3, преобразователь 10 ток-напряжение, первый 25выход которого соединен с входом излучателя 4 ультразвука, и ваттметр текающему через излучатель 4 току,с выхода преобразователя 10 ток-напряжение подается на ваттметр 11, гдеперемножается на напряжение, пропорциональное напряжению, действующемуиа излучателе 4 ультразвука. Ключами12 и 13 выбираются режимы калибровкии измерения Б и Б. По измереннымМаксмощностям излучения на первой и второй гармониках сигнала определяютамплитуду смещения второй гармоникииэлученнрго сигнала, по которой сучетом коэффициента модуляции определяют амплитуду смещения второй гармоники принятого сигнала. По аначениюамплитуды смещения второй гармоникипринятого сигнала с учетом длины базы прозвучивания, скорости распространения ультразвука и амплитуды смещения первой гармоники излученного сиг-.нала определяют искомый параметр,2 с.п. Ф-лы, 1 ил,11 второй вход которого соединен свторым выходом преобразователя 10ток-напряжение, первый и второй ключ12 и 13. Первый ключ 12 включен междувыходом ваттметра 11 и входом осциллографа 8, а второй 13 - между выходом узкополосного усилителя 7 и входом осциллографа 8, причем второйвход. осциллографа 8 соединен с выходом модулятора 2. Калиброванноесопротивление (не обозначено) предназначено для калибровки ваттметра 11. Устройство работает следующим образом,С генератора 1 непрерывный гармонический сигнал подается на модулятор2, который формирует последовательность синфаэных импульсов. Далее сигнал усиливается широкополосным усилителем 3. Фазовращателем 9 изменяютФазу сигнала с широкополосного усилителя 3 в пределах от 0 до 180 (приэтом фаза второй гармоники этого сигнала изменяется не более чем на 2 Х),который поступает на излучатель 4ультразвука.(2) 2 Рв ьоА Е Изменение фазы иэлученного сигнала приводит к тому, что составляющие второй гармоники сигнала в среде находятся в фазе или противофазе.Приемником 5 ультРазвука принимают- ся прошедшие через среду ультразвуковые колебания, которые через фильтр 6 верхних частот и узкополосный усилитель 7 поступают на осциллограф 8, по экрану которого измеряются макси мальные 0 и минимальные Б,ц значеюксния сигналов, по которым определяют коэффициент модуляции по Формуле уфу П мин (1) 15Измерение мощностей излучения на первой и второй гармониках сигнала осуществляется путем перемножения двух напряжений, одно из которых про О порционально напряжению, действующему на излучателе 4 ультразвука, а другое пропорционально току, протекающему через излучатель 4. Напряжение, пропорциональное протекающему 2 через излучатель 4 току, с выхода преобразователя 10 ток-напряжение подается на ваттметр 11, где неремножается на напряжение, пропорциональное напряжению, действующему на излу- ЗО чателе 4 ультразвука. Ваттметр калибруется на калибровочном сопротивлении (не обозначено) на частотах Ю и 2 ц сигнала. Ключами 12 и 13 выбираются режимы калибровки и измерения Б и Бд раПо измеренным мощностям излучения на первой и второй гармониках сигнала определяют амплитуды смещения на первой и соответственно второй гармониках сигнала при излучении по фор- муле где Е - волновое сопротивление среды;Рц - мощность излучения ультраазвука на основной гармонике; оРов мощность излучения ультра 2 азвука на второй гармонике;,А - площадь поверхности излучателя 4 ультразвука.По расчитанному коэффициенту мо- Ы дуляции с учетом расчитанной амплитуды Б смещения второй гармоники сигнала излучения определяют 363 фя,: шя (4) где 8 - амплитуда смещения второй гаргмоники, обусловленная нелинейностью среды.По полученным иэ Формулы (2) и (4) значениям Б и Б определяют искомый параметр из формулыЯ = -1 сх,Я2 С(5) где Я - амплитуда смещения первой гар 1моники иэлученного сигнала;К - волновое число;С - скорость ультразвука в обараэце;.х - длина базыб = 1/2 (и + 1), и - нелинейный акустический параметр твердых тел. формула изобретения1. Способ измерения нелинейного акустического параметра твердых тел, заключающийся в том, что излучают и принимают прошедший контролируемую среду ультразвуковой импульс и выделяют вторую гармонику, о т л и Ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности и надежности измерений, изменяют фазу излучаемого ультразвуокового сигнала от 0 до 180 , измеряют мощность первой и второй гармоник излученного сигнала и экстремальные значения второй гармоники принятого. модулированного по фазе сигнала, по которым определяют искомый параметр.2. Устройство для измерения нелинейного акустического параметра твердых тел, содержащее последовательно соединенные генератор, модулятор и широкополосный ускритель, излучатель ультразвука и приемник ультразвука, последовательно сокединенные фильтр верхних частот , узкополосный усилитель и осциллограф, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и надежности измерений,оно снабжено последовательно соединенными фазовращателем, вход которогосоединен с выходом широкополосногоусилителя, преобразователем ток-напряжение, первый выход которого соединен с входом излучателя ультразвука,и ваттметром, второй вход которогосоединен с вторым выходом преобразователя ток-напряжение, первым и вторым ключами, включенными соответственно между входом осциллографа и выхо,дами ваттметра и узкополосного усилителя, а второй выход модулятора соединен с вторым входом осциллографа.