Способ измерения приращения скорости ультразвуковых волн

/00 о 60 тут им. ьева 8,телах с на- Закономерв; Наукова ЩЕНИЯЛН ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР(56) Авторское свидетельство ССМ 1408240, кл. С 01 Н 5/00, 198Гузь А, И. Упругие волны вчальными напряжениями, т, 2,ности распространения, Киедумка, 1986, с. 495,(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИСКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и может быть использовано при исследовании ризико-механических. свойств, материалов,Цель изобретения состоит в повышенииточности измерения приращений скоростиУЗВ.На фиг, 1 приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ;на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.Устройство содержит генератор 1 зондирующих импульсов, излучающий пьезопреобразователь 2, исследуемую среду 3,принимающий пьезопреобразователь 4;широкополосный усилитель 5; ключ 6; интегратор 7; формирователь 8 импульсной пэрычастотомер 9.; управляемый вспомогательный генератор 10,Выход генератора зондирующих импульсов 1 соединен с входом излучающегопьезопреебразовэтеля 2, связанногос исс-,2(57) Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и может быть использовано при исследовании физико-механических свойств материалов. Цель изобретения - повышение точности измерения. Это достигается за счет того, что формируют вспомогательный синусоидальный сигнал. начало периода которого синхронно моменту излучения акустического импульса, а конец определяется моментом прихода выбранной полуволны в принятом акустическом импульсе. О приращении скорости судят по приращению частоты вспомогательного синусоидального сигнала. 2 ил ледуемой средой 3, Принимающий пьезопреобразователь 4, также связанный с исследуемой средой, последовательно соединен с широкополосным усилителем 5, ключом 6, интегратором 7. Далее последовательно соединенные управляемый вспомогательный генератор 10 и формирователь импульсной пары 8, первый выход которого соединен с запускающим входом генератора зондирующих импульсов 1, а второй выход - с управ- ляющим входом вспомогательного генератора 10, а вход частотомера 9 соединен с выходом управляемого вспомогательного генератора 10 и входом формирователя импульсной пары 8.Генератор зондирующих импульсов 1 может быть Г 5-54; в качестве излучающего 2 и принимающего 4 пьезопреобрэзователей можно использовать пластины из пьезокерамики или кварца; широкополосный усилитель 5 может быть типа УЗ; ключ 6 можно реализовать на диодах КД 510 по схеме балансного модулятора; интегратор 7 - по стандартной схеме йа операционном усилителе 140 УД 17; формирователь импульсной пары 8 может быть реализован на микросхемах 155-й серии; 155 ИЕ 8, 155 ТВ 10, 155 АГЗ; в качестве управляемого вспомогательного генератора 10 можно использовать Х 1-48; частотомер 9 может быть ЧЗ.Способ осуществляется следующим образом: управляемый вспомогательный генератор 10 вырабатывает непрерывный синусоидальный сигнал (фиг. 2 а), Из этого сигнала формирователем импульсной пары 8 Формируются пары. импульсов (фиг. 2 б), расстояние между которыми равно периоду синусоидального сигнала, а время повторения импульсных.пар не менее времени достаточного для затухания в исследуемой среде пачки переотраженных импульсов, Первый импульс пары подается на запускающий вход генератора зондирующих импульсов 1, который вырабатывает радиоимпульс (фиг. 2 в), излучаемый пьезопреобразователем 2 в исследуемую среду 3.Пачка переотраженных импульсов (фиг.2 г) принимается пьезопреобразователем 4, усиливается широкополосным усилителем 5 и подается на вход ключа 6, На управляющий вход ключа 6 поступает второй импульс с формирователя импульсной пары 8, его длительность равна длительности полуволны зондирующего радиоимпульса. Таким образом, второй импульс пары "вырезает" из первого (или другого любого) радиоимпульса пачки отрезок синусоиды длительностью в половину периода (фиг, 2 д), В зависимости от положения "вырезающего" импульса, сигнал на.выходе ключа 6 может быть положительным, отрицательным, либо иметь равные по площади положительную и отрицательную части. Именно последний случай соответствует работе устройства в автоматическом режиме при замкнутой отрицательной обратной связи.Сигнал с выхода ключа (фиг. 2 д) интегрируется интегратором 7 (фиг. 2 е) и подается на управляющий вход вспомогательного генератора 10, Таким образом замыкается отрицательная обратная связь и положение второго импульса импульсной пары отслеживает изменение задержки тъ УЗВ в исследуемой среде, Допустим, время задержки тз(фиг. 2 г) возросло, тогда площадь положительной части "вырезанного" участка (фиг.2 д) увеличилась, следовательно, увеличится постоянный уровень на выходе интегратора 7 и частота вспомогательного генератора 10 уменьшится, при этом положение 2-го импульса импульсной пары (фиг, 2 б) отследитизменение задержки в исследуемой среде.Таким образом, период колебаний управляемого вспомогательного генератора5 будет определяться формулой:Тзг = Хз + ( Й + 1 ) - р - -р- + ГапТзонд и 2гд т;-./Ч - время задержки УЗВ в исследуемой среде; . - база прозвучивания; Ч -скорость УЗВ; й - количество целых полупериодов от начала информационного радиоимпульса до начала второго импульсапары; Тзонд - длительность периода частотызаполнения зондирующего радиоимпульса;"5 %а-длительность второго импульса импульсной пары; тап - время задержки в аппаратуре.В ФОрцуЛЕ (1) Тзонд, ти 2 И тап яВЛяЮтСявеличинами известными до эксперимента,й - подбирается в ходе эксперимента. Величина Тзг является измеряемой величиной.Таким образом, можно определить величину задержки гз УЗВ в исследуемой средеили, при известной базе нрозвучивания 1.,скорость распространения УЗВ,Пусть под действием внешних факторовскорость Ч 1 в исследуемой среде в моментвремени И изменилась и в следующий моЗ 0 мент 2 стала равной Ч 2, тогда из (1) можнозаписать:1.Тзг 1 = - +Т;Ч 1Тзг 2 - + ТЗ 5 . Ч 2гдЕ т= ( И + 1 ) онд -- ,"2 + Хап2 Относительное приращение скоростиможно определить:Ч 2-Ч 1 Т.,1 -тггт.е, для определения относительного приращения скорости УЗ В в исследуемой среде за 45 период времени Ь 1=12-11 необходимо знатьпараметры предварительной настройки устройства: Тзонд, та, Хап М и две информа- ЦИОННЫЕ ВЕЛИЧИНЫ Тзг 1 И Тза, КОТОРЫЕ измеряются частотомером 9.50Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения приращений скорости УЗВ за счет устранения линии задержки, нестабильность которой не сказы вается теперь на точности измерений, Этодостигается изменением принципа синхронизации автоматического измерителя путем введения в его состав управляемого вспомогательного генератора и формирователя импульсной пары.1812446 Составитель Э.Артм Техред М.Моргентал Рректор СЛбск акто аказ 1571 . Тираж .Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН 113035,Москва,Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комб т "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 Формула изобретения Способ измерения приращения скорости ультразвуковых волн, заключающийСя в том, что излучают в исследуемой среде акустический импульс, принимают прошедший фиксированное расстояние импульс, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, формируют вспомогательный синусоидальный сигнал, начало периода которого синхронно моменту излучения акустического импульса, а конец определяется моментом прихода выбранной полуволны в 5 принятом акустическом импульсе, а о приращении скорости ультразвуковой волны судят по приращению частоты вспомогательного синусоидального сигнала.