Ультразвуковой интерферометр

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 2609,79 (21) 2820208/25-10 (51) М. КЛ Союз Советских Социалистических Республикс присоединением заявки Мо(23) Приоритет С 01 й 29/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения В.И,Илгунас, Г,-С.С,Леонавичюс и В.А.Сукацкас Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИНТЕРФЕРОИЕТР Изобретение относится к ультразвуковой измерительной технике, в частности к измерителям скорости распространения ультразвука в жидкостях, и может быть использовано в научных исследованиях, в химической, пищевой и др. видах промышленности.Известен ультразвуковой интерферометр, содержащий последовательно соединенные диапаэонный генератор, измерительную камеру с пьезоизлучателем и пьезоприемником, усилитель и блоки, позволяющие измерить в определенном масштабе разность час-. тот акустических резонансов, на которых в столбике среды располагаются заданные количества полуволн. Разность этих частот пропорционально скорости распространения ультразвука в исследуемой среде 11 .20Указанный интерферометр имеет тот недостаток, что на значения частот акустических резонансов влияет фазовый угол отражения ультразвука от пьезопреобразователей, который так же зависит от частоты. Эта погрешность может быть уменьшена увеличением длины измерительной камеры. Однако при этом. падает добротность резонирующего столбика среды ввиду З 0 поглощения ультразвука в среде, что приводит к увеличению погрешности определения частот акустических резонансов.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ультразвуковой интерферометр, содержащий измерительную кювету с двумя параллельно соединенными пьезоизлучателями, подключенными к выходу генератора высокочастотного напряжения и частотомеру, а также последовательно соединенные усилитель и индикатор 12Однако он пригоден, в основном только для работы вблизи резонансной частоты преобразователей, так как акустические резонансы проявляются как изменения падения напряжения на преобразователях, резко уменьшающиеся при отходе от.резонансной частоты преобразователей. В случае его работы в режиме интерферометра постоянной длины возникает большая погрешность. измерения, так как диапазон частот, в котором можно уверенно определить частоты акустических резонансов, небольшой (10-15 от резонансной частоты пьеэоиэлучателей), Вариант данного интерферометра сгде 7 - удельное акустическое сопротивление среды,К - действительное волновое число, если потерями пренебрега 10ем,- расстояние между пьезоизлучателями.Идентичность излучателей достигается, если необходимо, с помощью соответствующих электрических цепей,включенных между выходами генератораи излучателями . Входной импеданс 7 Вэквивалентен импедансу двух столби -ков среды длиной , питаемых каждый от своего пьезоизлучателя(фиг,2),20 свободных на другом конце (нагрузкаравна нули) .Входной импеданс столбика средыобычного интерферометра с одним пьезоизлучателем равен Вх кюветой переменной длины характеризуется конструктивными неудобствами.Цель изобретения - увеличениеточности измерения скорости распространения ультразвука,Указанная цель достигается тем,что в него введен измерительный зонд,установленный в кювете посрединемежду пьезоизлучателями и подключен,ный к усилителю,На фиг, 1 изображена структурнаясхема предлагаемого интерферометра,на фиг. 2 - эквивалент его измерительной кюветы.Генератор 1 высокочастотного напряжения подключен к двум параллельно соединенным идентичным пьезоизлучателям 2 и 3, вмонтированным в измерительную кювету 4 с исследуемойсредой. Расстояние между пьезоизлучателями 2 и 3 фиксированное, равное К.В середине между ними в кюветувведен приемный зонд 5 поперечнымиразмерами меньше длины волны ультразвука, Зонд подключен к входу усилителя б, выход которого соединен синдикатором 7 (например, стрелочнымсамопишущим или цифровым вольтметром) . К выходу генератора 1 подклюлен также частотомер 8. На фиг. 2изобракена электроакустическая система эквивалентная по входному им 30леднсу исследуемой среды и частотамрезонансов кювете 4 интерферометра,Интерферометр работает следующим образом. 35Генератор 1 возбуждает пьезоизлучатели 2 и 3, которые однофазно излучают ультразвуковые волны в направлении друг к другу в исследуемой среде, Волны, идущие в противоположных направлениях, принимаются в середине кюветы 4 зондом 5, который, ввиду малых поперечных размеров, имеет почти всенаправленную диаграмму приема. Высокочастотное напряжение зонда 5 поступает на усилитель б и 45 индикатор 7, Частота ультразвука контролируется частотомером 8, В процессе измерения изменяют частоту генератора 1. Когда в кювете 4 столбик исследуемой среды резонирует и в центре образуется пучность давления, напряжение зонда 5 и усилителя б резко возрастает. Момент резонанса отмечают по максимальным показаниям индикатора 7, а резонансную частоту измеряют частотомером 8, Скорость ультразвука определяют по измеренным частотам нескольких акустических резонансов по известной методике интерферометра постоянной длины с той разницей, что пучности в середине 60 камеры понторяются каждый раз, когда в столбике среды располагается целое число волн ультразвука.Входной акустический импеданс столбика среды, определенный на по верхностях обоих пьезоизлучателейв случае их идентичности, равен 2 Век=с%(1 где 9 - фазовый угол отражения ультразвука от пьезоприемника (рефлектора) .Сравнение формул (1) и (2) показывает, что в предлагаемом интерферометре влияние на частоты резонансон оказывает только фазовый угол отражения одного пвезоизлучателя (несмотря на то, что их два), вместо суммы фазовых углов пьезоизлучателя и пьезоприемника (рефлектора) в известном интерферометре с одним пьезоизлучателем, В случае двух одинаковых преобразователей это позволяет уменьшить погрешность измерения скорости ультразвука, вызванную неидеальностью отражения, примерно в два раза. Дополнительное преимущество в отношении точности измерения вытекает иэ того, что в выражение входного импеданса не входит коэффициент отражения от преобразователя, поэтому потери энергии ультразвука, реально всегда имеющие место при отражении, в меньшей степени влияют на точность определения резонансных частот. Кроме того, потери энергии ввиду поглощения ультразвука в среде в меньшей степени влияют на добротность резонирующего столбика среды, так как длина эквивалентного столбика среды (на фиг.2) равна только половине действительной длины. Это позволяет работать с кюнетой большей длины, что также способствует повышению точности.Формула изобретенияУльтразвуковой интерферометр, содержащий измерительную кювету с дну/66ВНИИПИ Го по делам 35, Москв Ь каз 44 Подписное .ССР Ти дарств изобре Ж, оми тетаоткрытийя наб.,огоийушс П "Патент", г. ужгород, ул. Проектная фили мя параллельно соединенными пьезоизлучателями, подключенными к выходугенератора высокочастотного напряжения и частотомеру, а также последовательно соединенные усилитель и индикатор, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повьыения точностиизмерения скорости распространенияультразвука, в него введен измерительный зонд, установленный в кюветепосредине между пьезоизлучателямии подключенный к усилителю. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9459717, кл.б 01 М 29/00, 1973.2. Леонавичус Г.,и Илгунас В,ультразвуковой интерферометр с двумя излучающими кристаллами и егоприменение для определения скоростизвука в жидкостях.-фМатериалы 2-йВсесоюзной конференции по вопросам