Способ определения параметров ультразвуковой волны в среде

СОЮЗ СОВЕТСКИХСО.1 ИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 119) 111) 51) 4 О 0 1 Н 5 / ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН следова нститут ельство СССР29/00, 1977. СПОСОБ О)РЕДЕЛЕТРАЗВУКОВОЙ ВОЛНЫ Я ПАРАМЕТРОВСРЕДЕится к техни(54УЛЬ) Изобретение отноской физике, в час бам нераэрушающего ко ультразвуковыми метод быть использовано при раметров жидких и тве лью изобретения являе функциональных возмож ности к спосо троля обра ми, и може ров пар хаизмерении и ых сред. Цея расширение че ст ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Горьковский научнотельский радиофизическии(56) Авторское свидетУ 73370, кл, 0 01 И определения групповой скорости идисперсионного параметра волны всреде, В предложенном способе прозвучивание исследуемого образца средыосуществляют ультразвуковыми колебаниями, содержащими составляющиедвух частот. При иэменениифразностной частоты измеряют фазу сигнала,пропорционального огибающей принятого сигнала на разностной частоте, покоторой определяют не только дисперсионный параметр Р, но и групповуюскорость Ч. При этом изменение фазыогибающей с увеличением расстоянияот источника происходит гораздо быстрее, чем позволяет исследоватьобразцы сравнительно малых размеи повьппает точность определения аметров при наличии сильного затуИзобретение относится к технической физике, в частности к способам неразрушающего контроля образцовультразвуковыми методами, и можетбыть использовано при измерении параметров жидких и твердых сред.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей за счетопределения групповой скорости идисперсионного параметра волны всреде,На чертеже приведена структурнаясхема устройства, реализующего предлагаемый способ,Устройство содержит генератор 1сигнала несущей частоты, подключенный к сигнальному входу балансногомодулятора 2. К управляющему входубалансного модулятора 2 подключенперестраиваемый по частоте генератор3 модулирующего сигнала. Выход балансного модулятора,2 через усилитель 4мощности соединен с электроакустическнм преобразователем 5. Электроакустический преобразователь 5 находится в акустическом контакте с исследуемым участком среды (или образцом 6).На расстоянии Ь от преобразователя5 размещен электроакустический преобразователь 7, также находящийся вакустическом контакте с участкомсреды (или образцом 6), Выход преобразователя 7 через предварительныйусилитель 8 соединен с квадратичнымдетектором 9, выход которого черезусилитель 10 низкой частоты подключен к сигнальному входу фазового детектора 1. Вход опорного сигналафазового детектора 11 соединен с выходом генератора 3 через удвоитель2 частоты, На выходе фазового детектора 11 включен регистратор 13.Способ определения параметровультразвуковой волны в среде реализуется следующим образом,Вводят в среду ультразвуковые колебания, содержащие составляющие двухчастот, Для этого формируют с помощью генератора 1 высокочастотный непрерывный синусондальный сигнал начастоте Ю , Одновременно формируютс помощью генератора 3 низкочастотный непрерывный синусоидальный сигнал на частоте й,/2. Затем формируют с помощью балансного модулятора 2 двухчастотный сигнал, содержащий две спектральные составляющиена частотахПреобразуют усиленный усилителем 4 5двухчастотный сигнал в ультразвуковые колебания, содержащие составляющие двух частот, с помощью электроакустического преобразователя 5.Принимают в фиксированной точкепространства прошедшие через среду(образец 6) колебания и преобразуютих в электрический сигнал с помощьюзлектроакустического преобразователяСигнал на выходе злектроакустического преобразователя 7 имеет вид: Р(Ь,1) = А сояй,1 - К,Ь + + Я, ) + А сов(и 1 т - КЬ + ) 20 25 40 В (Ь 1 С) =А+А+ 2 А,А,созЛ,1 - ч, ( Ь) + Ч,-Ж 3 ф где Ч, - раэностная частота;,(Ь) - фаза сигнала, пропорцио нального интенсивностипринятого сигнала,Измеряют на разностной частоте Й, фазу , (Ь) сигнала, пропорционального интенсивности принятого сигнала. Для этого усиливают сигнал разностной частоты с выхода квадратичного детектора 9 с помощью усилителя 1 О, Одновременно формируют опорный сигнал разностной частоты О, с помощью удвоителя 12 частоты. Измеряют на разностной частоте 7, фазу сигнала на выходе усилителя 1 О с помощью фазового детектора 11: где А А - амплитуды спектральныхсоставляющих компонентсигнала;расстояние между электроакустическими преобразователями 5 и 7 (длина исследуемого участкасреды или образца 6);, К К - волновые числа ульт развуковых волн в средена частотах соответственно Ы, и И14 - начальные фазы спектральных компонент.35 Выделяют сигнал, пропорциональный интенсивности принятого сигналас помощью удвоителя 8 и квадратичного детектора 9:1364900 мБ = - ЕЛИв 1 М,(ь) = (к, - к, )ь,. 54 - измеренные значения фазы на1соответствующих частотахВ частном случае, когда И = 2,формулы для вычисления групповой скорости и дисперсионного параметра Рпринимают вид: 15 следующим образом: 20 Полученное значение фазы (, (й,) регистрируют с помощью регистратора 13,Затем изменяют разность частот составляющих ультразвуковых колебаний и для каждого значения разностной частоты й; (1 = 2, ЗИ) указанные действия повторяют. После этого дисперсионные параметры Р и Ь 1 опреде- З 0 ляют по формулам Б,Б - БгБ 4БтБз-ББББ -Ь Б Б Бгде Ь - расстояние между электроакустическими преобразователями5 и 7; 1БМ 40 45Бф И При й, сс а волновое число К = К(а,) можно разложить в ряд около точки я; ЬгкКК+Й+Я+аЬц2 ды Тогда фаза огибающей выразится черезпараметры У = ди 1 с 13 с с И /Ь К 2 1 4, 4 гСпособ позволяет определить групповую скорость и дисперсионный параметр волны в среде, исследовать образцы малых размеров и повысить точность определения параметров при наличии сильного затухания. Формула изобретения Способ определения параметров ультразвуковой волны в среде, заключающийся в том, что в среду вводят ультразвуковые колебания, содержащие составляющие двух частот, принимают прошедшие через среду колебания, по которым определяют искомый параметр, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения групповой скорости и дисперсионного параметра, изменяют разность частот составляющих ультразвуковых колебаний, принимают прошедшие колебания в фиксированной точке среды, измеряют фазу сигнала, пропорционального интенсивности принятого сигнала для каждого значения раэностной частоты, по которой определяют искомые параметры.1364900Составитель И. Ардашева Редактор В, Данко ТехредМ.Дидык Корректор Л. Пилипенко Закаэ Ь 583/33Тираж 524 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам иэобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4