Ультразвуковое устройство для кинетических исследований сред

,168 1 й 29/О 51) 5 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИ ГКНТ СССР И БРЕТЕНИ ВТ 1, Бюл, йг 37ий государственньтут им. А.М,Горькодников АН УССРевандовский, Юов, Н.С,Черная и.16 (088.8)США й. 3599477,1972.РСТ й. 84/04167,9/00, 1984.АЗВУКОВОЕ УСТЕСКИХ ИССЛ йп го и гогиче- нститут А.Пасечник,.К,Янчевский РОЙСТВО Д ЕДОВАНИ тение относится к акустическим следования изменения фиэичеко-химических параметров сред екания в них различных процес- изобретения является расширети применения и повышение(71) Киевскский инстиполуп рова(57) Изобреметодам исских и физив ходе протсов, Цельюние облас УУ СВИДЕТЕЛЬСТ достоверности путем обеспечения возможности исследования пространственно неоднородных сред и исключения влияния температуры на результаты исследований, Генератор 1 возбуждает каждый элемент излучателя 2 ультразвуковых колебаний, Возбужденные излучателем 2 ультразвукового колебания, распространяясь по стенке 7 вмещающего исследуемую среду б резервуара, взаимодействуют со средой б и поступают на приемник, выполненный в виде тонкопленочного электролюминесцентного мозаичного экрана 3, электроды которго соединены с источником 5 энакопеременного электрического напряжения, Напряжение на выходе источника 5 выбрано таким, что при отсутствии ультразвуковых колебаний ячейка 4 экрана 3 не светится, в при подаче на ячейку 4 колебаний определенной интенсивности светится. Таким образом экран 3 визуализует распределение ультразвукового поля, 4 ил,5 10 15 20 25 1 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к области акустических методов исследования изменения физических и физико-химических параметров сред в ходе протекания в них различных процессов и может быть использовано, например, при исследовании процессов полимериэации полимеров, отвердевания цементных масс, изменения агрегатного состояния веществ и т.п,Целью изобретения является расширение области применения и повышение достоверности путем обеспечения возможности исследования пространственно неоднородных сред и исключения влияния температуры на результаты исследований.На фиг, 1 схематично представлено ультразвуковоее (УЗ) устройство для кинетических иссследований сред, на фиг, 2 расположение элементов излучателя и экрана на стенке вмещающего исследуемую среду резервуара; на фиг, 3 - графики зависимости изменения порога Л О зажигания экрана от величины напряжения О 1 на входе излучателя УЗ-колебаний для различных частот; на фиг. 4 - графики зависимости интенсивности УЗ-колебаний от координаты точки измерения по длине Е экрана как суммарный, так и для каждого из элементов излучателя.УЗ-устройство для кинетических исследований сред содержит последовательно соединенные генератор 1 и излучатель 2 УЗ-колебаний,УЗ-устройство также содержит приемник УЗ-колебаний, выполненный в видетонкопленочного электролюминесцентного экрана 3 с отдельными ячейками 4, Кроме того, УЗ-устройство содержит источник 5 знакопеременного электрического напряжения, соединенный с противоположными электродами ячеек 4 экрана 3. Излучатель 2 и экран 3, выполняющий функции приемника, предназначены для контактирования в ходе работы с исследуемой средой 6. В случае исследования нетвердых сред б последние располагаются, например, в резервуаре с эвукопроэрачными стенками 7. В УЗ-устройство также входит термодатчик 8,УЗ-устройство для кинетических исследований сред работает следующим образом.Генератор 1 возбуждает излучатель 2 УЗ-колебаний, выполненный в виде нескольких отдельных пьезоэлектрических преобразователей, например, на основе керамики ЦТС, Излучатель 2 генерирует в стенке 7 УЗ-колебания взаимодействующие со средой б, например полимеризующимся мон амером. В результате взаимодействия со средой 6 интенсивность попадающих на отдельные ячейки 4 экрана 3 УЗ-колебаний определяется степенью полимеризации мономера, В качестве экрана 3 используется, например, тонкопленочный электролюминесцентный экран на основе сульфида цинка, легированного марганцем. Тонкопленочный электролюминесцентный экран представляет собой наносимую одна на другую вакуумным напылением структуру в виде МДПДМ(металл- диэлектрик-полупроводник-диэлектрик- металл) общей толщиной от долей до нескольких микрометров. К каждой ячейке 4 экрана 3 приложено допороговое электрическое напряжение О 5, величина которого задается источником 5, работающим в килогерцовом диапазоне. Допороговое напряжение О 5 не достаточно для генерации с поверхностных электронных состояний свободных электронов, наличие которых необходимо для возникновения свечения электролюминесцентного экрана 3, Под действием УЗ-колебаний формируются не- равновесные менее глубокие поверхностные энергетические уровни и величина напряжения Оз оказывается достаточной для осуществления с них тормополевой эмиссии. Смещение Л 0 порога зажигания, т,е. разность между величиной порога зажигания без воздействия УЗ-колебаний и величиной порога зажигания при воздействии УЗ-колебаний, амплитуда которых характеризуется величиной напряжения О 1 на выходе генератора 1 (фиг. 3). Порог зажигания определяется как порог визуального восприятия свечения электролюминесцентного элемента (1 кд/м при освещенности 100 лк), Данные (фиг, 3) получены при частоте возбуждающего напряжения О 5 источника 5, равной 5 кГц, и среднем уровне О 5 = =125 В для двух значений частоты генератора 1: 1,60 МГц (кривая а) и 3,85 МГц (кривая б). Смещение порога зажигания обуславливает возможность визуализовать распределениев пространстве интенсивности попадающих на каждую ячейку 4 экрана 3 УЗ-колебаний. Для исследований могут быть использованы различные типы колебаний. Так при мозаичном расположении ячеек 4 и элементов излучателя 2 (фиг, 1) в стенку 7 излучаются продольные колебания, отражающиеся от границы раздела материал стенки 7 - материал среды б и поступающие на ячейку 4. Потери на границе раздела определяются состоянием среды б и при соответствующем выборе величины напряжения О 5, при наличии манометра в резервуаре электролюминесцентные ячейки435 40 светятся, а при наличии полимера гаснут. Излучатель 2 может быть выполнен в виде двух ориентировочных один навстречу другому пьезоэлектрических преобразователей, возбуждающих в стенке 7 волны Лэмба (фиг, 2), в этом случае б в качестве приемника используется тонкопленочный электролюминесцентный, матричный экран, расположенный между элементами излучателя 2, Элементы излучателя 2 подобраны и установлены таким образом, что распределение суммарной интенсивностипо длинеэкрана 3 (по акустической оси элементов излучателя 2) равномерно. На фиг. 4 представлены качественные зависимости интенсивностиУЗ-колебаний от координаты точки измерения по длинеэкрана 3 для каждого элемента излучателя 2 в отдельности (прямыеи ) и для суммарных колебаний (прямая ). В этом случае интенсивность УЗ-колебаний, а следовательно, и свечение элементов 4 экрана 3 определяются демпфирующими способностями среды б, Рядом с приемным элементом, т.е. тонкопленочным электролюминесцентным экраном 3, располагают термодатчик 8. В связи с повышением генерации первичных электронов с ростом температуры порог зажигания снижается. При малых изменениях температуры эта зависимость близка к линейной. Измеренное с помощью термодатчика 8 значение температуры позволяет провести коррекцию величины напряжения О 5 таким образом, что результаты исследований, не зависят от температуры. Таким образом, по свечению определенных участков экрана 3 можно непрерывно следить за изменениями, происходящими в среде б, т.е. проводить кинетические исследования одновременно во всех зонах.наблюдения исследуемой среды б.Использование тонкопленочного электролюминесцентного экрана позволяет обойтись в устройстве без электронных блоков усиления и визуализации, Используе-. 5 10 15 20 25 30 мый приемник по:вопяет работать в широком диапазоне частот, поскольку порог зажигания ячеек экрана оцень слабо зависит от частоты УЗ-колебаний, Возможнос ь выбрать любое необходимое значение напряжения на выходе источника позволяет управлять разрешающей способностью устройства. Визуально наблюдаемая картина распределения УЗ-поля позволяет осуществить его качественный анализ по интенсивности, поскольку яркость свечения экрана зависит от интенсивности падающих на него УЗ-колебаний. Разрешающая способносте по площади УЗ-устройства для кинетических исследований сред ограничивается минимальной площадью ячейки тон. копленочного электролюминесцентного экрана, которая составляет порядка 0,1 см,2Предлагаемое устройство работоспособно в интервале интенсивностей применяемых колебаний 10 - 10 Вт/м, Наз лнижнем пределе электролюминесцентный экран не чувствителен к воздействию акустических колебаний, а на верхнем пределе электролюминесцентный экран претерпевает необратимые изменения,Формула изобретения Ультразвуковое устройство для кинетических исследований сред, содержащее излучатель ультразвуковых колебаний, соединенный с ним генератор и приемник ультразвуковых колебаний, причем излучатель и приемник ультразвуковых колебаний предназначены для контактирования в ходе работы с исследуемой средой, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения области применения и повышения достоверности, оно снабжено источником знакопеременного электрического напряжения,приемник ультразвуковых колебаний выполнен в виде тонкопленочного электропюминесцентного экрана, а противоположныеэлектроды электролюминесцентного экрана соединены с источником знакопеременного электрического напряжения.