Устройство для измерения коэффициента отражения акустических сигналов

(19) (11 СПУБЛИК 1 й 29 ЗОБ Т И ОПИСАН К АВТОРСКОМУ ВИДЕТЕЛ ЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Таганрогский радиотехнический инсттут им, В,Д, Калмыкова(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭ Ф Ф И ЦИ Е НТА ОТРАЖЕ Н ИЯ АКУСТИЧ ЕСКИХ СИГНАЛОВ(57) Изобретениеисследования акматериалов и пр относится к устройствам устических характеристик едназначено для измере Изобретение относится к устройствам исследования акустических характеристик материалов и предназначенодля определения комплексного коэффициента отражения акустических сигналов от поверхности материалов, помещенных в акустически прозрачные среды. Устройство может быть использовано в гидроакустике, геофизике, дефектоскопии.Известно устройство измерения частотных зависимостей коэффициента отражения, содержащее генератор радиоимпульсов, соединенный с излучающим преобразователем, находящимся вакустическом контакте со средой, помещенной в акустическую трубу. На другом конце трубы помещен исследуемый материал. На оси трубы установлен приемник акустических сигналов, соединенный с механической кония коэффициента отражения акустических сигналов от поверхности материалов, помещенных в акустически прозрачные среды, и может быть использовано в гидроакустике, геофизике, дефектоскопии, Целью изобретения является повышение точности измерений, расширение диапазона рабочих частот и области применения за счет реализации измерений в сильновязких средах. С этой целью устройство снабжено высокочастотным генератором с амплитудно-модулированным заполнением, включенным между генератором с измеряемой частотой и излучающим преобразователем, При этом в качестве умножителя частоты использован умножитель на два, а в качестве приемного преобразователя - перекрывающий поперечное сечение гидроакустической трубы широкополосный приемник из звукочувствительной пленки. 2 ил,ординатной системой, которая перемещает приемник вдоль оси трубы с целью нахождения координат узлов и пучностей стоячей волны по максимуму и минимуму звукового давления, Выход приемника через фильтр соединен с измерителем амплитуды. Измеритель амплитуды регистрирует уровни звукового давления в узлах и пучностях стоячей волны, по их значениям и по координате первого узла определяется модуль и фаза коэффициента отражения для разных частотРвах Рваотр Рвах + РвпУ = т - 2Увп =Л - 4 й Ув 1 п/А где Рвах, Рв, - давление в пучностях и узлах;ув 1 п - КООрдИНатЫ уЗЛа;А - . длина волны.10 15 20 25 30 35 40 45 чен индикатор 13 50 55 Известно устройство, содержащее генератор радиоимпульсов с изменяемой частотой, соединенный с акустическим преобразователем, находящимся в акустическом контакте со средой, помещенной в измерительной трубе, на другом конце которой перпендикулярно оси трубы расположена плоская поверхность исследуемого материала. Между преобразователем и материалом на оси трубы расположен приемник акустических волн, соединенный через фильтр с измерителем амплитуды,Известно также устройство для измерения коэффициента отражения образцов, содержащее генератор радиоимпульсов с изменяемой частотой, подключенный к нему акустический излучатель, гидроакустическую трубу, один конец которой сопряжен с акустическим излучателем, а другой предназначен для контактирования с образцом, установленный в трубе акустический приемник, блок регистрации, выполненный из и фильтров гармоник, входы которых соединены с акустическим приемником, и измерителей амплитуды и и - 1 электрических цепей, состоящих из последовательно соединенных умножителей частоты, фазометра и индикатора, входы умножителей частоты подключены соответственно к выходам первых и - 1 фильтров гармоник и измерителей амплитуды, а вторые входы фазометров подключены соответственно к выходам фильтров последующих гармоник.Недостатками этого устройства являются ограниченность рабочего диапазона частот снизу значением резонансной частоты излучателя, невозможность использования в качестве рабочих сред сильновязких жидкостей из-за быстрого поглощения высокочастотных гармоник, невозможность получения непрерывной частотной зависимости коэффициента отражения в промежутках между частотами гармоник из-за узкой полосы пропускания излучающего преобразователя, Кроме того, недостатками устройства являются ограниченность рабочего диапазона частот сверху частотой возбуждения в трубе второй нормальной волны, низкая точность результатов измерений, вызванная искажением звукового поля в трубе приемником конечных размеров.Цель изобретения - повышение точности измерений, расширение диапазона рабочих частот и области применения.Это достигается тем, устройство, содержащее генератор с изменяемой частотой, излучающий преобразователь, гидроакустическую трубу, один торец которой предназначен для контактирования с образцом,а другой - с излучающим преобразователем, установленный в трубе приемный преобразователь, соединенные с ним два фильтра, измеритель амплитуды, умножитель частоты и последовательно соединенные фазометр, входы которого соединены с выходом первого фильтра и умножителя частоты, и индикатор, а входы измерителя амплитуды и умножителя частоты соединены с выходом второго фильтра С-Н - А - Б - Ж - Е - Н - О высокочастотным генератором с амплитудно-модулированным заполнением,входом соединенным с выходом генератора с изменяемой частотой, а выходом - с излучающим преобразователем, в качестве умножителя частоты использован умножитель на два, а в качестве приемного преобразователя - перекрывающий поперечное сечение гидроакустической трубы широкополосный приемник из звукочувствительной пленки,На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг, 2 - эпюры напряжений,поясняющих работу устройства,Устройство содержит перестраиваемый по частоте генератор 1, высокочастотный генератор 2 радиоимпульсов с амплитудно- модулированным заполнением и излучающий акустический преобразователь 3, включенные последовательно. Преобразователь 3 контактирует со средой 4, размещенной в измерительной акустической трубе 5, На противоположном от излучающего преобразователя конце трубы помещен образец исследуемого материала 6, Внутри трубы между излучающим преобразователем и образцом помещен широкополосный приемник 7 акустических сигналов,выполненный в виде перекрывающей поперечное сечение трубы мембраны из звуко- чувствительной пленки, Приемник 7 нагружен на входы селективных фильтров 8 и 9, которыепропускают сигналы, частоты которых относятся как 1:2, Выход фильтра 8 соединен с измерителем 10 амплитуды и удвоителем 11 частоты, выход последнего соединен с одним из двух входов фазометра 12, второй вход фазометра соединен с выходом фильтра 9. К выходу фазометра подклюУстройство работает следующим обра- зом.Перестраиваемый по частоте генератор 1 вырабатывает гармонический сигнал Ч 1 с частотой Й, поступающий на модулирующий вход высокочастотного генератора радиоимпульсов 2, который генерирует частоту в. С выхода генератора 2 на излучающий преобразователь 3 подаются ра1733998 55 диоимпульсы с амплитудно-модулированным (АМ) заполнением Н 2= Н 0 соз в 1.(1+ щсоз Йт). Излученный преобразователем 3 АМ сигнал благодаря квадратичной нелинейности среды генерирует две низкочастотные волны Й и 2 Й - первую и вторую волны разностной частоты (ВРЧ)Р (с,х)= Рсоз( 01 - Й х/с);Р д(1,х)= Р соз(2 Ит - 2 Их/с),После отраженя от исследуемого образца с комплексным коэффициентом отражения Н ехр 0 р) обе ВРЧ претерпевают фазовый сдвиг Рп (с,х= 1)= НРсоз(ас - а 1/с+ р );Р, ,(с,х= 1)= НР 2,соз(2 Й 1 - 2 Й 1 / с + ср) где Н и у - модуль и фаза коэффициента отражения; 1 - расстояние, прошедшее обеими РВЧ по пути излучатель (отражающая граница) приемник; С - скорость звука в среде. Падающие и отраженные сигналы принимаются .широкополосным приемником 7 и поступают на селективные фильтры 8 и 9, настроенные соответственно на пропускание частот Йи 2 Й . Сигналы ОЗпд и ОЗотр с выхода фильтра 8 поступают на измеритель амплитуды, например, осциллограф, с помощью которого измеряются их аплитуды, а затем определяется отношение О 30 тр/ОЗпад, равное модулю коэффициента отражения, Для измерения фазы коэффициента отражения проводится сравнение фаз 1-й и 2-й ВРЧ, для чего частота 1-й ВРЧ умножается на два в умножителе частоты 11:Р (с,х= )= НР соз(2 Йт - 2 Й 1/с)+ 2 д) ). Сигнал О 4 с выхода фильтра 9 и сигнал О 5 с выхода умножителя 11 поступают на фазометр 12, на выходе которого вырабатывается сигнал Об, амплитуда которого пропорциональна разности фаз сравниваемых сигналовР =Фа Раа=РПолученная разность фаз равна величине фазы коэффициента отражения. Выходное напряжение фазометра 12 Об регистрируется индикатором 13.В предлагаемом устройстве для измерения коэффициента отражения акустических сигналов достигается расширение 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 диапазона рабочих частот в область нижних частот посредством использования нелинейно генерируемых низкочастотных волн разностной частоты, а также - расширение в область верхних частот посредством применения звукоприемника в виде мембраны, перекрывающей поперечное сечение акустической трубы, что исключает влияние многомодовой интерференции. Область применения устройства расширена на сильновязкие среды, заполняющие трубу, и на измерение непрерывной частотной зависимости коэффициента отражения в широкой полосе частот благодаря использованию непрерывно перестраиваемых по частоте низкочастотных волн разностной частоты. Использование звукопроэрачного пленочного приемника повышает точность измерений благодаря исключению искажений звукового поля в трубе приемником конечных размеров.Формула изобретения Устройство для измерения коэффициента отражения акустических сигналов, содержащее генератор с изменяемой частотой, излучающий преобразователь, гидроакустическую трубу, один торец которой предназначен для контактирования с образцом, а другой - с излучающим преобразователем, установленный в трубе приемный преобразователь, соединенные с ним два фильтра, измеритель амплитуды, умножитель частоты и последовательно соединенные фазометр, входы которого соединены с выходами. первого фильтра и умножителя частоты, и индикатор, а входы измерителя амплитуды и умножителя частоты соединены с выходом второго фильтра, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, расширения диапазона рабочих частот и области применения, оно снабжено высокочастотным генератором с амплитудно-модулированным заполнением, входом соединенным с выходом генератора с изменяемой частотой, а выходом - с излучающим преобразователем, в качестве умножителя частоты использован умножитель на два, а в качестве приемного преобразователя - перекры вающий поперечное сечение гидроакустической трубы широкополосный приемник из эвукочувствительной пленки,,Федорова Корректор М.Кучерява едак аз 1666 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Ж,Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 тф) и