Способ определения коэффициента затухания ультразвука

(я)5 601 Н 3/ БРЕТЕНИЯ ИСА АВТОРСКОМУ С ЕТЕЛ Ь СТВУ(71) Донской сельскохозяйственный институт(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИ Е НТА ЗАТУХАНИЯ УЛЬТРАЗВУКА(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано дляизучения акустических свойств биологических жидкостей, таких как кровь, лимфа ит.п. Цель изобретения - повышение точности определения коэффициента затухания,Цель достигается за счет того, что в исследуемой и дополнительно в образцовой жидкости проводят измерения и рассчитывают а=а,костью при янии между ем, а коэфют по фор уИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при изучении акустических свойств биологических жидкостей, таких, например, как кровь, лимфа, церебральная жидкость, почвенные растворы и т,п,Цель изобретения - повышение точности определения коэффициента затухания ультразвука в биологических жидкостяхЦель достигается тем, что совмещенный ультразвуковой преобразователь и отражатель устанавливают, на заданном расстоянии друг от друга, пространство между ними заполняют исследуемой жидкостью, излучают ультразвуковые импульсы в среду, принимают эхо-сигналь. от отражателя, измеряют амплитуды О и О 1 1-го и )-го эхоимпульсов, по которым рассчитывают коэффициент затухания. проводят аналогичные 1 Ю Ы м О 1) а=а,где а, - коэффиц ка в образцовой ж О, О 1 - амп пульсов в обраэцо причем в качестве пользуют жидкост торой и скоро ультразвуковых ко личинам плотност мой жидкости сооиент затуханияидкости;литуды 1-го ивой жидкостиобразцовой жь, величины плсти распролебаний в неи и скороститветственно ультра-Го эхо"имидкости исотности ко стра нения й равны вев исследуеГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) коэффициент затухания ультразвуковых колебаний при одинаковом фиксированномрасстоянии, а коэффициент затухания рассчитывают по формуле где а 0 - коэффициент затухания ультразвука в образцовой жидкости; О 1,Ц - амплитуда 1-го и )-го эхо-импульсов в образцовой жидкости; - расстояние между преобразователем и отражателем, а в качестве образцовой жидкости используют жидкость, плотность которой и скорость распространения ультразвуковых колебаний в ней равны величинам плотности и скорости в исследуемой жидкости соответственно. 1 з,п, ф-лы, 1 ил. измерения с образцовой ж том же фиксированном расс преобразователем и отража фициент затухания рассчиты-га 450=0 о Ко Д/1-Р 1 е К 1,а для амплитуды второго импульса-4 а50Ог=ОоКорг ф 1/1 РГ е Кг Очевидно, что для амплитуды О и.0 1-го и-эаО-Оо Кф В 1 " 1/1 -ф е . Кк- га01=0 о Ксф В " 1 Г - Я е К Способ поясняется чертежом и осуществляется следующим образом,В отверстии одной иэ стенок измерительной кюветы (фиг.1) закрепляют,ультразвуковой преобразователь 1, противоположная стенка 2 является отражателем,Преобразователем может служить, например, датчик иэ набора.к прибору УДММ,отражателем - стальная пластина. Измеряют расстояние между преобразователем и 10отражателем,Кювету сначала наполняют исследуемой жидкостью, производят излучение ультразвуковых импульсов в жидкость и приемэхо-импульсов, отраженных от отражателя, .15Отсчитывают от зондирующего 1-й импульс,измеряют его амплитуду Оь затем отсчитывают )-й импульс и измеряют его амплитудуО. Определяют скорость ультразвука в исследуемой жидкости одним из известных 20способов. Затем проводят аналогичные из.мерения с образцовой жидкостью. Образцовая жидкость должна быть такой, чтобыее плотность и скорость ультразвука в нейбыли равны или очень близки к плотности и 25скорости ультразвука в исследуемой жидкости. Это обеспечивает идентичность влияния дифракционных эффектов на амплитудуимпульсов в исследуемой и образцовойжидкостях (например, одинаковую протяженность зоны Френеля),Коэффициент затухания а вычисляют поформуле, полученной следующим образом,приняв, что Ко - коэффициент преобразования механических колебаний в электрические, ф 1 и Рг - коэффициенты отраженияультразвука на границе жидкости с преобразователем и отражателем соответственно, К - коэффициент, учитывающийвлияние дифракционных эффектов на амплитуду, Оо- амплитуда иэлученного импуль-са, будем иметь для амплитуды первогоэхо-импульса в исследуемьй жидкостиОтношение этих амплитуд О - К, -г( -)а -=ф В 1- -е К 1, О К Аналогично отношение амплитуд О иО 1-го и )-го эхо-импульсов в образцовойжидкости- - =(фг)1, В ) - -х(3) ,Разделив(3) на (2) и учитывая, что вследствие близости исследуемой и образцовой жидкостей по плотности и скорости ультраК К звука Д =фг = )/31 =Д; - "- = - 3-;Кполучим о)- г( -)(а, - а)О После логарифмирования и простыхпреобразований будем иметь 21 - 1) Пример использования предлагаемого способа,Предлагаемый способ был применен для определения коэффициента затухания ультразвука в почвенных взвесях. Навеску почвы заливали дистиллированной водой в отношении 3/2 (две весовые части почвы на три части воды), После 20-минутного отстаивания в стеклянном цилиндре, в результате которого крупные частицы вследствие оседания были удалены из воды, взвесью наполняли измерительную кювету. В течение 40 мин через каждые 10 мин производили измерения амплитуды 01 и 04 первОго и четвертого эхо-импульсов.Затем взвесь удаляли из кюветы и на-, полняли ее дистиллированной водой (образ. цовой жидкостью). Вновь производили измерения амплитуды 01 и 04 первого и четвертого эхо-импульсов.Расстояние между преобразователем и отражателем равно = 15,0 мм, Резонансная частота преобразователя К= 2,5 мГц. Температура проб исследуемой жидкости и воды впределах 19,5-20,4 С. В качестве измери 182022910 15 20 Д - р С +рС 1 -1 эффициент затуханной взвеси, измем и известным иента затухания мому способу, н й, получаемых и ного объекта (по я со временем так нных твердых час теля амплитуд использовали осциллограф С 1-65, снабженный калиброванным аттенюатором.В табл, 1 приведены амплитуды первого и четвертого эхо-импульсов в почвенной взвеси и дистиллированной водеКоэффициент затухания ультразвука в исследованных пробах почвенной взвеси для разных моментов времени вычисляли по предлагаемой формуле (1), а также для сравнения - по известной формуле (4) 1 ПО-ЬО 1 Р 0,2 ( -- 1) 21(4)Для определения значения а в формуле (2) было использовано табличное значение а Л = 25 10 С /см (Таблицы физических величин. Справочник под редакцией академика Кикоина. М., Атомиздат, 1976, с 84). Поскольку в эксперименте частота Е=2,510 Гц,тоа 0=0,00156 см.При вычислении величин р 2 и 30, входящих в формулу (4), было учтено, что в датчиках из комплекта прибора УДММ, один из которых использовался в эксперименте, пьезоэлектрическая керамика с наружной стороны (в направлении излучения) приклеена к защитной стальной властине. Излучение ультразвука происходило в воду или водную взвесь почвы, поэтому 32 является коэффициентом отражения на границе раздела воды и стали.В соответствии с известной формулой где рст = 7,8 г/см и Сстм/с - плотзность и скорость ультразвука для стали;рв - 1 г/см и Св = 1490 м/с - плотностьзи скорость ультразвука при 20 С для воды. Подставляя эти данные в последнюю формулу, получают= 0,938: о = - и Р 2 = 0,0212 В табл. 2 приведен ко ния ультразвука в почве ренный предлагаемы способамиЗначение коэффиц полученные по предлага порядок меньше значен известному способу.Свойства исследова чвенной взвеси) меняютс что конце рация взвеш 25 30 35 40 тиц в озвучиваемом обьеме вследствие оседания уменьшается. Эти изменения свойств оказывают очень сильное влияние на величину коэффйциента затухания, измеренного по предлагаемому способу, и очень незначительное - на значение этого коэффициента при измерениях известным способом Чувствительность предлагаемого способа к изменениям свойств объекта значительно выше.Отмеченные обстоятельства объясняются тем, что подавляющая час;ь величины коэффициента затухания, измеренного известным способом, определяется влиянием дифракционных эффектов на амплитуду импульсов, а не взаимодействием ультразвукаlс исследуемой средой, Точность предлагаемого способа измерения коэффициента затухания выше, чем известного. Формула изобретения 1, Способ определения коэффициента затухания ультразвука в жидкости, заключающийся в том, что совмещенный ультразвуковой преобразователь и отражатель устанавливают на заданном расстоянии друг от друга, пространство между ними заполняют исследуемой жидкостью. излучают ульразвуковые импульсы в среду, принимают эхо-сигналы от отражателя, измеряют амплитуды О иО 1-го и )-го эхо-импульсов, по которым рассчитывают коэффициент затухания. о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения коэффициента затухания в биологических жидкостях, дополнительно проводя аналогичные измерения с образцовой жидкостью при том же фиксированном расстоянии между преобразователем и отражателем, а коэффициент затухания рассчитывают по формуле где а - коэффициент затухания и ультразвука в образцовой жидкости;О и О - амплитуды 1-го и )-го эхо-импульсов в образцовой жидкости;- расстояние между преобразователем и отражателем.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве образцовой жидкости используют жидкость, величина плотности которой и скорость распространенич ультразвуковых колебаний в ней равны величинам плотности и скорости в исследуемой жидкости соответственно,1820229 Таблица 1 30 мин 40 мин 20 мин Обра 01 04 04 О 1 О 1 зец Таблица 2 Составитель Т.ГоловкинаТехред М. Моргентал Корректор С.Патрушева Редактор Л.Волкова Заказ 2023 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, уп.гадрина 101 ВзвесьВо а 50 50 2,5 3,7 50 50 3,2 4,0 50 50 3,4 3,8 50 мин - т -50 3,5 50 3,9 60 мин04 50 36 50 39