Способ измерения акустических параметров вещества

ет их применение для систем с переменной длиной для устранения дифракционных погрешностей и подстройку вогнутости на основе теоретических или экспериментальных данных в системах с постоянной длиной.Целью изобретения является повышение точности измерения путем управления рвдйусом кривизны Формы фронта волны,Укаэанная цель достигается тем, что в способе измерения акустических параметров вещества, заключающимся в том, что исследуемое вещество помещают в камеру ультразвукового интерферометра, формируют в ней вогнутую форму фройта,ультразвуковой волны, изменяют частоту возбуждаемой волны или базу ультразвукового интерферометра и измеряют частоты локальных максимумов принятого сигнала, по которым определяют скорость распространения ультразвуковой волны и коэффициент поглощения, формирование формы фронта волны осуществляют сдвигом фаз излучаемого и принимаемого сигналов до совпадения Фаз излучаемой и всех отраженных волн,На фиг. 1 изображена структурная схема, с помощью которой реализуется способ; на Фиг, 2 - образование Фронта волны при излучении и приеме и расположение кольцевых электродов; на фиг. 3 - выходной сигнал камеры с обозначением характерных значений (А, В, С - максимумов, Е - минимума, О - в 0,707 раза меньше максимума); на фиг, 4 - зависимость приращения дй радиуса фронта волны для пьеэоизлучателя (кривая ) и пьеэоприемника (ривая 1) от количества в .пробегов волны вперед и назад(а) и зависимость поправочного оэффициента Кв к дйо,в от относительного уменьшения амплитуды волны А/Ао ввиду поглощения (6).ГраФики 4 (а и б) получены моделированием на персональном компьютере;Способ осуществляют с помощью измерительной системы. содержащей диапаэонный генератор 1, регулируемый фазофращатель 2 многоканальный, излучающий 3 и приемный 4 пьезопреобразователи, камеру 5 интерферометра, в которую вмонтированы преобразователи 3 и 4, блок 6 перемещения преобразователя, регулируемый фазовращатель 7, измеритель 8 амплитуды, формирователь 9 меток перемещения, компьютер 10. Заполняют камеру 5 исследуемым веществом, о котором известны приближенные значения скорости ультразвука и с коэффициента поглощения а, Загружают в память компьютера программы, позво ляющие провести расчеты по следующимформулам:ЬЪ, = (Ф, - -й, ); (1)2 юх 2 -5 йп,в =йв,в - 1(1+дйо,вКв); (2) .авй 1,в+йз,в =й, Кв =е 2; (3,4)с = , (5)2ь - а , (8)2 о,(9)Овьгде Ь 1 ъ, - Фазовый сдвиг напряжения, по-.20 даваемого на -й электрод пьезоизлучателяили снимаемого с -го электрода пьезопри-.емника (они задаются Фазовращателями 2 и7);г - средний диаметр -го электрода;в - 2,5в, гп - 1, 2, 3, 4 - количествопробегов волны в камере вперед и назад;й,о /2 и = 1 для пьеэоприемника, 2 -для пьезоиэлучателя;.М 1,в = 0,18; 0,085: 0,045: 0,026:Ьй 2,в 0,08; 0.062; 0,03; 0,02;- расстояние между преобразователюмй,й,в - радиус Фронта волны;с, 1 - скорость и частота ультразвука;а- коэффициент поглощейия ультразвука;К 1, К 2 - коэффициенты;А- длина волны ультразвука в среде, 1,40 4 ь-эначениядлин40 , а, ь - эначейия частоты;Овах, О вы - максимальное и минимальное значения напряжения (локальные);И, Ьй - полное количество полуволнультразвука в камере и изменения его между точками А и В;е - приборная константа, отражающаяпотери энергии в преобразователях,Формула(1) выражает геометриюсферического фронта, формула(2)- изменение радиусакривизны суммарной волны по сравнению сисходной, формула (3) означает, что Фокусыобоих волн совпадают. Формулы Я-(9)-изввсгныизинтерферометрииислужатдля определения с и а, Значения дйо,в полученымоделированием и загружены в виде таблицы.Также загружают рядзависимостейдляуправле- .ния фазовыми сдвигами вида Ьуъ, = Ь 1 Ъ,(8),где з - управляющий сигнал, подаваемый нафазовращатель с компьютера. Если измерения проводятся в режиме переменной дли- получается меньше, чем в незатухающей ны, то применяют формулы (5), (8), (9), если среде. Уменьшение дй в процентах К как в режиме переменной частоты - формулы Функция относительного уменьшения амп- (6), (7) и (8). Здесь К =2 л/Л = 2 л/с, т.е, М литуды волны А/Ао, изображено на фиг. 4 б, может изменяться изменением 1 или. Ин Графики (Фиг. 4) получены моделированием дексыа-есоответствуютточкамА-Е нефиг, на персональном компьютере как обобще. Заносят в компьютер приближенно изве- ние расчетов распространения волн и дй стные значения с и а, а если их нет, то длябольшогоколичестваслучаев. Изграфиподставляют с - 1200 м/с и а иэ расчета ков (фиг. 4) получены значения Кп, и дйп, а=0,1, что реальнодля работы сжидкостя подставляемые.в формулы (1) - (4), Учет коми, личества пробегов при е4 не целесооб раНа основе этих данных компьютер вы- зен,числяет Фазовые углы Ь 1 Ъ, по формулам (1) Это моделирование проведено в про - (4) и устанавливает их в блоках 2 и 7 по- цессе разработки и наладки измерительной средством подачи сигналов, 15 системы, а в компьютере измерительной сиНапряжение генератора 1 через фазов- стемы хранятся только зависимости дй от е ращатель 2 подают на кольцевые электроды и Кщ от А/Ао, или чтоРавносильно, от а (4), излучателя 3. Фазовые углы каналов фазов- С началом измерения начинают иэмеращателей 2 и.7 выбраны так, что фронты нять(режим переменной длины) или 1(реизлучаемой и принимаемой волн вогнутые 20 жим постоянной длины). Информация о (линии 1 иЧ, фиг. 2 а). Это соответствует текущей длине или частоте поступает в коммаксимальному отстаиванию по Фазе кана- . пьютер, где для каждого их значения подла центрального кругового электрода и все считываются ЬуЪ,ь обеспечивающие меньшемуотставанию пофазедля каналов -Совпадения точек 01 обеих волн И и Ч 1. каждого более периферийного электрода. 2 Г-Хаким образом, волны И и 1 Ч образуют конКоличество каналов в фазовращателях рав-Фокальную систему, если введены правильноколичествуэлектродов.Однаковолныот- ные значения с и а, Если так, то в ражаются от преобразователей как от - определенные моменты времени совпадаплоских поверхностей, образуя, например, ют фазы излучаемой и всех отраженных слегка выпуклыйфронт(пунктир нафиг.2 а). 30. волн и конфокальная система резонирует. Волна П, однократно прошедшая до прием.- Случай резонанса повторяются и выходной ника и обратно (е - 1), Волну. движущуюся сигнал имеет форму. изображенную на фиг, в направлении приемного преобразователя Г. 3, Теперь измеряют напряжения и частоты 4, составляет сумма излучаемой и отражен- (длины) особых точек А-Е, характеризуюной волн(линия И 1, Фиг, 2 а)., 35 щих каждый резонанс. По ним компьютерКолебания чаСтиц среды в точке Г 1 мож- вычисляет значения с и а. Подставляют ноно получить суммируя два вектора Л 1 и ЧЧ 2, вые значения в формулы (1) - (4), т.е, вводят каждый иэкоторыхпропорционаленампли- их в программы компьютера и повторяют туде соответствующей волны и направлен измерения. Критерием того, что получены перпендикулярно фронту. Расчет суммар точные значения с и а. служат; получение ных векторов И/з по формулам сложения техже значений приповторнойподстановвекторов позволяет построить суммарный ке и симметричная правильная Форма сигфронт И 1, Радиус кривизны этой волны 01 Р 1 нала каждого резонанса (фиг. 3),больше, чем излучаемой волны 02 Г 1. Волна Положительный эффект заключается в 111 проходит еще раз вперед, назад и отра том, что конфокальный режим измерения и жается от излучателя, таким образом удли- связанное с этим устранение дифракционняя еще раз радиус суммарной волны ных погрешностей обеспечивается как в (излучаемой и однократно прошедший) и случае постоянной длины, так и перемент.д, Зависимость относительного удлинения ной,радиуса дй ОГ/02 Г - 1 от количества 50 Формула изобретения пробеговволны.впереди назадизображено Способ измерения акустических парана фиг. 4 а, 1, метроввещества,заключающийся вТакже рассчитан фронт принимаемой том, что исследуемое вещество помещают в волны Ч 1 из фронтов излучаемой 1 Ч и одно- камеру ультразвукового интерферометра, кратно прошедшей среду Ч волн, Зависи формируют в ней вогнутую форму фронта мость дй дана на фиг, 4 а, 1, Здесь д б = ультразвуковой волны, изменяют частоту 01 Р 1/02 Р 2 -1. Однако амплитуда волны с возбуждаемой волны или базу ультразвукокаждым пробегом уменьшается ввиду по- вого интерферометра и измеряют частоты глощения, это уменьшает ее влияние и дй локальных максимумов принятого сигнала,по которым определяют скорость распространения ультразвуковой волны и коэффициент поглощения, о т л и ч а ю щ и й с я тем. что, с целью повышения точности измерения путем управления радиусом кривизны 5 формы фронта волны, формирование формы фронта волны осуществляют сдвигом фаз излучаемого и принимаемого сигналов до совпадения фаз излучаемой и всех отраженных волн.ул,Гагарина, 1 еодственно-издательский комбинат "Патент", г. У Тираж жодписноеударственного комитета о изобретениям и открмтиям при ГКНТ.С 113035, Москва, Ж, Раувская наб., 4/8