Установка для исследования нерезонансных взаимодействий акустических волн

тЯР ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Свердловский .горный институтим. В.В.Вахрушева и Западно-Сибирский научно-исследовательский геологоразведочный нефтяной институт(56) ГМФТ, 1974, вып.5, с.154-156.Балашов Г,М. Модуляционные методы измерения нелинейных упругихпараметров твердых тел. Канд,дисс.Физ-мат.наук, Горький, 1 977,с.82-84.(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ИЕРЕЗОНАНСНЫХ ВЗАИМНОДЕЙСТВИИ АКУСТИЧЕСКИХВОЛН(57) Изобретение относится к областинелинейной акустики и может быть использовано для исследования физикомеханических свойств материалов, на пример для измерения индекса фазовой 801569697 модуляции звуковои волны при определении модулей упругости третьего порядка. Цель изобретения состоит в расширении диапазона исследуемых веществпутем устранения влияния переотраженных от граней образца акустическихволн на результат измерений. В устройстве с помощью преобразователя 4 осуществляется зондирование исследуемогообразца 3 высокочастотными акустическими импульсами с линейной частотноймодуляцией, которые модулируются поФазе низкочастотным акустическим полем, создаваемым преобразователем 1.На выходе приемного преобразователя 5осуществляют фильтрацию низкочастотного сигнала, перемножение полученного сигнала с зондирующим сигналом иизмерение величины низкочастотныхколебаний, выделяемых блоком 1 0 Фильров, по которым судят об индексеФазовой модуляции акустической волныдругой акустической волной при ихнерезонансном взаимодействии. 4 ил.Изобретение относится к нелинейной акустике и может быть использовано для исследования Физико-механических свойств материалов, например для измерения индекса Фазовой модуляции звуковой волны при определении модулей упругости третьего порядка,Цель изобретения состоит в расширении диапазона исследуемых веществ путем устранения влияния переотраженных от граней образца акустических волн на результаты измерений.На Фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройстваф на Фиг. 2- схема блока фильтров, на фиг. 3 - временная диаграмма излучаемого и принимаемых ЛЧИ сигналове, на, фиг,4 - график спектров электрических сигна, лов, поясняющих работу устройства,Установка для исследования нерезонИноиых взаимодействий акустических волн содержит последователъно соединенные генератор 1 гармонического низкочастотного си:н:ла и излучающий 25 акустический преобразователь 2, предназначенный для установки на поверх - ности прямоугольного образца 3 исследуемого материала, второй излучающий акустический преобразователь 4 и приемный преобразователь 5, предназначенные для установки на поверхность образца 3 на его противоположных гранях, перпендикулярных плоскости установки первого излучающего акустического преобразователя 2, вольтметр 6 и подключенный к выходу приемного преобразователя полосовой Фильтр 7, генератор 8 линейно-частотно-модулированного сигнала и последовательно 40 соединенные перемножитель 9 и блок 16 фильтров, выход которого подключен к входу вольтметра 6, первый выход генератора 8 линейно-частотно-модули" рованного сигнала подключен к входу второго излучающего акустического преобразователя 4, второй выход - к первому входу перемножителя 9, второй вход которого подключен к выходу полосового Фильтра 7.50Блок 10 Фильтров (фиг.2) содержитпервый 11, второй 1 2 Фильтры и ключ13, причем выход первого фильтра 11соединен с первым входом, а выход55второго фильтра 12 - с второым входомключа 13, выход 14 которого служитвыходом блока 10 фильтров, а входыпервого 11 и второго ,2 Фильтрон объ единены и служат входом блока 10 фильтров.Установка работает следующим образом.Линейно-частотно-модулированные ЛЧИ) импульсы нида Усоз(И, + 28(з 1 Яз - нижняя и верхняя частотыЛЧМ-импульса, соответственна,3 - скорость изменения мгновенного значения частотыЛЧМ-импульса.со скважностью Я = 1 поступают с выхо-. да генератора 8 ЛЧИ-сигнала на второй излучающий преобразователь 4, имеющий равномерную амплитудно-частотную характеристику в диапазоне частот 3 ВИ сигнала. Сигнал (.1), преобразованный в упругое колебание, распространяется в исследуемом образце 3 н направлении приемного преобразователя 5 с параметрами, аналогичными параметрам излучающего преобразователя 4. С генератора 1 тармонического низкочастотного сигнала сигнал вида Ц = О созЯ,С+ шз 1 п(2 ф +1,(3) Часть энергии акустической волны отражается от границ образца и преоб поступает на первый излучающий преобразователь 2, создающий в исследуемомобразце 9 стоячую волну, которая изза нелинейности образца моделирует поФазе распространяющийся ЛЧМ-сигнал,который, к тому же, приобретает задержку на время= Ь/С, обусловленное конечной скоростью (С) распространения ультразвуковых волн в исследуемом образце 3, и после преобразованияприемным преобразователем 5 принимаетвид+ - Я(С +(, ) й +-11 шсояУ й +21 2 2 1 О и напряжение с частотой низкочастотной стоячей волны Я. Мгновенный спектрсуммарного напряжения в произвольныймомент времени ); изображен на,фиг.4 а.Это суммарное напряжение с выхода 30(6)1 г ( л- -ц осоя(о с я 2 Б(с - сс -цс приемного преобразователя 5 поступает на вход полосового Фильтра 7, име- ющего равномерную амплитудно-частотную характеристику в диапазоне частот принимаемого ЛЧМ-сигнала. 35На выходе Фильтра 7 имеет место сумма напряжений (4), а низкочастотная составляющая с частотой (2 отфильтровывается (спектр изображен на Фиг.4 б). 40Таким образом, на выходе Фильтра 7 имеется сумма ЛЧМ-сигналов, которые из-за разного времени задержки в образце -Б Зь 1 Б 5(, имеют разные зиаБ Б Счения мгновенной частоты отличающй еся на 2 п Яр где Я= 1/2 Я 0 - частота биений, причем 0 С Я,3Используя то, что ЛЧМ-сигнал, имеющий большую базуНапряжение (6) с выхода Фильтра 7 поступает на первый вход перемножителя 9, на второй вход которого поступает сигнал (1) с генератора 8 ЛЧМ- сигнала (мгновенный спектр изображен на фиг.4 в), Учитывая коэффициент перемножения КБ перемножителя 9, который должен иметь равномерную амплитудно-частотную характеристику в диапазоне ЛЧМ-сигнала, записывают сигнал на его выходе 50 5 1569697. 6разуется приемным преобразователем 5Ц, = НсояЯ С + -Я(С-(, )1+шя 1 п(Яй+в электрическое напряжение вида (3), - я, ( )но с другим временем задержки Д1 лл(2+1) (, индексом модуляции ши 11 11 Я ( )начальной Фазой (. , где и - номер5Г 1 лпереотраженного сигнала. + -Ь сояу С + -Я(с -(, ) С +2 П) 1 о 2На Фиг.З изображена временная диаграмма, иллюстрирующая изменение во 1+ -(с - (, )е -й-(и 19 сигналов,Таким образом, на выходе приемного преобразователя 5 имеет место сум- т.е. каждое слагаемое выражения (4)ма напряжений 15 можно разложить на составляющие видаС)0 (5), Для упрощения математическихЦ = Ц +, Ц, = Н сояО, + выкладок берут из суммы напряжений(4), кроме инФормационного сигналаЬ , первый переотраженный сигнал П,2 Б20 этот сигнал можно отФильтроватьостальные переотраженные сигналыотфильтровывак 1 тся аналогично:можно рассматривать в каждый моментвремени как гармонический сигнал,и,учитывая, что для большинства твердых сред ш ( 1, этот сигнал можнопредставить в виде суммы трех спектральных составляющих Ц. = КПьц = - К Н Н соя( - ЯСс)+1 1ц ( 2 БО 2.55 1 +-К 11 Н соя(2 ЯЕ + Ят Я( С) + 1 О ,21л- Б ц ц ю (а -- БЯс е 91+с)2"1569697 Раг.2 ней образца сигналов на измеряемуювеличину индекса Фазовой модуляции,тем самым нет необходимости.подби. -рать образцы с большим затуханием,уменьшающим величину переотраженныхсигналов, Следовательно, диапазониспользуемых для измерений образцоврасширяется. 1 ОКроме того, обработка информаци-, онного сигнала переносится в низкочастотную область, и аппаратурная реализация устройства упрощается. 35Формула изобретения Установка для исследования не- резонансных взаимодействий акустических волн, содержащая последовательно соединенные генератор гармонического низкочастотного сигнала и излучающий акустический преобразователь, предназначенный для установки на поверхности прямоугольного образ ца исследуемого материала, второй излучающий акустический преобразователь и приемный преобразователь, предназначенные для установки на поверхностиобразца на его противоположных гранях, перпендикулярных плоскости установки первого излучающего акустиче-.ского преобразователя, вольтметр иподключенный к выходу приемного преобразователя полосовой филътр, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения диапазона исследуемыхвеществ путем устранения влияния переотраженных от граней образца акустических сигналов на результаты измерений, она снабжена генератором линейно-частотно-модулированного сигнала и последовательно соединеннымиперемножителем и блоком Филътров,выход которого подключен к входувольтметра, первый выход генераторалинейно- частотно-модулированного сигнала подключен к входу второго излучающего акустического преобразователя, второй выход - к первому входуперемножителя, второй вход которогоподключен к выходу полосового Фильтра.1569697 Щд,4остаьитель Г, МаксимочТехред Л,Сердюкова инКорректор О Кран Редактор 1 а а 4 а ГКНТ ССС осударс т .; кн: кс .:,-"т патент 1 роют, 1-1 дефа Тираж нного комит 3 О 35, Москв та по изобретени Ж, Раушская