Устройство для определения скорости растространения продольных ультразвуковых колебаний

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Белорусский государственный институт метрологии(72) Авторы Добров Александр Анатольевич Лысенко Анна Васильевна(73) Патентообладатель Республиканское унитарное предприятие Белорусский государственный институт метрологии(57) Устройство для определения скорости распространения продольных ультразвуковых колебаний, включающее генератор радиоимпульсов с прямоугольной формой огибающей сигнала, излучающий и приемный иммерсионные пьезоэлектрические преобразователи,иммерсионную ванну с устройством юстировки преобразователей, предусилитель, полосовой фильтр, источник временных сдвигов, аналого-цифровой преобразователь, контроллер,персональный компьютер, отличающееся тем, что содержит два источника когерентного излучения, направленных друг на друга, жестко связанных в устройстве юстировки с корпусами излучающего и приемного пьезоэлектрических преобразователей, два экрана с отверстиями, высокоточную электронную линейку с устройством цифровой индикации,причем при соосном расположении корпусов пьезоэлектрических преобразователей лучи от источников расположены на одной линии.(56) 1. ТУ 50 БССР-01-87. Установка для определения скорости ультразвука УИСУ-2 М. Технические условия. 2. Патент РБ 2551. Предлагаемое техническое решение относится к ультразвуковым устройствам для определения скорости распространения ультразвуковых колебаний в твердых и жидких средах и может найти применение при метрологическом обеспечении контрольных образцов,акустических нагрузок, фантомов (тест-объектов), жидкостей, применяющихся в ультразвуковом неразрушающем контроле, а также в медицине при метрологическом обеспечении ультразвуковых томографов или сканеров. Известно устройство 1 для измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний, включающее блок генератора-предусилителя, содержащий генераторы радиоимпульсов с затухающей формой огибающей сигнала, генератор видеоимпульсов и предусилитель, а также источник временных сдвигов, осциллографический индикатор, излучающие и приемный иммерсионные пьезоэлектрические преобразователи и иммерсионную ванну с устройством юстировки преобразователей. Однако данное устройство обладает рядом недостатков, а именно отсутствие возможности изменения длительности импульсов генератора радиоимпульсов ограниченный (пять значений) набор частот заполнения радиоимпульсов, не позволяющий подстраивать генератор на частоту максимума преобразования иммерсионного пьезоэлектрического преобразователя низкая производительность процесса измерений и юстировки использование в качестве органов управления блоками установки механических переключателей и соединение с помощью переходников и кабелей источника временных сдвигов, осциллографического индикатора и блока генератора-предусилителя, приводящее к снижению надежности устройства отсутствие возможности автоматической обработки результатов измерений, их документирования и накопления отсутствие возможности отсечения мешающих сигналов (шумов, наводок и т.п.), лежащих вне рабочей полосы частот. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению(прототип) является установка для измерения скорости продольных ультразвуковых колебаний 2, включающая генератор радиоимпульсов с прямоугольной формой огибающей сигнала, излучающий и приемный иммерсионные пьезоэлектрические преобразователи,иммерсионную ванну с устройством юстировки преобразователей, предусилитель, полосовой фильтр, источник временных сдвигов, аналого-цифровой преобразователь, контроллер, персональный компьютер. Однако данная установка обладает рядом недостатков, а именно большие временные затраты на юстировку иммерсионных пьезоэлектрических преобразователей малая точность измерения смещения излучающего и приемного иммерсионных пьезоэлектрических преобразователей относительно друг друга и, как следствие, малая точность измерения скорости ультразвуковых колебаний в жидкости. Задачей предлагаемой полезной модели является создание автоматизированного цифрового устройства для определения скорости распространения продольных ультразвуковых колебаний, которое позволит ускорить процесс юстировки и улучшить его качество, а также проводить измерение скорости распространения ультразвуковых колебаний в жидкостях с высокой точностью. 2 100202014.04.30 Задача решается за счет того, что устройство для определения скорости распространения продольных ультразвуковых колебаний, включающее генератор радиоимпульсов с прямоугольной формой огибающей сигнала, излучающий и приемный иммерсионные пьезоэлектрические преобразователи, иммерсионную ванну с устройством юстировки преобразователей, предусилитель, полосовой фильтр, источник временных сдвигов, аналогоцифровой преобразователь, контроллер, персональный компьютер, отличается тем, что содержит два источника когерентного излучения, направленных друг на друга, жестко связанных в устройстве юстировки с корпусами излучающего и приемного пьезоэлектрических преобразователей, два экрана с отверстиями, высокоточную электронную линейку с устройством цифровой индикации, причем при соосном расположении корпусов пьезоэлектрических преобразователей лучи от источников расположены на одной линии. Сущность предлагаемого технического решения поясняется схемой устройства для определения скорости распространения продольных ультразвуковых колебаний, представленной на фигуре. Устройство для определения скорости распространения продольных ультразвуковых колебаний включает генератор радиоимпульсов с прямоугольной формой огибающей сигнала 1, излучающий 2 и приемный 3 иммерсионные пьезоэлектрические преобразователи,иммерсионную ванну с устройством юстировки преобразователей (на фигуре не показаны), предусилитель 4, полосовой фильтр 5, источник временных сдвигов 6, аналогоцифровой преобразователь 7, контроллер 8, персональный компьютер 9 включают два источника когерентного излучения 10, два экрана 11 с отверстиями (на фигуре не показаны),высокоточную электронную линейку 12 с устройством цифровой индикации 13. Устройство для определения скорости распространения продольных ультразвуковых колебаний работает следующим образом. Генератор радиоимпульсов 1 реализует принцип прямого цифрового синтеза и формирует радиоимпульс, который попадает на излучающий иммерсионный пьезоэлектрический преобразователь 2. Излучающий иммерсионный пьезоэлектрический преобразователь 2 возбуждается и излучает в направлении, перпендикулярном передней грани исследуемого образца, через слой иммерсионной жидкости импульс ультразвуковых колебаний, который в процессе многократных отражений от плоскопараллельных граней исследуемого образца трансформируется в последовательность затухающих по амплитуде эхоимпульсов, принимаемых приемным иммерсионным пьезоэлектрическим преобразователем 3 после прохождения через жидкость. Соосность излучающего 2 и приемного 3 иммерсионных пьезоэлектрических преобразователей обеспечивается совмещением точек от противоположных источников когерентного излучения 10 с отверстиями на экранах 11, которые одновременно являются и точками выхода лучей от источников когерентного излучения 10. Возможно применение совмещенной схемы, когда используется один пьезоэлектрический преобразователь, который и излучает, и принимает эхоимпульсы, отраженные от дна и поверхности образца. Возможно также применение раздельной схемы для определения скорости ультразвуковых колебаний в жидкости, когда приемный пьзоэлектрический преобразователь принимает прошедший импульс после прохождения через исследуемую жидкость, затемпоказания высокоточной электронной линейки 12 обнуляются на устройстве цифровой индикации 13, затем производится смещение приемного 3 или излучающего 2 иммерсионного пьезоэлектрического преобразователя с помощью устройства юстировки (на фигуре не указано) и снимается показание смещения с устройства цифровой индикации 13. Сигнал, полученный с приемного иммерсионного пьезоэлектрического преобразователя 3, поступает на предусилитель 4, где усиливается до амплитуды, достаточной для эффективного анализа. 3 100202014.04.30 Затем сигнал проходит через полосовой фильтр 5, позволяющий отсечь мешающие сигналы (шумы, наводки и т.п.), лежащие вне рабочей полосы частот, и далее поступает на источник временных сдвигов 6. Источник временных сдвигов 6 смещает сигналы относительно радиоимпульса для выбора отсчетных сигналов. Затем аналого-цифровой преобразователь 7 фиксирует уровень сигнала для последующего программного расчета задержки эхосигнала, а также выполняет оцифровку принятого сигнала для последующего анализа и визуализации, что необходимо для правильной юстировки иммерсионных пьезоэлектрических преобразователей относительно исследуемого образца и контроля процесса измерений. Контроллер 8 обеспечивает предварительную обработку получаемой информации,реализацию низкоуровневого измерительного алгоритма, управление всеми узлами установки и связь с управляющим персональным компьютером. Управляющий персональный компьютер 9 выполняет основной объем вычислений предусмотренных методикой измерений, обеспечивает эффективное взаимодействие оператора с установкой (оператору достаточно выбрать лишь параметры радиоимпульса, провести юстировку преобразователей относительно исследуемого образца и указать точки отсчета), визуальное представление процесса и результатов измерений, долговременное хранение и документирование результатов измерений. Применение в устройстве когерентных источников излучения и экранов с отверстиями позволит оперативно выполнять юстировку иммерсионных пьезоэлектрических преобразователей, а использование высокоточной электронной линейки с устройством цифровой индикации - проводить высокоточное измерение смещения излучающего и приемного иммерсионных преобразователей относительно друг друга. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4