RU1820229C - Способ определени коэффициента затухани ультразвука - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  изучени  акустических свойств биологических жидкостей, таких как кровь, лимфа и т.п. Цель изобретени  - повышение точности определени  коэффициента затухани . Цель достигаетс  за счет того, что в исследуемой и дополнительно в образцовой жидкости провод т измерени  и рассчитывают коэффициент затухани  ультразвуковых колебаний при одинаковом фиксированном рассто нии, а коэффициент затухани  рассчитывают по формуле + In ( UJ/UJ) - In ( Ц/Ц ) 2I() где «о - коэффициент затухани  ультразвука в образцовой жидкости; UiMJj - амплитуда 1-го и j-ro эхо-импульсов в образцовой жидкости; I - рассто ние между преобразователем и отражателем, а в качестве образцовой жидкости используют жидкость, плотность которой и скорость распространени  ультразвуковых колебаний в ней равны величинам плотности и скорости в исследуемой жидкости соответственно. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. у :fe

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано при изучении акустических свойств биологических жидкостей, таких, например, как кровь, лимфа, церебральна  жидкость, почвенные растворы и т.п.

Цель изобретени  - повышение точности определени  коэффициента затухани  ультразвука в биологических жидкост х

Цель достигаетс  тем, что совмещенный ультразвуковой преобразователь и отражатель устанавливают на заданном рассто нии друг от друга, пространство между ними заполн ют исследуемой жидкостью, излучают ультразвуковые импульсы в среду, принимают эхо-сигналы от отражател , измер ют амплитуды Ui и Uj i-ro и j-ro эхо- импульсов, по которым рассчитывают коэффициент затухани , провод т аналогичные

измерени  с образцовой жидкостью при том же фиксированном рассто нии между преобразователем и отражателем, а коэффициент затухани  рассчитывают по формуле

a f + (UiAJi)-ln(U|/U,). 2l(j-f)

где оь - коэффициент затухани  ультразвука в образцовой жидкости;

Ui1, DJ - амплитуды i-ro и j-ro эхо-импульсов в образцовой жидкости, причем в качестве образцовой жидкости используют жид кость, величины плотности которой и скорости распространени  ультразвуковых колебаний в ней равны величинам плотности и скорости в исследуемой жидкости соответственно

00

ю о ю ю ю

Способ по сн етс  чертежом и осуществл етс  следующим образом.

В отверстии одной из стенок измерительной кюветы (фиг.1) закрепл ют,., ультразвуковой преобразователь 1, противоположна  стенка 2  вл етс  отражателем. Преобразователем может служить, например , датчик из набора к прибору УДМ-1М. отражателем - стальна  пластина. Измер ют рассто ние между преобразователем и отражателем.

Кювету сначала наполн ют исследуемой жидкостью, производ т излучение ультразвуковых импульсов в жидкость и прием эхо-импульсов, отраженных от отражател . Отсчитывают от зондирующего 1-й импульс, измер ют его амплитуду Ui, затем отсчитывают j-й импульс и измер ют его амплитуду Uj. Определ ют скорость ультразвука в исследуемой жидкости одним из известных способов. Затем провод т аналогичные измерени  с образцовой жидкостью. Образцова  жидкость должна быть такой, чтобы ее плотность и скорбеть ультразвука в ней были равны или очень близки к плотности и скорости ультразвука в исследуемой жидкости . Это обеспечивает идентичность вли ни  дифракционных эффектов на амплитуду импульсов в исследуемой и образцовой жидкост х (например, одинаковую прот женность зоны Френел ).

Коэффициент затухани  а вычисл ют по формуле, полученной следующим образом, прин в, что Ко - коэффициент преобразовани  механических колебаний в электрические , /3i и ftz - коэффициенты отражени  ультразвука на границе жидкости с преобразователем и отражателем соответственно . Km - коэффициент, учитывающий вли ние дифракционных эффектов на амплитуду , Uo - амплитуда излученного импульса , будем иметь дл  амплитуды первого эхо-импульса в исследуемой жидкости .

Ui U0Ko#Vl -ft

-2GM

е-Ki,

а дл  амплитуды второго импульса

л Л, -4Ш U2 U0Ko$ #V1-# -е К2

Очевидно, что дл  амплитуды Ui и Uj 1-го и j-ro эхо-импульсов получим

. . ,-2iai UrUo Mz B-J V1 -# e Ki:

. , .-2j«i UrUoKc -BT 1Vl $ -e -Kj,

Отношение этих амплитуд

i-i Kj -2(j-i)ai

Ж.д.вГ .З-в

Kj.

Аналогично отношение амплитуд Ui и Uj 1-го и J-ro эхо-импульсов в образцовой жидкости

U-O -CB-,) - .

-2(j-|)«ol

х е . Kj. (3)

Разделив (3) на (2) и учитыва , что вследствие близости исследуемой и образцовой жидкостей по плотности и скррости ультразвука /& Дг /3i -fh.; V ,

К| Ki получим

А

и -2(|-i)i(0o-a)

U,

После логарифмировани  и простых преобразований будем иметь

д-д.+ (UJ/UJ)-ln() a 0o+2l(j-l)

Пример использовани  предлагаемого способа.

Предлагаемый способ был применен дл  определени  коэффициента затухани 

ультразвука в почвенных взвес х. Навеску почвы заливали дистиллированной водой в отношении 3/2 (две весовые части почвы на три части воды). После 20-минутного отстаивани  в стекл нном цилиндре, в результате которого крупные частицы вследствие оседани  были удалены из воды, взвесью наполн ли измерительную кювету. В течение 40 мин через каждые 10 мин производили измерени  амплитуды Ui и U4 первого и

четвертого эхо-импульсов.

Затем взвесь удал ли из кюветы и наг полн ли ее дистиллированной водой (обраэ цовой жидкостью). Вновь производили измерени  амплитуды Ui1 и UV первого и

четвертого эхо-импульсов.

Рассто ние между преобразователем и отражателем равно I 15,0 мм. Резонансна  частота преобразовател  f 2,5 мГц. Темпе ратура проб исследуемой жидкости и воды в пределах 19,5-20,4°С. В качестве измерител  амплитуд использовали осциллограф С1-65, снабженный калиброванным аттенюатором .

В табл. 1 приведены амплитуды первого и четвертого эхо-импульсов в почвенной взвеси и дистиллированной воде

Коэффициент затухани  ультразвука в исследованных пробах почвенной взвеси дл  разных моментов времени вычисл ли по предлагаемой формуле (1), а также дл  сравнени  - по известной формуле (4)

(4

Дл  определени  значени  Оо в формуле (2) было использовано табличное значе- ние «о/f2 25 С2/см (Таблицы физических величин. Справочник под редакцией академика Кикоина. М., Атомиздат, 1976, с.. 84). Поскольку в эксперименте частота f 2,5 Ю6 Гц, то «о 0,00156 .

При вычислении величин/ 2 . вход щих в формулу (4), было учтено, что в датчиках из комплекта прибора УДМ-Ш, один из которых использовалс  в эксперименте, пьезоэлектрическа  керамика с наружной стороны (в направлении излучени ) приклеена к защитной стальной пластине. Излучение ультразвука происходило в воду или водную взвесь почвы, поэтому /%  вл етс  коэффициентом отражени  на границе раздела воды и стали.

В соответствии с известной формулой

fc- PCT CCT -PB CB

PCT Сет +/0в CB

где 7,8 г/см3 и Сет 6000 м/с - плотность и скорость ультразвука дл  стали;

РЪ 1 г/см3 и Св 1490 м/с - плотность и скорость ультразвука при 20°С дл  воды. Подставл   эти данные в последнюю формулу , получают

Дг 0,938; # - -In fh 0,0212.

В табл. 2 приведен коэффициент затухани  ультразвука в почвенной взвеси, измеренный предлагаемым и известным способами

Значение коэффициента затухани , полученные по предлагаемому способу, на пор док меньше значений, получаемых по известному способу.

Свойства исследованного объекта (почвенной взвеси) мен ютс  со временем так, что конце фаци  взвешенных твердых час

10

15

20

25

30

35

40

тиц в озвучиваемом обьеме вследствие оседани  уменьшаетс . Эти изменени  свойств оказывают очень сильное вли ние на величину коэффициента затухани , измеренного по предлагаемому способу, и очень незначительное - на значение этого коэффициента при измерени х известным способом. Чувствительность предлагаемого способа к .изменени м свойств объекта значительно выше.

Отмеченные обсто тельства объ сн ютс  тем, что подавл юща час-:ь величины коэффициента затухани , измеренного известным способом,определ етс  вли нием дифракционных эффектов на амплитуду импульсов , а не взаимодействием ультразвука с исследуемой средой. Точность предлагаемого способа измерени  коэффициента затухани  выше, чем известного.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Способ определени  коэффициента затухани  ультразвука в жидкости, заключающийс  в том, что совмещенный ультразвуковой преобразователь и отражатель устанавливают на заданном рассто нии друг от друга, пространство между ними заполн ют исследуемой жидкостью, излучают ульразвуковые импульсы в среду, принимают эхо-сигналы от отражател , измер ют амплитуды Ui n Uj 1-го и j-ro эхо-импульсов, по которым рассчитывают коэффициент затухани , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности определени  коэффициента затухани  в биологических жидкост х, дополнительно провод т аналогичные измерени  с образцовой жидкостью при том же фиксированном рассто нии между преобразователем и отражателем, а коэффициент затухани  рассчитывают по формуле

   45

   а Оо +

   In ( UJ/UJ) - In ( Uj/Ui) 2I(J-I)

   0

   5

   где OQ - коэффициент затухани  и ультразвука в образцовой жидкости;

   Ui и Uj - амплитуды 1-го и j-ro эхо-импульсов в образцовой жидкости;

   I - рассто ние между преобразователем и отражателем.
2. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с   тем. что в качестве образцовой жидкости используют жидкость, величина плотности которой и скорость распространени  ультразвуковых колебаний в ней равны величинам плотности и скорости в исследуемой жидкости соответственно.

   Таблица 1

   Таблица 2