SU1504606A1 - Ultrasonic device for measuring physiocal parameters of substances - Google Patents
Ultrasonic device for measuring physiocal parameters of substances Download PDFInfo
- Publication number
- SU1504606A1 SU1504606A1 SU884393326A SU4393326A SU1504606A1 SU 1504606 A1 SU1504606 A1 SU 1504606A1 SU 884393326 A SU884393326 A SU 884393326A SU 4393326 A SU4393326 A SU 4393326A SU 1504606 A1 SU1504606 A1 SU 1504606A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- piezoplate
- reflecting
- angle
- plane
- duct
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 235000019687 Lamb Nutrition 0.000 claims abstract description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 11
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к средствам акустического неразрушающего контрол . Целью изобретени вл етс расширение области применени и повышение чувствительности, благодар обеспечению возможности работы с гор чими веществами при высоком соотношении сигнал/шум вследствие измерени коэффициента отражени продольных ультразвуковых (УЗ) колебаний и выбору особым образом материалов и размеров звукопровода и пьезопластин. Пьезопластина 1 возбуждает в твердом звукопроводе 3 импульсы продольных УЗ-колебаний и принимает нормально отраженные эхо-импульсы поверхностью 12, граничащей с воздухом, и поверхностью 11, граничащей с исследуемым веществом 18. По соотношению амплитуд этих эхо-импульсов, отраженных равными по площади поверхност ми 11 и 12, определ ют коэффициент отражени под пр мым углом. Пьезопластина 2 возбуждает в звукопроводе 3 импульсы продольных УЗ-колебаний, распростран ющиес под непр мым углом к поверхност м 11 и 12 и подающие после отражени на пьезопластину 1 под таким углом, что в ней возбуждаетс нулева мода волны Лэмба. По соотношению амплитуд этих отраженных импульсов определ ют коэффициент отражени под непр мым углом, а с помощью найденных коэффициентов - физические параметры вещества. 2 ил.This invention relates to acoustic non-destructive testing. The aim of the invention is to expand the field of application and increase sensitivity due to the possibility of working with hot substances with a high signal-to-noise ratio due to the measurement of the reflection coefficient of longitudinal ultrasonic (US) vibrations and the choice of materials and dimensions of the sound guide and piezoplates in a special way. Piezoplastina 1 excites in the solid duct 3 pulses of longitudinal ultrasonic vibrations and receives normally reflected echo pulses by the surface 12, bordering on air, and surface 11, bordering on the test substance 18. According to the ratio of the amplitudes of these echo pulses, reflected by surfaces equal in area 11 and 12, determine the right-angle reflection coefficient. The piezoplate 2 excites in the duct 3 longitudinal ultrasonic vibration pulses that propagate at an indirect angle to surfaces 11 and 12 and feed after reflection on piezoplate 1 at an angle such that the zero mode of the Lamb wave is excited in it. By the ratio of the amplitudes of these reflected pulses, the reflection coefficient is determined at an indirect angle, and the physical parameters of the substance are determined using the coefficients found. 2 Il.
Description
фи.fi
31503150
Изобретение относитс к средствам акустического неразрушающего контрол и может быть использовано дл мерени физических параметров ве- ществ, например жидких или газообразных веществ.The invention relates to acoustic non-destructive testing and can be used to measure the physical parameters of substances, such as liquid or gaseous substances.
Целью изобретени вл етс расширение области применени за счет v обеспечени возможности работы уст- ройства в контакте с гор чими веществами и повьшение чувствительности за счет использовани продольных ультразвуковых (УЗ) колебаний, возбуждающих в приемной пьезопластине волны Лэмба, в результате чего обеспечиваетс высокое соотношение сиг- нал/шум.The aim of the invention is to expand the field of application due to v enabling the device to work in contact with hot substances and increasing sensitivity due to the use of longitudinal ultrasonic (US) vibrations that excite the Lamb wave in the receiving piezoplate, resulting in a high signal ratio. cash / noise
На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2- вид А на фиг. 1. FIG. 1 shows a diagram of the device; in fig. 2 is a view A of FIG. one.
УЗ-устройство дл измерени физических параметров веществ содержит первую и вторую пьезопластины 1 и 2 соответственно, твердый звукопровод 3 и св занный с пьезопластинами 1 и 2 генератор А импульсов. УЗ-устройство содержит также подключенные к первой пьезопластине 1 последовательно соединенные первьй селектор 5 импульсов, первый усилитель 6 и первьй измеритель 7 отношени напр жений . Второй вход первого измерител 7 отношени напр жений соединен с вторым выходом первого селектора 5 импульсов. Кроме того, УЗ-, устройство содержит подключенные к первой пьезопластине 1 последовательно соединенные второй селектор 8 импульсов, второй усилитель 9 и второй измеритель 10 отношени на- пр жений. Второй вход второго измерител 10 отношени напр жений соединен с вторым .выходом второго селектора 8 импульсов. Твердый звукопровод 3 выполнен с двум разновысотным отражающими параллельными поверхност ми 11 и 12 и соедин ющей эти поверхности перпендикул рно им плоскостью 13. Перва пьезопластина 1 установлена на поверхности звукопрово- да 3 параллельно его отражающим поверхност м 11 и 12. Втора пьезопластина установлена на поверхности зву копровода 3 под углом об к отражающим поверхност м 11 и 12. Соедин ю- ща плоскость 13 проходит через аку- стические оси пьезопластин 1 и 2. Акустическа ось второй пьезопластины 2 направлена в сторону пьезопластины 1. Площадь отражающей поверхности 11, дальней по отношению к пье зопластинам 1 и 2, равна площади отражающей поверхности 12, ближней по отношению к пьезопластинам 1 и 2. Пьезопластины 1 и 2 установлены таким образом, что рассто ни Х X от проекции центров соответствующих пластин 1 и 2 на дальнйю отражающую поверхность 11 до вершины угли ( , образованного установочной плоскостью второй пьезопластины 2 и отражающей поверхностью 11, удовлетвор ют условию Х , (Х + S sin 66cosci)/cos2od, (1)An ultrasonic device for measuring the physical parameters of substances contains the first and second piezoplates 1 and 2, respectively, a solid duct 3 and a generator A of pulses associated with piezoplates 1 and 2. The ultrasound device also contains connected in series to the first piezoplate 1 a first pulse selector 5, a first amplifier 6, and a first voltage ratio meter 7. The second input of the first voltage ratio meter 7 is connected to the second output of the first pulse selector 5. In addition, the ultrasonic device contains devices connected to the first piezoplate 1 in series by the second pulse selector 8, the second amplifier 9 and the second meter 10 of the voltage ratio. The second input of the second voltage ratio meter 10 is connected to the second output of the second pulse selector 8. The solid duct 3 is made with two different-height reflective parallel surfaces 11 and 12 and connecting these surfaces perpendicular to them plane 13. The first piezoplate 1 is installed on the surface of the sound duct 3 parallel to its reflecting surfaces 11 and 12. The second piezoplate is mounted on the sound surface coprode 3 at an angle about the reflecting surfaces 11 and 12. The connecting plane 13 passes through the acoustic axes of piezoplates 1 and 2. The acoustic axis of the second piezoplates 2 is directed toward the piezoplates 1. The area of the reflecting surface 11, distant with respect to piezoplates 1 and 2, is equal to the area of the reflecting surface 12, which is near to piezoplates 1 and 2. Piezoplates 1 and 2 are set so that the distances X x from the projection of the centers of the corresponding plates 1 and 2 to the far reflecting surface 11 to the top of the coal (formed by the mounting plane of the second piezoplate 2 and the reflecting surface 11, satisfy condition X, (X + S sin 66cosci) / cos2od, (1)
где S - рассто ние от установочной плоскости первой пьезопластины 1 до отражающей поверхности 11 ,where S is the distance from the installation plane of the first piezoplate 1 to the reflecting surface 11,
Размеры d и d пьезопластин 1 и 2 в плоскости, совпадающей с соедин ющей плоскостью 13 удовлетвор ют условиюThe dimensions d and d of piezoplates 1 and 2 in the plane coinciding with the connecting plane 13 satisfy the condition
d Ь d /cosui.d b d / cosui.
(2)(2)
.Значение угла об определ етс из равенстваThe value of the angle about is determined from the equality
oi arcsin( ,(3)oi arcsin (, (3)
где Cj - скорость распространени продольных УЗ-КОЛебаний в материале звукопровода 3; Cg - фазова скорость нулевой моды волн Лэмба в первой пьезопластине 1.where Cj is the velocity of propagation of longitudinal ultrasonic oscillations in the material of the suction line 3; Cg is the phase velocity of the zero mode of the Lamb waves in the first piezoplate 1.
Материал звукопровода 3 выбирают таким образом, чтобы удовлетвор лось условиеThe material of the sound duct 3 is chosen in such a way that the condition
С С,C C,
(А)(BUT)
no3HUHHNrrf 14-17 обозначены УЗ- колебани различного направлени распространени в звукопроводе 3, а позицией 18 исследуемое вещество.No3HUHHNrrf 14-17 designates ultrasonic vibrations of different directions of propagation in the duct 3, and position 18 is the test substance.
УЗ-устройство дл измерени физических парехметров веществ работает следующим образом,An ultrasonic device for measuring physical parehmeters of substances works as follows
Пьезопластины 1 и 2 выполнены, например, из материала ЦТС-19 на частоту 6 МГц (Сд 2365 м/с). Дл удовлетворени услови (4) звукопровод 3 выполнен, например, из фторопласта (Сп 1348 м/с). На основании услови (3) угол ui выбран равным . При работе с пьезопластиной 2, например , диаметром d 30 мм в соответ- ствии с условием (2) необходимо выбрать диаметр d , пьезопластины 1 бо- Piezoplates 1 and 2 are made, for example, from PZT-19 material at a frequency of 6 MHz (Sd 2365 m / s). To satisfy the condition (4), the duct 3 is made, for example, of fluoroplastic (C 1348 m / s). Based on condition (3), the angle ui is chosen to be equal. When working with piezoplate 2, for example, with a diameter of d 30 mm, in accordance with condition (2), it is necessary to choose diameter d, piezoplates 1
льшим или равным 36,5 мм. В ходе измерений устройство поверх1 остью 1 звукопровода 3 контактирует с исследуемым веществом 18. Генератор 4 импульсов возбуждает одновременно пьезопластины 1 и 2.more than or equal to 36.5 mm. During the measurements, the device with the surface 1 of the chimney 3 is in contact with the test substance 18. The generator 4 of the pulses simultaneously excites the piezoplates 1 and 2.
Пьезопластина 1 излучает в звуко- провод 3 импульсы продольных УЗ-ко- лебаний 14 и 15. Отраженные от поверхности 12 звукопровода 3, граничащей с воздухом, и отyльcы продольных колебаний 14 и отраженные от поверхности 11 звукопровода 3, граничащей с веществом 18, импульсы продольных колебаний 15 возвращаютс к пьсзо- пластине 1 и трансформируютс ею в электрические сигналы, которые по- даютс на вход селектора 5. На первом выходе селектора 5 вьщ.ел етс импульс, создаваемый колебани ми 16, и через усилитель 6 подаетс на числительный вход измерител 7. На втором выходе селектора 5 выдел етс импульс, создаваемый колебат-1 ми 14, и подаетс на знаменательный вхо измерител 7. Коэффициент усилени усилител 6 предварительно устанавливают таким, чтобы при отсутствии вещества 18 амплитуды импульсов, подаваемых на входы измерител 7, бьши равны. В этом случае показани измерител 7 отношени напр жений при акустическом контакте звукопровода З.с веществом 18 равны коэффищ енту V отражени продольных УЗ-колебаний па,цаю1цих нормально на границу материал звукопровода 3 исследуемое вещество 18,Piezoplastina 1 radiates into the sound conductor 3 pulses of longitudinal ultrasonic vibrations 14 and 15. Reflected from the surface 12 of the acoustic duct 3 bordering on the air, and parts of the longitudinal oscillations 14 and reflected from the surface 11 of the acoustic conductor 3 adjacent to the substance 18, longitudinal pulses oscillations 15 are returned to the piezo plate 1 and are transformed by it into electrical signals that are fed to the input of the selector 5. At the first output of the selector 5, the pulse generated by the oscillations 16 is generated and through the amplifier 6 is fed to the numeral input of the meter 7 . N the second output of the selector 5 is released pulse generated kolebat-1 E 14, and supplied to a remarkable WMOs meter 7. The gain of the amplifier 6 previously adjusted so that in the absence of the substance 18 pulse amplitudes fed to the inputs of the meter 7, bshi equal. In this case, the readings of the meter 7 ratio of the stresses at the acoustic contact of the chimney Z. with the substance 18 are equal to the coefficient V of the reflection of the longitudinal ultrasonic oscillations of the pa, which is normal to the boundary of the material of the sump 3, the test substance 18,
Пьезопластина 2 также излучает импульсы продольных УЗ-колебаний вPiezoplastina 2 also emits pulses of longitudinal ultrasonic vibrations in
4606646066
звукопровод 3, которые падают на по- верхности- 11 и 13 под углом с , отражаютс и падают ка пьезопластину 1, 2 возбужда в ней волны Лэмба нулевойthe acoustic duct 3, which fall on the surface- 11 and 13 at an angle c, reflects and falls the piezoelectric plate 1, 2 excites the Lamb wave in it
моды. Импульсы продольных колебаний б отражаютс от ближней поверхно- сти 12, а импульсы продольных колебаний 17 - от дальней поверхности 11.fashion The pulses of the longitudinal oscillations b are reflected from the near surface 12, and the pulses of the longitudinal oscillations 17 from the far surface 11.
10 Возбужденные отраженными колебани м - Болны Лзмба трансформируютс пьезо- пластиной 1 в электрические сигналы, которые подаютс на вход селектора 8. На первом выходе селектора 8 выдел 15 етс шьтульс, создаваемый колебани ми 17j и через усилитать 9 гюдаетс на числительный вход измерител 10. На втором выходе селектора 5 вьдел - етс импульс, создаваемьш колебани20 ки 16, и подаетс на знаменательный вход измерител 10. Коэффициент усилени усилител 9 предварительно устанавливаетс таким, чтобы при отсутствии вещества 18 амплитуды и myльcoв,10 Excited reflected oscillations — Bolzn Lzmba are transformed by piezo plate 1 into electrical signals that are fed to the input of selector 8. At the first output of selector 8, a pulse is produced by oscillations 17j and through amplifying 9 is fed to the numeral input of meter 10. At the second output of the selector 5 takes up the pulse created by oscillations 16 and is fed to the significant input of the meter 10. The gain of the amplifier 9 is preset such that, in the absence of substance 18, the amplitude and myles
25 подаваемых на входы измерител 10, бьши равны. В этом показани измерител 10 отношени напр жений при акустическом контакте звукопровода 3 с веществом 18 равны коэффици30 енту отражени продольных УЗ-колебаний . палаюпщх под углом ot на границу материал звукопровода 3 - исследуемое вещество 18.The 25 supplied to the inputs of the meter 10, are equal. In this indication, the voltage ratio meter 10 at the acoustic contact of the sound guide 3 with the substance 18 is equal to the reflection coefficient of the longitudinal ultrasonic vibrations. at an angle ot to the boundary, the material of the sound duct 3 is the test substance 18.
3535
По найденным значени м коэффициентов отражени Vg и V определ ют скорость С распространени продольных УЗ-колебаний в исследуемом веществе 18, его плотность р и его коэффи- From the found values of the reflection coefficients Vg and V, the speed C of propagation of longitudinal ultrasonic vibrations in the test substance 18, its density p and its coefficient
ц ент I да адиабатической сжимаемости Cent I I adiabatic compressibility
-из следукнщгх формз л:- out of the following forms:
С - CijilI YiliLb(l±YbaO::V)li;Pi ciH-bV2.)i(i;v;C - CijilI YiliLb (l ± YbaO :: V) li; Pi ciH-bV2.) I (i; v;
(1 -V, ) b (1 +V) -а (1 -V) S inc(1 -V,) b (1 + V) -a (1 -V) S inc
n - P lI- -yo Ib(HV)-a() n - P lI- -yo Ib (HV) -a ()
р .. .- ...R .. .- ...
rr
(1 -V,) 2 b (1+V) -a (1 -V) 2p 2 c| (t +V ) 2 (1 -V) 2 ()(1+V)-a(1-V)lsinoL (1 -V,) 2 b (1 + V) -a (1 -V) 2p 2 c | (t + V) 2 (1 -V) 2 () (1 + V) -a (1-V) lsinoL
Cl P(I+VO) л|(1-У,)(НУ)-а(1-У)2р C|(1+Vj4l-Vf где a 4p,C| sin si lc -C . b p,(C2 -2C2 51пЫ)(СЗ Cl P (I + VO) l | (1-Y,) (HU) -a (1-Y) 2p C | (1 + Vj4l-Vf where a 4p, C | sin si lc -C. Bp, (C2 -2C2 51pY) (NW
p, - плотность материала звукопровода 3; , - скорость распространени поперечных УЗ-колебаний в материале звукопровода 3.p, is the density of the material Zvukovaya 3; , is the speed of propagation of transverse ultrasonic vibrations in the material of the sound duct 3.
Использование при измерени х продольных УЗ-колебаний, имеющих мень- пшй коэффициент поглощени относительно поперечных УЗ-колебаний, поз- вол ет использовать звукопровод бо- льших размеров и такой формы с наружной стороны, чтобы бьта возможность охлаждать пьезопластины при измерении параметров веществ, нахо- д щихс в услови х высокой температуры . Поддержива посто нной температуру звукопровода в зоне установки пьезопластин, обеспечивают посто нство угла падени на первую пьезо- пластину, в которой возбуждаютс волны Лэмба. В участке звукопровода, наход щемс в услови х постепенного повышени температуры, происходит изменение направлени волнового пучка, однако после отражени на отражанщих поверхност х при возвращении его в обратном направлении это изменение направлени распространени происходит таким образом, что к первой пьезопластине волновой пучок приходи под таким же углом сзб , при котором возбуждаютс волны Лэмба. При этом происходит смещение пучка волн и поэтому в услови х больших темпер1атур- ных перепадов необходимо использовать пьезопластину больших размеров.The use of longitudinal ultrasonic vibrations in measurements, which have a smaller absorption coefficient relative to transverse ultrasonic vibrations, makes it possible to use a sound conduit of a larger size and of such a shape on the outer side so that it is possible to cool piezoplates when measuring parameters of substances found under high temperature conditions. Keeping the temperature of the sound duct in the zone of the installation of piezoplates, ensure the constancy of the angle of incidence on the first piezo plate, in which the Lamb waves are excited. In the section of the sound duct under conditions of a gradual increase in temperature, the direction of the wave beam changes, but after reflection on the reflecting surfaces when it returns in the opposite direction, this change in direction of propagation occurs in such a way that the same wave beam arrives at the first piezoplate hzb angle at which lamb waves are excited. In this case, a wave beam shifts and, therefore, under conditions of high temperature differences, it is necessary to use a piezoelectric plate of large dimensions.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884393326A SU1504606A1 (en) | 1988-01-28 | 1988-01-28 | Ultrasonic device for measuring physiocal parameters of substances |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884393326A SU1504606A1 (en) | 1988-01-28 | 1988-01-28 | Ultrasonic device for measuring physiocal parameters of substances |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1504606A1 true SU1504606A1 (en) | 1989-08-30 |
Family
ID=21361657
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU884393326A SU1504606A1 (en) | 1988-01-28 | 1988-01-28 | Ultrasonic device for measuring physiocal parameters of substances |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1504606A1 (en) |
-
1988
- 1988-01-28 SU SU884393326A patent/SU1504606A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР № 1002901, кл. G 01 N 29/00, 1981, Авторское свидетельство СССР № 1100559, кл, G 01 N 29/00, 1982, * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4594897A (en) | Inspection of the internal portion of objects using ultrasonics | |
US4976150A (en) | Ultrasonic transducers | |
JPH0525045B2 (en) | ||
US6122968A (en) | Delay line for an ultrasonic probe and method of using same | |
US3477278A (en) | Ultrasonic measurement | |
JP4795925B2 (en) | Ultrasonic thickness measurement method and apparatus | |
US5492012A (en) | Time-of-flight method for sizing cracks through fluid-filled gaps in structures | |
SU1504606A1 (en) | Ultrasonic device for measuring physiocal parameters of substances | |
AU3274299A (en) | Method and apparatus for ultrasonic flaw detection | |
SU1019312A1 (en) | Method of ultrasonic checking of glued articles of dielectric materials | |
RU2703836C1 (en) | Ultrasonic locator measurement error compensation device | |
SU1228007A1 (en) | Method of article ultrasonic inspection | |
JP2002071332A (en) | Probe for measuring thickness of clad steel laminated material | |
SU1589198A1 (en) | Untrasonic apparatus for measuring physico-mechanical parameters of substance | |
SU1698750A1 (en) | Method of measuring the entry angle of the sloped ultrasonic oscillation transducers | |
Köymen et al. | Focusing surface waves using an axicon | |
KR101558922B1 (en) | Dual type ultrasonic sensor for adjusting beam width | |
RU2334224C1 (en) | Method of ultrasonic measuring of average grain size | |
JP2978708B2 (en) | Composite angle beam probe | |
RU1797043C (en) | Method of ultrasonic defectoscopy of products with simultaneous acoustic contact quality control | |
KR101558921B1 (en) | Split-type ultrasonic sensor with adjustable depth of focus | |
SU125935A1 (en) | Method and device for reducing the dead zone of ultrasonic echo flaw detector | |
JP2861295B2 (en) | Surface wave velocity distribution measuring method and apparatus | |
JPH11316216A (en) | Ultrasonic probe | |
JPH05188046A (en) | Ultrasonic probe and ultrasonic diagnosis method |