Устройство для измерения акустических потерь

Полезная модель относится к области материаловедения, в частности, для контроля качества, оценки изменения структурно-фазовых состояний и физико-механических параметров материалов и может быть использовано для определения акустических потерь в материале.
Известно устройство для измерения коэффициента затухания ультразвуковых колебаний [RU№792134 опубл. 02.01.1981], которое позволяет автоматизировать процесс измерений, использовать некалиброванные датчики, регистраторы.
Однако такие устройства сложны в реализации, поскольку требуют индивидуального подхода при разработке как измерительных датчиков, так и устройств регистрации и обработки информации. Кроме того эти устройства сложны в обслуживании, поскольку требуют высококвалифицированного персонала.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для измерения коэффициента затухания ультразвука в материале, которое состоит из пьезопреобразователя, осциллографа, усилителя и генератора [RU2047171C1 МПКG01N29/20 27.10.1995].
Основным недостатком прототипа является сложность в реализации (как минимум, необходимость дополнительного оборудования - излучатель и приемник, а может быть и не одного), необходимость преобразования сигналов, дальнейшая их обработка, сложность в обслуживании (необходим высококвалифицированный персонал) т.к. чем сложнее устройство, тем оно менее надежно.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции и повышение надежности ее работы.
Данный технический результат достигается тем, что устройство, в устройство для измерения акустических потерь, содержащее ультразвуковой генератор, подключенный к пьезокерамическому излучателю, дополнительно введен автотрансформатор, измерительное устройство и датчик амплитудного тока возбуждения пьезокерамического излучателя, причем, выход автотрансформатора подключенко входу генератора, выход которого через датчик амплитудного тока подсоеден ко входу пьезокерамического излучателя, а измерительное устройство подключено к датчику амплитудного тока возбуждения излучателя.
На фиг. 1 представлена схема предложенного устройства для определения относительного сопротивления акустических потерь.
На фиг. 2 представлена упрощенная схема определения акустических потерь, где
хх
R- сопротивление акустических потерь на холостом ходу пьезокерамического излучателя (без нагрузки);
об -
Rсопротивление акустических потерь пьезокерамического излучателя с оцениваемым образцом.
Предлагаемое устройство (Фиг.1) содержит: образец материала (1); пьезокерамический излучатель (2); измерительное устройство (3); автотрансформатор (4); ультразвуковой генератор(5); датчик амплитудного тока(6); вольтметр(7); амперметр(8).
Амперметр 8 подключен к входу автотрансформатора 4. Вольтметр 7 подключен к цепям устройства между автотрансформатором 4 и ультразвуковым генератором 5. Образец материала1 механически соединен с рабочим торцем пьезокерамического излучателя 2, вход возбуждения которого подсоединен к выходу ультразвукового генератора 5. Измерительное устройство 3 подключено к выводам датчика амплитудного тока возбуждения пьезокерамического излучателя (в качестве датчика тока может быть использован трансформатор тока).
Описанное устройство работает следующим образом: через автотрансформатор 4 на ультразвуковой генератор 5 подается питающее напряжение, от ультразвукового генератора 5 высокочастотный ток, проходя через датчик амплитудного тока 6, возбуждает пьезокерамический излучатель 2, к которому присоединен образец. Образец имеет цилиндрическую форму резонансной длины (пол длины волны).Измерительное устройство 3 подключено к датчику амплитудного тока 6, с помощью которого производятся измерения. Вольтметр измеряет питающее напряжение на входных цепях генератора, которое является постоянным. Амплитуда колебаний (соответствующая линейному участку характеристики возбуждения пьезокерамического излучателя) обеспечивается выбором соответствующего тока возбуждения излучателя в зависимости от уровня потерь исследуемого материала. В резонансном режиме излучения, ток, протекающий по входным цепям ультразвукового излучателя, служит надежным информационным показателем о величине акустических потерь в образце [Новиков А.А. Разработка низкочастотной ультразвуковой аппаратуры для терапии и хирургии: дис. докт. техн. наук: 05.11.17 // А.А. Новиков.-Москва, 2008. -293 с., с.78-80.]. По мере распространения ультразвуковых волн в пьезокерамическом излучателе и присоединенном к нему образце происходит затухание колебаний, величина которого непосредственно связана (прямо-пропорциональная зависимость) с относительным сопротивлением акустических потерь в зависимости от свойств материала (Изменение уровня акустических потерь на образцах на фиг. 3)
В отсутствии образца пьезокерамический излучатель работает в режиме холостого хода и потери в излучателе считаются условно постоянными, поскольку определяются только тем, что теряется в самом излучателе. При измерении входного тока определяются потери на холостом ходу. Для излучателя достаточно одного контрольного измерения. После присоединения образца к пьезокерамическому излучателю производится измерение тока и оценивается его изменение по сравнению с режимом холостого хода.
После проведения измерения акустических потерь, результаты рассчитываются по формуле (1)для определения относительного сопротивления акустических потерь.
отн
об
об
хх
R =R/(R+R), где
отн
R- относительное сопротивление акустических потерь в материале;
об
R- сопротивление акустических потерь в излучателе с образцом;
хх
R- сопротивление акустических потерь на холостом ходу (излучатель без образца).
Таким образом использование полезной модели позволяет измерять акустические потери в разных материалах и оценивать их свойства, при упрощении конструкции и повышении надежности ее работы. Разные материалы дают разные значения относительного сопротивления акустических потерь, что позволяет оценивать качество разных материалов.