УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СЕДИМЕНТАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
ULTRASONIC TRANSFORMER FOR EXAMINATION OF SEDIMENTATION PROCESSES

Изобретение относится к ультразвуковой измерительной технике и может быть использовано в медицине при исследовании скорости оседания эритроцитов в плазме крови (СОЭ) или в физической химии при седиментационном анализе дисперсных фаз.
Известен ультразвуковой преобразователь для исследования биологических тканей способом акустического резонанса, включающий два параллельно расположенных пьезопреобразователя на фиксированном расстоянии друг от друга (авторское свидетельство СССР №665261, МПК G01N 29/00, 1981). Преобразователь не позволяет исследовать седиментационные процессы, так как они не влияют на физико-акустические характеристики в фиксированном объеме среды, ибо концентрация взвешенных в объеме частиц остается неизменной.
Наиболее близким к заявленному устройству является ультразвуковой преобразователь для исследования биологических сред (авторское свидетельство СССР №1337053, МПК А61В 8/00, 1985). Этот ультразвуковой преобразователь содержит пьезопреобразователь, акустически связанную с ним торцом линию задержки в форме тела вращения с ребристой боковой поверхностью и осесимметричным углублением на противоположном торце в форме конуса с усеченной вершиной и сопряженного по диаметру его вершины цилиндра, сочлененный с линией задержки со стороны противоположной пьезопреобразователю колпачок с внутренним осесимметричным цилиндрическим выступом, шкалой кругового нониуса на его внешней части и резьбой на внутренней для сочленения с линией задержки.
Недостатком этого преобразователя является низкая чувствительность результатов измерений к процессу осаждения взвешенных в исследуемой жидкости плотных частиц. Этот недостаток обусловлен невлиянием седиментации на объемные физико-акустические характеристики исследуемой среды, определяемые методом прохождения ультразвука через объем среды, и слабым влиянием увеличения концентрации взвешенных частиц на отражательные ультразвуковые характеристики на ближней к пьезопреобразователю границе исследуемой среды. Указанный недостаток не позволяет эффективно использовать рассмотренный преобразователь для исследования седиментационных процессов.
Задачей изобретения является обеспечение возможности эффективного использования ультразвукового преобразователя для исследования седиментационных процессов.
Поставленная цель достигается за счет того, что внешняя торцевая поверхность колпачка выполнена плоской, перпендикулярной оси симметрии преобразователя, в состав ультразвукового преобразователя введен второй пьезопреобразователь, размещенный на этой поверхности и акустически с ней связанный. Кроме того, внутренняя поверхность колпачка выполнена в форме конуса с усеченной вершиной, сопряженного по диаметру его вершины с цилиндрическим выступом и обращенного линией сопряжения в сторону второго пьезопреобразователя.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение чувствительности преобразователя к процессу седиментации в исследуемой жидкости за счет добавления второго акустического канала.
На прилагаемом чертеже схематически представлен ультразвуковой преобразователь для исследования седиментационных процессов.
Ультразвуковой преобразователь для исследования седиментационных процессов содержит первый пьезопреобразователь 1, линию 2 задержки в виде тела вращения с ребристой боковой поверхностью и осесимметричным углублением на противоположном пьезопреобразователю торце в форме конуса 3 с усеченной вершиной и сопряженного по диаметру его вершины цилиндра 4, колпачок 5 с внутренним осесимметричным цилиндрическим выступом 6, шкалой кругового нониуса 7 на его внешней части и резьбой 8 на внутренней для сочленения с линией 2 задержки. Боковая поверхность линии 2 задержки может быть выполнена в виде резьбы 9.
Внешняя торцевая поверхность 10 колпачка 5 выполнена плоской, на ней размещен второй пьезопреобразователь 11, акустически связанный с колпачком 5 по поверхности 10. Внутренняя торцевая поверхность колпачка 5 выполнена в форме конуса 12 с усеченной вершиной, сопряженного по диаметру его вершины с цилиндрическим выступом 6 колпачка 5, причем линия сопряжения конуса 12 и выступа 6 обращена в сторону второго пьезопреобразователя 11. В собранном виде в ультразвуковом преобразователе формируется измерительная камера переменной длины с верхней 13 и нижней 14 плоскопараллельными границами.
Ультразвуковой преобразователь для исследования седиментационных процессов работает следующим образом.
В вертикальном рабочем положении первого пьезопреобразователя 1 снизу при снятом колпачке 5 углубление конуса 3 линии 2 задержки заполняют исследуемой жидкой средой со взвешенными в ней частицами дисперсионной фазы. На линию 2 задержки медленно накручивают колпачок 5, который своим цилиндрическим выступом входит в объем цилиндра 4 линии 2 задержки, формируя измерительную камеру, заполненную исследуемой жидкой средой с дисперсной фазой. При этом возможный излишек жидкости (не показан) вместе с воздушными пузырьками должен выйти из измерительной камеры и частично заполнить коническое углубление 3 линии 2 задержки, не оказывая влияние на результаты измерений характеристик жидкости в камере.
Пьезопреобразователь 1 излучает в линию 2 задержки пучок ультразвуковых колебаний. Ультразвуковые колебания центральной части пучка, падающие нормально на основание цилиндра 4, отражаются от границы 14 материала линии задержки и исследуемой среды и возвращаются к пьезопреобразователю 1 и далее в виде электрического сигнала поступают в измерительную аппаратуру (не показана), при помощи которой методом отражения ультразвука определяют характеристики исследуемой среды. Ультразвуковые колебания краевой части пучка, падающие на боковую поверхность конуса 3 линии 2 задержки, после отражения от этой поверхности попадают на ребристую поверхность линии 2 задержки и эффективно рассеиваются, не влияя на результаты.
Аналогичным образом пьезопреобразователь 11 излучает в колпачок 5 пучок ультразвуковых колебаний, центральная часть которых, пройдя через цилиндрический выступ 6 и отразившись от границы 13 материала колпачка и исследуемой среды, возвращается к пьезопреобразователю 11 и далее в виде электрического сигнала поступает в измерительную аппаратуру (не показана), при помощи которой методом отражения ультразвука определяют характеристики исследуемой среды. Ультразвуковые колебания краевой части пучка, излученного пьезопреобразователем 11, падают на боковую поверхность конуса 12 колпачка 5 и после ряда переотражений попадают на резьбовую поверхность колпачка 5, где эффективно рассеивается.
Ультразвуковые колебания обоих пучков, излученных пьезопреобразователями 1 и 11, частично проникающие внутрь измерительной камеры, заполненной исследуемой средой (не показана), после попадания в виде электрических сигналов в измерительную аппаратуру (не показана) отсекаются последней и в обработке результатов не участвуют.
Отраженные от границ разделов 13 и 14 исследуемой среды и материалов колпачка 5 и линии 2 задержки соответственно ультразвуковые колебания в виде эквивалентных электрических сигналов позволяют определить с помощью измерительной аппаратуры (не показана) отражательные характеристики (например, акустическое сопротивление) исследуемой среды в местах контакта ее с материалами линии 2 задержки и колпачка 5. У свежеприготовленного образца исследуемой среды эти характеристики совпадают, а по мере осаждения дисперсных частиц в направлении от границы 13 к границе 14 измерительной камеры становятся все более различными. При этом наиболее чувствительным образом на отраженные от границ камеры ультразвуковые сигналы влияют физико-химические условия на границе 13, где через некоторое время от начала измерений наблюдается полное отсутствие взвешенных в жидкости дисперсных частиц.
Акустическая длина измерительной камеры, косвенно влияющая на результаты измерений, является переменной при завинчивании колпачка 5 и отмечается по показаниям шкалы кругового нониуса 7. Эта длина также участвует в процедуре настройки ультразвукового преобразователя для разделения полезных акустических сигналов и помех, а также - в воспроизведении геометрических условий измерений при повторении опытов.
Целесообразно изготавливать линию 2 задержки и колпачок 5 из одного и того же прозрачного материала, пьезопреобразователи 1 и 11 брать идентичными, с поперечными размерами, не намного превышающими поперечный размер измерительной камеры, а измерения проводить дифференциальным методом, компенсируя до нуля разностный сигнал от границ 13 и 14 исследуемой среды в начальный момент измерений.