Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 62
Текст из файла (страница 62)
См. А куст«электроника. КОНВОЛЮТОР (к о а в о л ьэ е р) — акустоэлектроакое устройство, к-рое служит для получеиияфуякций свертки двух акустич. свгыалов. См. А кустоэлектроника. КОНТРОЛ! НО - ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА.
УЗ-вые методы широко примеияются для изучения свойств, состава и строения веществ при иаучиыхисследоваяиях и в промывшеиыом производстве, для измереыий и контроля изделий, для исследований и контроля рааличиых физич. и химич. техиологич. процессов, для измерения скоростей потоков жидкостей и газов, для исследований органов и функций человеческого оргакизма и т. п. Зти примеиеиия осиовываются аа зависимости скорости и затухааия УЗ-вых волн в веществе от его состава и структуры, иа испольаовавии отражения и рассеяиия УЗ аа границе между средами с различвыми волновыми сопротивлеииями и аа иамекеаии параметров резоваисяых колебаиий твердых тел в аависимостн от свойств окружающей среды.
Измерение скорости звука в т в е рд ы х т е л а х позволяет определять упругие и прочаостаые характеристики ковструкциоаиых материалов. Напр., иэмерекие скорости продольных и поперечных УЗ-вых волн в поликристаллич. материалах дает воэможаость получить числеяиые зыачелия модулей упругосзи, а в моаокристаллических — еще и коастаат упругой акизотропии. Такие изиереаия, проведеиаые в условиях одиоосиого и воестороаиего сжатия, позволяют определять модули упругости 2-го и 3-го порядков.
Частотные зависимости скорости звука используют для изучеыия различных физио. явлений и взаимо- контрольно-измерительное применение ультРАзиукА 167 действий в твердом теле (см. Спвктрввдояия). Для этих целей применяют УЗ-вые колебания в диапазоне частот до 10з Гц. Исследован««е свойств поликристаллич. материалов проводится, как правило, на более аизких частотах, граничащих со звуковым диапааоном. Свойства моаокристаллич.
ыатериалов изучаются аа частотах 10в— 101 Гц. Точность определения модулей упругости 1-го порядка завиоит от точности измерения плотаости вещества и абсолютного значеаия скорости звука, к-рая может быть определена с относительной погрешностью 10 в — 10 з. Для определения модулей упругости высших порядков необходимо знать приращеаие скорости авука при различных статич.
механич. напряжениях, к-рое может быть измерено с существенно меньшей погрешностью, достигающей 10 ' — 10 ', На основании эмпирич. зависимостей прочностных характеристик материалов от скорости звука в аих определяют прочность металлов и раэли шых сплавов, керамики, бетона и т. п. Такой косвенаый аеразрушающий метод определения прочности по скорости звука удобен ввиду простоты, быстроты и возможности использования негюсредственио в реальаых условиях, без взятия специальных проб, напр. при определении прочности и степени затвердевания бетона в теле плотины.
Численное значение коэфф. заюузания звука в твердых телах (или его изме- пения при изменении внешних условий) несет информацию о внутренней структуре вещества, аапр. о размере кристаллич. зерна, характере и величине неоднородностей, чистоте исследуемых материалов, концентрации примесей. При исследованиях свойств твердых веществ по аатуханию УЗ используются частоты, определяемые соотпошевием длины волям УЗ и размеров неоднородностей. Напр., при исследовании прочностных характеристик бетона применяют частоты от десятков до сотен кГц, керампки— от <отса кГц до нескольких МГК, металлов и сплавов — от сотен КГц до сотен МГц.
Измерение скорости и коэфф. довлоягвяия звука в ж и д к о с т и дает ииформациго о ее молекулярной структуре (см. Молекулярная оку«тика), коацентрации растворов и вэвесей (рис. 1 и 2), о ходе процессов полиме- ризации (рис. 3), экстрагирования, старения, о кииетике протекания химич. реакций. Контрольно-измерительная аппаратура, в основе к-рой лежат различные методы измерения в,я/в скорости УЗ, шиРоно примевиется \700 1050 Рис.
1. Зависимость скорости УЗ с э зод- 1000 иом растворе аммиа«а от его «аидвитрадми К. при автоматизации техиологич. процессов в производстве различных полимеров, в т. ч. синтетич. каучука, в пищевой промышленности, в производстве минеральных удобрений и т. и. Затухание УЗ весьма чувствительно к изменению концентрации взвесей , з зш~« 2000 Рис. 2. Зависимость каэффи«гэвита догяащеидя УЗ а, о«десеяиого к квадрату чаототы, от какпеитрапии К дояиэввияозого спирта в воде. 1500 1ООО в пульпах. Аппаратура, основанная на измерении ватухаиия УЗ, используется в производстве полимеров, в цветаой металлургии, нефтеперерабатывающей промышленности и т. и.
В такой аппаратуре примеаяются УЗ-вые колебания с частотой от десятых долей до деситков МГц. Точность определе- в, я7'в 1ВОО Рис, О. Зависимости скорости УЗ с от степени подвмвриззпии Ч диэиниястирояьоого каучука ОКС-ЗО. 1200 1200 0 20 вэ Чх ния контролируемого параметра зависит от погрешности иемереаия характеристик распространения УЗ. При измерении скорости УЗ в жидкостях в промышленных условиях относгшельная погрешность измерения составляет примерно 10 з. При этом, напр., концеатрация аммиака э«ожет бгвть определена с точностью до 0,2в7в.
Для получеаия информации о весьма тонких механиамах молекулярного взаимодействии, напр. в исследова- гбй КОНТГОЛШ!О-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ ГГРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА нинх биополимеров,необходимо изиернть абсолютное значение скорости УЗ с погрешностью гб ', а ее приращения — с погрешностью ) 0 в. Такие измерении могут быть осуществлены только в слабопоглощающнх жидкостях, напр.
в водных растворах малых нонцентраций исследуемых веществ на частотах 5 — г0 МГц. Точность измерения коэфф. поглощеаия УЗ в жидкостях в лучшем случае может достигать (О г. На в ряде практически вагиных случаев козфф. поглощения сильно зависит от величины контролируемого параметра, и тогда последний может быть определен с высокой точностью. Напр., погрешность измерения концентрации паливинилавого спирта составлнет 0,2— 0,Зг,;. УЗ-вые иэъсереиия в г а з а х позволнют получать информацию о составе и свойствах чистых газов и газовых спесей. Напр., УЗ-вые гаэоанализаторы осуществляют слежение эа процессаии аакопления опасных примесей в химич. и горнорудной промышленности.
Точаость определении концентрации газов в бинарных смесях определяется крутизной зависимости скорости УЗ от концентрации. Так, вапр., количество метана в воздухе может быть определено с погрептностью, не превыпгающей 0,2',6. Зависимость скорости УЗ в газах от темп-ры используетсн для бесконтактной термометрии газов и плазмы. Такие измерения обычно проводятся ва частотах от десятков до сотен кГц.
На измеревиях скорости УЗ в движущихся жидкостях и газах осаовавы УЗ-вые рпсхвдвмгры, применяемые для определении скорости движения этих сред в различных трубопроводах и каналах. При измереаиях расхода и скорости потоков жидкостей с неоднородностями (пульпы, эмульсии, суспенэии) широко используется аппаратура, оснаванаан на Двппгрп гффгпте. Подобная аппаратура используется и длн определения скорости кровотока и расхода крови при клииич. исследованных. Относительно малая длина УЗ-вых волн позволнет рассматривать их распространение в однородных средах лучевыми методами гвгмгпчричвспвй акустики. Отражение ввупп, преломление гву«в и возможность фокусировки УЗ-вых лучей используются в УЗ-вой дгфгпсчвспспии, в УЗ-вых мипрвспвппх акустических, В медицИнсКОй УЗ-вой диагностике, для визуализации внутренних структур, для изучения макронеоднородностей вещества и т.п.Наличие неоднородностей и их координаты определяютсн по временным соотношениям в отраженных сигналах или по структуре тени при проэвучивании ковтролируемого объекта.
В УЗ-вой дефектоскопии используется частотныи диапазон 0,5 — 25 МГц, в медицинской диагностике — от 0,5 до 20 МГц при интенсивности УЗ, ве превмшакпцей 50 ьсВт!смг. Измерение временных ватервалов при отражении УЗ-вых импульсов от границ раздела жидкость — газ позволяет определить положение уровня жидкости в закрытых еикостях. Для получения информации о наличии жидкости на заданном фиксированном уровне используется разница в пмпвдппсах акустических преобразователей, обусловлеанан разницей волновых вепрова гивлгний газа и жидкости. Ими~ дансаые иетоды УЗ-ваго контроли, основанные на зависимости параметров резонансной колебательной системы от свойств аагружающей ее среды, применяются для автоматического и непрерывного измерения вязкости и плотности жидкостей; этот же принцип лежит в основе УЗ-вых счвгрдпмгргв. УЗ-вые урввпсмгры и сигпалигптпвры урввпя применяются в химич., нефтеперерабатывакгщей и пищевой промышленности при производстве, хранении и транспортировке различных жидкостей, в т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
