Спосіб контролю фазової швидкості ультразвукових коливань
Номер патенту: 94500
Опубліковано: 10.05.2011
Автори: Мисливець Людмила Юріївна, Баженов Віктор Григорович, Лігоміна Сергій Миколайович
Формула / Реферат
Спосіб контролю фазової швидкості ультразвукових коливань, що включає одночасне збудження та випромінювання ультразвукових коливань (УЗ) в об'єкт контролю у двох точках об'єкта на фіксованій дистанції між ними, прийом УЗ коливань в третій точці, розміщеній на об'єкті контролю на одній осі з точками випромінювання УЗ коливань, вимірювання зсуву фаз УЗ коливань у третій точці прийому на різних частотах УЗ коливань в смузі пропускання каналу вимірювання, а фазову швидкість розповсюдження УЗ коливань розраховують згідно з виразом: , де
- значення фіксованої відстані між датчиками,
- фазовий час затримки УЗ сигналів, який відрізняється тим, що вимірювання фазового зсуву УЗ коливань починають виконувати на верхній частоті
смуги пропускання каналу вимірювання, а кожне наступне вимірювання виконують на частотах
, причому значення частоти
вибирають із умови
, а наступні значення частоти
вибирають із умови
, де
- ціла частина відповідного значення,
- максимальна похибка визначення фазового зсуву на частоті
,
- максимальна похибка визначення фазового зсуву на частоті
, а значення фазового часу затримки УЗ сигналів визначається як
, де кількість цілих фазових циклів
на частоті
рівна:
, причому
і
, де
,
- значення фазових зсувів сигналу відповідно на частотах
та
.
Текст
Спосіб контролю фазової швидкості ультразвукових коливань, що включає одночасне збудження та випромінювання ультразвукових коливань (УЗ) в об'єкт контролю у двох точках об'єкта на фіксованій дистанції між ними, прийом УЗ коливань в третій точці, розміщеній на об'єкті контролю на одній осі з точками випромінювання УЗ коливань, вимірювання зсуву фаз УЗ коливань у третій точці прийому на різних частотах УЗ коливань в смузі пропускання каналу вимірювання, а фазову швидкість розповсюдження УЗ коливань розрахоl вують згідно з виразом: vФ , де l - значення Ф фіксованої відстані між датчиками, Ф - фазовий час затримки УЗ сигналів, який відрізняється тим, що вимірювання фазового зсуву УЗ коливань починають виконувати на верхній частоті в смуги пропускання каналу вимірювання, а кожне наступне вимірювання виконують на частотах ( в i ) , Винахід належить до контролю фазової швидкості ультразвукових (УЗ) коливань в матеріалах, конструкціях та об'єктах і може використовуватись для контролю фізичних властивостей матеріалів (модуль Юнга та ін.), їх якості, неруйнівного контролю залишкового ресурсу різних виробів, утоми та напруженості досліджуваних конструкцій. Найбільш близьким аналогом є спосіб вимірювання фазової швидкості ультразвуку (див. патент США 5154081, G01N29/18). Даний аналог включає одночасне збудження і випромінювання УЗ коливань двома датчиками, закріпленими з фіксованою дистанцією та прийом УЗ коливань за допомогою третього датчика, розташованого на одній осі з причому значення частоти i вибирають із умови 1 з 2 , а наступні значення частоти i ви бирають із умови E i1 i i 0,5 0 , де E i1 2 n ni E циклів ni на частоті i1 ni1 i i1 0,5 , i 2 2 i рівна: причому i1 в і i1 в , де i , в - значення фазових (19) UA (11) зсувів сигналу відповідно на частотах i та в . (13) фазових 94500 значення фазового зсуву на частоті i , а значення фазового часу затримки УЗ сигналів визнача ється як Ф n 2 в , де кількість цілих в C2 ціла частина відповідного значення, i1 - максимальна похибка визначення фазового зсуву на частоті 1 (i1) , i - максимальна похибка ви 3 94500 випромінюючими. Це дозволяє значно компенсувати похибку вимірювання фазового зсуву, яка виникає внаслідок зміни зазору між датчиком та об'єктом контролю при проведенні процедури контролю. Визначення швидкості УЗ коливань виконується за допомогою вимірювань часу затримки в робочій смузі перетворювача на декількох частотах. Для забезпечення прийнятної точності вимірювання застосовується метод лінійної регресії фазового спектра, за яким для кожної окремої точки, отриманої в результаті вимірювання фазового зсуву УЗ коливань різних частот від випромінюючих датчиків, проводять фазочастотну характеристику (ФЧХ) через початок координат і розраховують фазовий час затримки, після чого, знаючи фіксовану відстань між випромінюючими датчиками, розраховують фазову швидкість розповсюl дження УЗ коливань: v Ф , де I - значення фікФ сованої відстані між датчиками, Ф - фазовий час затримки УЗ сигналів. Головною вимогою для проведення такого контролю є дуже висока точність. Недоліками найближчого аналога є недостатня точність визначенню фазової швидкості ультразвуку за рахунок нелінійності ФЧХ в смузі пропускання УЗ перетворювачів, низька точність вимірювання часового інтервалу, яка включає в себе похибку, що визначається періодом частоти заповнення і похибку формування часового інтервалу, що в значній мірі обумовлено обмеженими можливостями елементної бази. В основу винаходу було поставлено задачу підвищення точності визначення фазової швидкості ультразвуку шляхом багатошкальних вимірювань повного фазового зсуву Ф(f) УЗ сигналів. Поставлена задача вирішується тим, що в способі контролю фазової швидкості УЗ коливань, який включає їх одночасне збудження та випромінювання в об'єкт контролю у двох точках об'єкта на фіксованій дистанції між ними, прийом УЗ коливань в третій точці, розміщеній на об'єкті контролю на одній осі з точками випромінювання УЗ коливань, вимірювання зсуву фаз УЗ коливань у третій точці прийому на різних частотах УЗ коливань в смузі пропускання каналу вимірювання, фазову швидкість розраховують згідно з виразом: l , де I - значення фіксованої відстані між vФ Ф датчиками, Ф - фазовий час затримки УЗ сигналів. Новим є те, що вимірювання фазового зсуву УЗ коливань починають виконувати на верхній частоті B смуги пропускання каналу вимірювання, а кожне наступне вимірювання виконують на частотах ( в i ) , причому значення частоти 1 , вибирають із умови 1 з 2 , а наступні значення частоти E i , вибирають із умови i1 i i 0.5 0 , де E - ціла частина відi1 2 повідного значення, i1 - максимальна похибка визначення фазового зсуву на частоті 1 (i1) , 4 i - максимальна похибка визначення фазового зсуву на частоті i , а значення фазового часу затримки УЗ сигналів визначається як в , де кількість цілих фазових циклів Ф n 2 в ni на частоті i рівна: n ni E i1 ni1 i i1 0.5 , i 2 2 причому i1 в і i1 в , де i , в - значення фазових зсувів сигналу відповідно на частотах i та в . Суть винаходу полягає в тому, що перше вимірювання фазового зсуву в виконується на верхній частоті в смуги пропускання, де повний фазовий зсув визначається, як: Ф1 в Ф 2 n в . Потім вимірюється фазовий зсув 1 на частоті ( в 1) , а повний фазовий зсув сигналу визначається, як: Ф2 ( в 1) Ф 2 n1 1 . Таким чином, значення фазового зсуву 1 , на частоті 1 , яку вибирають із умови однозначності 1 Ф 2 , буде визначатись за виразом: Ф1 Ф1 Ф2 1 Ф 1 , де 1 - розраховане значення фазового зсуву на частоті 1 . Аналогічно далі проводимо вимірювання фазового зсуву сигналу Ф 2 на наступній частоті ( в 2 ) , де повний фазовий зсув буде визначатись, як: Ф3 (в 2 ) Ф 2 n2 2 , тому можна визначити фазовий зсув на частоті 2 : Ф2 Ф1 Ф3 (в Ф ) (в 2 ) Ф 2 Ф 2 . Потім вимірюємо наступне значення фазового зсуву сигналу Ф3 на частоті ( в 3 ) , де повний фазовий зсув буде визначатись, як: Ф 4 (в 3 ) Ф 2 n3 3 , а розраховане значення фазового зсуву на частоті 3 визначається за виразом: Ф3 Ф1 Ф 4 (в Ф ) (в 3 ) Ф 3 Ф 3 і т. д. При здійсненні способу розраховується повний фазовий зсув УЗ сигналів ФВ на верхній частоті: Фв 2 n в , а з результатів вимірювань на проміжних частотах в смузі пропускання УЗ перетворювачів, розрахованих згідно з запропонованою формулою: n ni E i1 ni1 i i1 0.5 , значення i 2 2 повного фазового зсуву уточнюється. Забезпечення точності вимірювання фазового часу затримки УЗ коливань Ф буде визначатись результатом вимірювання на верхній частоті: в , де в - максимальне значення похиф в 5 94500 бки фазометра, в - верхня частота вимірювання, який буде найбільш точним тому, що при похибці вимірювання фазометра в 0,10 , на частоті 10 МГц, одержують точність Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 6 100нс 2,7 1011 нс . Вимірювання викону3600 ються у діапазоні 0...360° за допомогою фазометра. ф Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюMethod for control of phase velocity of ultrasonic vibrations
Автори англійськоюBazhenov Viktor Hryhorovych, Lihomina Serhii Mykolaiovych, Myslyvets Liudmyla Yuriivna
Назва патенту російськоюСпособ контроля фазовой скорости ультразвуковых колебаний
Автори російськоюБаженов Виктор Григорьевич, Лигомина Сергей Николаевич, Мисливец Людмила Юрьевна
МПК / Мітки
МПК: G01N 29/07, G01N 29/024
Мітки: коливань, фазової, ультразвукових, спосіб, швидкості, контролю
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/3-94500-sposib-kontrolyu-fazovo-shvidkosti-ultrazvukovikh-kolivan.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб контролю фазової швидкості ультразвукових коливань</a>
Попередній патент: Пристрій для охолоджування металевої штаби
Наступний патент: Анкерна система для опалубки бетонної стіни
Випадковий патент: Багатоланцюгова підйомна установка