Ультразвуковий пристрій для кінетичних досліджень середовищ

Изобретение относится к акустическим методам исследования изменения физических и физико-химических параметров сред в ходе протекания в них различных процессов. Целью изобретения является расширение области применения и повышение достоверности путем обеспечения возможности исследования пространственно неоднородных сред и исключения влияния температуры на результаты исследований Генераторі возбуждает каждый элемент излучателя 2 ультразвуковых колебаний Возбужденные излучателем 2 ультразвукового колебания, распространяясь по стенке 7 вмещающего исследуемую среду 6 резервуара, взаимодействуют со средой 6 и поступают на приемник, выполненный о виде тонкопленочного электролюминесцентного мозаичного экрана 3, электроды которго соединены с источником 5 знакопеременного электрического напряжения. Напряжение на выходе источника 5 выбрано таким, что при отсутствии ультразвуковых колебаний ячейка 4 экрана 3 не светится, в при подаче на ячейку 4 колебаний определенной интенсивности светится. Таким образом экран 3 визуализует распределение ультразвукового поля. 4 ил. С с* со to Фиг) К. 1682909 \ v Изобретение относится к области акустических методов исследования изменения физических и физико-химических параметров сред в ходе протекания в них различных процессов и может быть исполь- 5 зовано, например, при исследовании процессов полимеризации полимеров, отвердевания цементных масс, изменения агрегатного состояния веществ и т п Целью изобретения является расшире- 10 ние области применения и повышение достоверности путем обеспечения возможности исследования пространственно неоднородных сред и исключения влияния температуры на результаты 15 исследований На фиг. 1 схематично представлено ультразвуковое (УЗ) устройство для кинетических исследований сред; на фиг. 2 расположение элементов излучателя и экрана на стенке вмещающего исследуемую сре- 20 ду резервуара; на фиг. 3 - графики зависимости изменения порога A U зажигания экрана от величины напряжения Ui на входе излучателя УЗ-колебаний для различных частот, на фиг 4 - графики зависимости 25 интенсивности I УЗ-колебаний от координаты точки измерения по длине L экрана как суммарный, так и для каждого из элементов излучателя. УЗ-устроиство для кинетических иссле- 30 дований сред содержит последовательно соединенные генератор 1 и излучатель 2 УЗ-колебании. УЗ-устройсгво также содержит приемник УЗ-колебаний, выполненный в виде тон- 35 ко плен оч но го электролюминесцентного экрана 3 с отдельными ячейками 4. Кроме того, УЗ-устройство содержит источник 5 знакопеременного электрического напряжения, соединенный с противоположными 40 электродами ячеек 4 экрана 3. Излучатель 2 и экран 3, выполняющий функции приемника, предназначены для контактирования в ходе работы с исследуемой средой 6. В случае исследования нетвердых сред 6 послед- 45 ние располагаются, например, в резервуаре с звукопрозрачными стенками 7. В УЗ-устройство также входит термодатчик 8. УЗ-усгройство для кинетических исследований сред работает следующим обра- 50 зом. Генератор 1 возбуждает излучатель 2 УЗ-колебаний, выполненный в виде нескольких отдельных пьезоэлектрических преобразователей, например, на основе ке- 55 рамики ЦТС-23. Излучатель 2 генерирует в стенке 7 УЗ-колебания, взаимодействующие со средой б, например полимеризующимся мономером В результате взаимодействия со средой б интенсивность попадающих на отдельные ячейки 4 экрана 3 УЗ-колебаний определяется степенью полимеризации мономера В качестве экрана 3 используется, например, тонкопленочный электролюминесцентный экран на основе сульфида цинка, легированного марганцем. Тонкопленочный электролюминесцентный экран представляет собой наносимую одна на другую вакуумным напылением структуру в виде МДПДМ (металлдиэлектрик-пол у проводник-диэлектрикметалл) общей толщиной от долей до нескольких микрометров. К каждой ячейке 4 экрана 3 приложено допороговое электрическое напряжение Us, величина которого задается источником 5, работающим в килогерцовом диапазоне. Допороговое напряжение Us не достаточно для генерации с поверхностных электронных состояний свободных электронов, наличие которых необходимо для возникновения свечения электролюминесцентного экрана 3. Под действием УЗ-колебаний формируются неравновесные менее глубокие поверхностные энергетические уровни и величина напряжения Us оказывается достаточной для осуществления с них тормополевой эмиссии. Смещение Д Ц і порога зажигания, т.е. разность между величиной порога зажигания без воздействия УЗ-колебаний и величиной порога зажигания при воздействии УЗ-колебаний, амплитуда которых характеризуется величиной напряжения Ui на выходе генератора 1 (фиг 3) Порог зажигания определяется как порог визуального восприятия свечения электролюминесцентного элемента (1 кд/м при освещенности 100 лк). Данные (фиг. 3) получены при частоте возбуждающего напряжения U5 источниха 5, равной 5 кГц, и среднем уровне Us = =125 В для двух значений частоты генератора 1: 1,60 МГц (кривая а) и 3,85 МГц (кривая б). Смещение порога зажигания обуславливает возможность визуализовать распределение в пространстве интенсивности попадающих на каждую ячейку 4 экрана 3 УЗ-колебаний. Для исследований могут быть использованы различные типы колебаний. Так при мозаичном расположении ячеек 4 и элементов излучателя 2 (фиг. 1) в стенку 7 излучаются продольные колебания, отражающиеся от границы раздела материал стенки 7 - материал среды 6 и поступающие на ячейку 4. Потери на границе раздела определяются состоянием среды 6 и при соответствующем выборе величины напряжения Us, при наличии монометра в резервуаре электролюминесцентные ячейки 4 1682909 з при наличии полимера гаснут Излучатель 2 може? быть выполнен в виде двух ориентировочных один навстречу другому пьезоэлектрических преобразователей, возбуждающих в стенке 7 волны Лэмба (фиг 2), в этом случае 6 в качестве приемни- 5 ка используется тонкопленочиый электролюминесцентный матричный экран, расположенный между элементами излучателя 2. Элементы излучателя 2 подобраны и установлены таким образом, что распреде- 10 пение суммарной интенсивности I по длине L экрана 3 (по акустической осп элементов излучателя 2) равномерно На фиг 4 представлены качественные зависимости интенсивности I УЗ-колебании от координаты 15 точки измерения по длине L экрана 3 для каждого элемента излучателя 2 в отдельности (прямые I и II) и для суммарных колебаний (прямая 111) В этом случае интенсивность УЗ-колебаний, а следова- 20 тельно, и свечение элементов А экрана 3 определяются демпфирующими способностями среды 6. Рядом с приемным элементом т.е тонкопленочным электролюминесцентным экраном 3, распо 25 лагают термодатчик 8 В связи с повышением генерации первичных электронов с ростом температуры порог зажигания снижается При малых изменениях температуры эта зависимость близка к линейной 30 Измеренное с помощью термодатчика 8 значение температуры позволяет провести коррекцию величины напряжения Us таким образом, что результаты исследовании не зависят от температуры Таким образом, по 35 свечению определенных участков экрана 3 можно непрерывно следить за изменениями, происходящими в среде 6, т е проводить к и н е т и ч е с к и е и с с л е д о в а н и я одновременно во всех зонах наблюдения 40 исследуемой среды 6 Использование тонкопленочного электролюминесцентного экрана позволяет Обойтись в устройстве без электронных блоков усиления и визуализации Используе 45 6 Мый приепник позволяет роб'лэть в ком диапазоне частот, поскольку порог жигэния ячеек экрана очень слабо от частоты УЗ колебании Возможность вы брать любое необходимое значение напря жения на выходе источнике позволяет управлять разрешающей способное т ыо уст ройства Визуально наблюдаемая кзртина распределения УЗ-поля позволяет осуществить его качественный анализ по ингенсив ности, поскольку яркость свечения экрана зависит or интенсивности падающих на него УЗ-колебании Разрешающая способ ность по площади УЗ-yt троистра для кинетических исследовании сред ограничивается минимальной площадью ячейки тон копленочного олекгролюминрсцжитного экрана, которая составляет порядка 0 1 см Предлагаемое устройство работоспособно в интервале интенсивностеи применяемых колебаний 10 - 10 Вт/м На нижнем пределе электролюминесиенгный экран не чувствителен к воздействию аку стичегкпх колебании а на оерхнем пределе электролюминбецентныи экран претерпе вает необратимые изменения Формула изобретения Ультразвуковое устройство для кинетических исследовании сред, содержащее излучатель ультразвуковых колебании, соединенный с ним генератор и приемник ультразвуковых колебаний, причем излучатель и приемник ультразвуковых колебаний предназначены для контактирования о ходе работы с исследуемой средой о т л и ч а ю щ е е с я тем что, с целью расширения области применения и повышения достоверности, оно снабжено источником знако переменного электрического напряжения приемник ультразвуковых кол^бан^и вмполнен в виде тонкопленочною электролюмииесцентного экрана, а противоположные электроды электролюминесцентного JKpaна соединены с источником знакопеременного электрического напряжения И Ч Фиг. 1 1682909 1 10 20 30 U,,B фиг. З ФигЛ Редактор Н.Бобкова Составитель В.Гондаревский Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова Заказ 3408 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5 Проиэводстаенно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул Гагарина, 101