RU108847U1 - ULTRASONIC TRANSMITTER FOR INTEGRATED ACOUSTIC RESEARCH OF MATERIALS - Google Patents

Abstract

1. Ультразвуковой преобразователь для комплексного акустического исследования материалов, содержащий пьезопреобразователь, акустически связанную с ним торцом линию задержки в виде тела вращения с ребристой боковой поверхностью, и осесимметричный колпачок с резьбой на внутренней части для сочленения с линией задержки со свободного торца, причем свободный торец линии задержки выполнен в форме конуса с усеченной вершиной и сопряженного по диаметру его вершины цилиндрического углубления, а больший диаметр конуса совпадает с диаметром линии задержки, при этом колпачок снабжен осесимметричным цилиндрическим выступом на его внутренней части и шкалой кругового нониуса на его внешней части, отличающийся тем, что поверхность усеченного осесимметричного конуса на свободном торце линии задержки является выпуклой по отношению к плоскости акустического контакта пьезопреобразователя и линии задержки, а линия сопряжения выпуклого конуса и цилиндрического углубления лежит в плоскости, перпенпендикулярной оси линии задержки. ! 2. Ультразвуковой преобразователь по п.1, отличающийся тем, что линия задержки выполнена из эталонного материала с известным значением его акустического сопротивления. ! 3. Ультразвуковой преобразователь по п.1, отличающийся тем, что начало отсчета шкалы измерительного нониусного механизма соответствует позиции физического контакта цилиндрического выступа колпачка и дна цилиндрического углубления линии задержки. 1. An ultrasonic transducer for complex acoustic research of materials, comprising a piezoelectric transducer, an acoustically connected end-face delay line in the form of a body of revolution with a ribbed lateral surface, and an axisymmetric cap with thread on the inside for articulation with the delay line from the free end, the free end of the line the delay is made in the form of a cone with a truncated apex and a cylindrical recess mated along the diameter of its apex, and the larger cone diameter coincides with the diameter delay, the cap is equipped with an axisymmetric cylindrical protrusion on its inner part and a circular nonius scale on its outer part, characterized in that the surface of the truncated axisymmetric cone on the free end of the delay line is convex with respect to the plane of acoustic contact of the piezoelectric transducer and the delay line, and the conjugation line of the convex cone and the cylindrical recess lies in a plane perpendicular to the axis of the delay line. ! 2. The ultrasonic transducer according to claim 1, characterized in that the delay line is made of a reference material with a known value of its acoustic impedance. ! 3. The ultrasonic transducer according to claim 1, characterized in that the reference point of the scale of the measuring vernier mechanism corresponds to the position of the physical contact of the cylindrical protrusion of the cap and the bottom of the cylindrical recess of the delay line.

Description

Полезная модель относится к области ультразвуковой измерительной техники и может быть использована при акустическом исследовании твердых, эластичных и вязких материалов, а также жидкостей с физико-химическими или биологическими целямиThe utility model relates to the field of ultrasonic measuring equipment and can be used in acoustic research of solid, elastic and viscous materials, as well as liquids with physicochemical or biological purposes.

Известен ультразвуковой преобразователь для исследования жидкостей, содержащий пьезопреобразователь и линию задержки в виде тела вращения с ребристой боковой поверхностью и двумя гладкими торцевыми поверхностями, с одной из которых акустически связан пьезопреобразователь, а другая, предназначенная для размещения исследуемой жидкости, является вогнутой, выполненной в виде усеченного параболоида вращения (SU 1105804 А, опуб. 30.07.84. Бюлл. №28). Недостатком этого преобразователя является узкая область применения, ограниченная возможностью акустического исследования только жидкостей, причем - с нахождением только их отражательных характеристик. Например, коэффициента отражения ультразвука и акустического (волнового) сопротивления исследуемой среды. Преобразователь не может быть применен для исследования твердых и эластичных (резиноподобных) материалов, а также - для определения не поверхностных, а объемных характеристик жидкостей. Например, скорости распространения в них ультразвуковых колебания и коэффициента затухания последних, а также - плотности среды.Known ultrasonic transducer for researching liquids, containing a piezoelectric transducer and a delay line in the form of a body of revolution with a ribbed side surface and two smooth end surfaces, one of which is acoustically connected to the piezoelectric transducer, and the other, designed to accommodate the studied fluid, is concave, made in the form of a truncated paraboloid of rotation (SU 1105804 A, publ. 30.07.84. Bull. No. 28). The disadvantage of this transducer is the narrow scope, limited by the possibility of acoustic studies of only liquids, and with finding only their reflective characteristics. For example, the reflection coefficient of ultrasound and acoustic (wave) resistance of the medium under study. The transducer cannot be used to study solid and elastic (rubber-like) materials, and also to determine not surface, but volumetric characteristics of liquids. For example, the speed of propagation of ultrasonic vibrations and the attenuation coefficient of the latter, as well as the density of the medium.

Известен ультразвуковой преобразователь для исследования жидкостей, отличие которого от вышеописанного состоит в том, что углубление на свободном торце линии задержки выполнено в виде усеченного конуса и сопряженного по его меньшему периметру цилиндра, а больший диаметр усеченного конуса равен диаметру торца линии задержки (SU 1188643 А, опубл. 30.10.85. Бюлл. №40). Недостатки этого преобразователя те же, что и ранее рассмотренного.A known ultrasonic transducer for studying liquids, the difference of which from the above is that the recess on the free end of the delay line is made in the form of a truncated cone and a cylinder mated along its smaller perimeter, and a larger diameter of the truncated cone is equal to the diameter of the end of the delay line (SU 1188643 A, publ. 10/30/85. Bull. No. 40). The disadvantages of this converter are the same as previously considered.

Наиболее близким к заявляемому ультразвуковому преобразователю по конструктивным признакам и назначению является ультразвуковой преобразователь для исследования биологических (и аналогичных технических) сред, содержащий пьзопреобразователь, акустически связанную с ним торцом линию задержки в виде тела вращения с ребристой боковой поверхностью и осесимметричным углублением на свободном торце в форме конуса с усеченной вершиной и сопряженного по диаметру его вершины цилиндра, в состав преобразователя дополнительно введен колпачок с внутренним осесимметричным цилиндрическим выступом, шкалой кругового нониуса на его внешней части и резьбой на внутренней для сочленения с линией задержки со свободного торца (SU 1337053 А, опубл. 15.09.87. Бюлл. №34). При исследовании жидкостей, а также - вязких и резиноподобных материалов этот преобразователь позволяет измерять не только поверхностные акустические характеристики среды, но и объемные ее характеристики (см. выше). Недостатком указанного преобразователя - прототипа является ограниченная область применения, обусловленная возможностью комплексного акустического исследования только жидких, вязкоконсистентных и эластичных (резиноподобных) сред. Преобразователь не позволяет исследовать твердые материалы, а также проводить одномоментное измерение комплекса акустических характеристик твердых материалов и жидкостей.Closest to the claimed ultrasonic transducer by design features and purpose is an ultrasonic transducer for studying biological (and similar technical) media containing a piezoelectric transducer, a delay line acoustically connected to it by a delay body in the form of a body of revolution with a ribbed side surface and an axisymmetric recess on the free end in the form a cone with a truncated apex and a cylinder mating along the diameter of its apex, a cap is additionally introduced into the transducer with an internal axisymmetric cylindrical protrusion, a circular nonius scale on its external part and a thread on the internal for articulation with a delay line from the free end (SU 1337053 A, publ. 15.09.87. Bull. No. 34). In the study of liquids, as well as viscous and rubber-like materials, this transducer allows you to measure not only the surface acoustic characteristics of the medium, but also its volumetric characteristics (see above). The disadvantage of this Converter-prototype is the limited scope, due to the possibility of complex acoustic studies of only liquid, viscous-consistent and elastic (rubber-like) media. The transducer does not allow the study of solid materials, as well as simultaneous measurement of the complex of acoustic characteristics of solid materials and liquids.

Целью предлагаемой полезной модели является расширение области применения ультразвукового преобразователя-прототипа. Техническим результатом выступает возможность комплексного исследования не только жидкостей, но и твердых материалов, причем одномоментно с жидкостями, а также - ускорение процедуры измерения комплекса акустических характеристик исследуемых сред и повышение точности результатов.The purpose of the proposed utility model is to expand the scope of the ultrasonic transducer prototype. The technical result is the possibility of a comprehensive study of not only liquids, but also solid materials, and at the same time with liquids, as well as the acceleration of the procedure for measuring the complex of acoustic characteristics of the studied media and improving the accuracy of the results.

Поставленная цель достигается за счет того, что предлагаемый ультразвуковой преобразователь для комплексного акустического исследования материалов содержит пьезопреобразователь, акустически связанную с ним торцом линию задержки в виде тела вращения с ребристой боковой поверхностью и осесимметричный колпачок с резьбой на внутренней части для сочленения с линией задержки со свободного торца, причем свободный торец линии задержки выполнен в форме осесимметричного конуса с усеченной вершиной и сопряженного по диаметру его вершины осесимметричного цилиндрического углубления, а колпачок снабжен осесимметричным цилиндрическим выступом на его внутренней части и шкалой кругового нониуса на его внешней части. При этом поверхность усеченного конуса на свободном торце линии задержки является выпуклой по отношению к плоскости акустического контакта пьезопреобразователя и линии задержки, а линия сопряжения выпуклого конуса и цилиндрического углубления лежит в плоскости, перпендикулярной оси линии задержки.This goal is achieved due to the fact that the proposed ultrasonic transducer for complex acoustic research of materials contains a piezoelectric transducer, an acoustically connected end-face delay line in the form of a body of revolution with a ribbed lateral surface, and an axisymmetric cap with thread on the inside for articulation with a delay line from the free end moreover, the free end of the delay line is made in the form of an axisymmetric cone with a truncated apex and an axis mated along the diameter of its apex symmetrical cylindrical recesses, and the cap is equipped with an axisymmetric cylindrical protrusion on its inner part and a circular vernier scale on its outer part. The surface of the truncated cone at the free end of the delay line is convex with respect to the plane of acoustic contact of the piezoelectric transducer and the delay line, and the interface line between the convex cone and the cylindrical recess lies in a plane perpendicular to the axis of the delay line.

Таким образом, отличием заявленного преобразователя от известного прототипа является, во-первых, то, что поверхность усеченного конуса на свободном торце линии задержки по отношению к плоскости акустического контакта последней с пьезопреобразователем является не вогнутой, как у прототипа, а выпуклой, во-вторых, то, что линия сопряжения выпуклого конуса и цилиндрического углубления лежит в плоскости, перпендикулярной оси линии задержки. Как будет показано далее, это необходимо для нормальной работы предлагаемого ультразвукового преобразователя и не является необходимым для работы вышеописанных аналогов и прототипа.Thus, the difference between the claimed transducer and the known prototype is, firstly, that the surface of the truncated cone on the free end of the delay line with respect to the plane of acoustic contact of the latter with the piezoelectric transducer is not concave, like the prototype, but convex, and secondly, that the conjugation line of the convex cone and the cylindrical recess lies in a plane perpendicular to the axis of the delay line. As will be shown below, this is necessary for the normal operation of the proposed ultrasonic transducer and is not necessary for the operation of the above analogues and prototype.

Следующим отличием заявляемого ультразвукового преобразователя от прототипа является то, что линия задержки выполнена из эталонного материала с известным значением его акустического сопротивления. Как будет показано далее, это необходимо для комплексного акустического исследования одномоментно жидких и твердых материалов.The next difference of the claimed ultrasonic transducer from the prototype is that the delay line is made of a reference material with a known value of its acoustic impedance. As will be shown below, this is necessary for complex acoustic studies of simultaneously liquid and solid materials.

Наконец, отличием заявляемого ультразвукового преобразователя от прототипа является то, что начало отсчета шкалы измерительного нониусного механизма соответствует позиции физического контакта цилиндрического выступа колпачка и дна цилиндрического углубления линии задержки. Это обстоятельство упрощает отсчет акустических длин исследуемых материалов.Finally, the difference of the claimed ultrasonic transducer from the prototype is that the reference point of the scale of the measuring vernier mechanism corresponds to the physical contact position of the cylindrical protrusion of the cap and the bottom of the cylindrical recess of the delay line. This circumstance simplifies the reading of the acoustic lengths of the investigated materials.

На чертеже фиг.1 схематически показана конструкция заявляемого ультразвукового преобразователя, на фиг.2 - геометрия метода одномоментного исследования жидкости и твердого материала.The drawing of figure 1 schematically shows the design of the inventive ultrasonic transducer, figure 2 - geometry of the method of simultaneous study of liquid and solid material.

Заявляемый ультразвуковой преобразователь (см. фиг.1) состоит из пьезопреобразователя 1, линии 2 задержки и колпачка 3. Линия 2 задержки изготовлена из эталонного материала с известным акустическим сопротивлением, а колпачок 3 - из любого подходящего материала, в простейшем случае - из того же, что и линия 2 задержки. По форме линия 2 задержки выполнена в виде тела вращения, ее плоскость 4 акустического контакта с пьезопреобразователем 1 перпендикулярна оси как линии 2 задержки, так и ультразвукового преобразователя в целом. Боковая поверхность 5 линии 2 задержки имеет на свободном конце резьбу для сочленения с колпачком 3, а также - для рассеяния паразитных волн. На остальной части боковой поверхности линии 2 задержки, на которую колпачок не может быть накручен, указанная резьба может присутствовать, а может быть заменена на ребристую поверхность любого вида, эффективно рассеивающую паразитные ультразвуковые колебания используемого частотного диапазона.The inventive ultrasonic transducer (see figure 1) consists of a piezoelectric transducer 1, a delay line 2 and a cap 3. The delay line 2 is made of a reference material with known acoustic impedance, and the cap 3 is made of any suitable material, in the simplest case, of the same as line 2 delays. The shape of the delay line 2 is made in the form of a body of revolution, its plane 4 of acoustic contact with the piezoelectric transducer 1 is perpendicular to the axis of both the delay line 2 and the ultrasonic transducer as a whole. The lateral surface 5 of the delay line 2 has a thread at its free end for jointing with cap 3, as well as for scattering of spurious waves. On the remaining part of the lateral surface of the delay line 2, onto which the cap cannot be wound, the indicated thread may be present, and can be replaced by a ribbed surface of any kind, effectively scattering spurious ultrasonic vibrations of the used frequency range.

На свободном торце линии 2 задержки имеется осесимметричное цилиндрическое углубление 6, сопряженное по своему диаметру с выпуклой усеченно-конической поверхностью 7. Оптимальный для эффективного рассеяния паразитных волн угол между образующей конуса 7 и осью линии 2 задержки составляет 60±5°. Боковая поверхность цилиндрического углубления 6 может быть сделана ребристой (например, резьбовой) для улучшения подавления попадающих на нее паразитных волн. Резьба может не доходить до границы сопряжения цилиндра 6 и конуса 7, чтобы проще обеспечить требование перпендикулярности плоскости, в которой лежит указанная линия сопряжения, и оси ультразвукового преобразователя. Если же резьба доходит до указанной границы сопряжения, то на последней может быть выполнена плоская кольцевая площадка для обеспечения отмеченной перпендикулярности.At the free end of the delay line 2 there is an axisymmetric cylindrical recess 6, conjugated in diameter with a convex truncated-conical surface 7. The angle optimal between the generatrix of the cone 7 and the axis of the delay line 2 is 60 ± 5 °, which is optimal for efficient scattering of spurious waves. The lateral surface of the cylindrical recess 6 can be made ribbed (for example, threaded) to improve the suppression of spurious waves incident on it. The thread may not reach the interface between the cylinder 6 and the cone 7, in order to more easily provide the requirement of perpendicularity to the plane in which the indicated interface line lies and the axis of the ultrasonic transducer. If the thread reaches the specified interface, then a flat annular area can be made on the latter to ensure marked perpendicularity.

Колпачок 3, сопрягаемый с линией 2 задержки, имеет на внутренней стороне резьбу 8, а на наружной - шкалу кругового нониуса 9. Кроме того, в нем имеется внутренний осесимметричный цилиндрический выступ 10, диаметр которого позволяет выступу свободно, с небольшим зазором, входить в цилиндрическое углубление 6 линии 2 задержки. Таким образом, по показаниям шкалы кругового нониуса, отсчитываемым от фиксированной метки на боковой поверхности линии 2 задержки (на чертеже не показана), в произвольном положении колпачка можно легко определить расстояние от дна цилиндрического углубления 6 до плоского торца выступа 10.The cap 3, mating with the delay line 2, has a thread 8 on the inner side and a circular nonius 9 scale on the outside. In addition, it has an internal axisymmetric cylindrical protrusion 10, the diameter of which allows the protrusion to freely enter, with a small gap, into the cylindrical recess 6 line 2 delay. Thus, according to the indications of the circular vernier scale, counted from a fixed mark on the lateral surface of the delay line 2 (not shown in the drawing), in the arbitrary position of the cap, the distance from the bottom of the cylindrical recess 6 to the flat end face of the protrusion 10 can be easily determined.

Ультразвуковой преобразователь для комплексного акустического исследования материалов в случае исследования жидкости работает следующим образом (см. фиг.1). Вначале углубление 6 оставляют свободным, без заполнения исследуемой жидкостью. С помощью электронной аппаратуры (на чертеже не показана), электрически связанной с пьезопреобразователем 1, в линии 2 задержки возбуждают ультразвуковые колебания и принимают сигналы, отраженные от свободной поверхности углубления 6, которые возникают в результате полного отражения центральной части ультразвукового пучка от дна углубления. Боковые части излученного пучка ультразвука попадают на коническую поверхность 7 торца линии 2 задержки, переотражаются от боковой поверхности цилиндрического углубления 6, рассеиваются и в дальнейшей обработке сигналов не участвуют. Измеряют амплитуду А₀ сигналов, отраженных от дна не заполненного жидкостью углубления 6. Затем при снятом колпачке 3 углубление 6 полностью заполняют исследуемой жидкостью 9 (на чертеже фиг.1 не показана) и повторяют вышеописанные процедуры. Измеряют амплитуду А₁ сигнала, отраженного от дна заполненного жидкостью углубления 6 и методом рефлектометрии определяют амплитудный коэффициент R отражения ультразвука от дна заполненного жидкостью углубления 6. А акустическое сопротивление Z_x1 исследуемой жидкости находят по формуле Френеля: An ultrasonic transducer for complex acoustic research of materials in the case of a liquid study works as follows (see figure 1). Initially, the recess 6 is left free, without being filled with the test fluid. Using electronic equipment (not shown), electrically connected to the piezoelectric transducer 1, ultrasonic vibrations are excited in the delay line 2 and signals reflected from the free surface of the recess 6, which result from the complete reflection of the central part of the ultrasonic beam from the bottom of the recess, are received. The lateral parts of the emitted ultrasound beam fall on the conical surface 7 of the end of the delay line 2, are reflected from the lateral surface of the cylindrical recess 6, are scattered, and are not involved in further signal processing. The amplitude A _{0 of the} signals reflected from the bottom of the cavity 6 not filled with liquid is measured. Then, with the cap 3 removed, the cavity 6 is completely filled with the test liquid 9 (not shown in the drawing) and the above procedures are repeated. The amplitude A _{1 of the} signal reflected from the bottom of the cavity filled with liquid 6 is measured and the amplitude reflection coefficient R of ultrasound reflection from the bottom of the cavity filled with liquid 6 is determined by reflectometry. And the acoustic resistance Z _{x1 of the} investigated liquid is found by the Fresnel formula:

где Z₀ - известное акустическое сопротивление материала линии 2 задержки. При этом учитывают знак коэффициента R отражения: если Z_x1>Z₀, то R>0, если Z_x1<Z₀, то R<0. B случае, когда соотношение акустических сопротивлений Z_x1 и Z₀ априорно не известно, знак R устанавливают с помощью электронной измерительной аппаратуры (на чертеже не показана), электрически связанной с пьезопреобразователем 1, по соотношению фаз сигналов, имеющих амплитуды А₀ и A₁: для Z_x1<Z₀ они синфазны, для Z_x1>Z₀ они противофазны.where Z ₀ is the known acoustic impedance of the material of the delay line 2. In this case, take into account the sign of the reflection coefficient R: if Z _x1 > Z ₀ , then R> 0, if Z _x1 <Z ₀ , then R <0. In the case when the ratio of acoustic impedances Z _x1 and Z _{0 is} not a priori known, the sign R is set using electronic measuring equipment (not shown in the drawing), electrically connected to the piezoelectric transducer 1, according to the phase ratio of the signals having amplitudes A ₀ and A ₁ : for Z _x1 <Z ₀ they are in phase, for Z _x1 > Z ₀ they are out of phase.

После этого колпачок 3 навинчивают на линию 2 задержки. При этом выступ 10 колпачка входит в углубление 6 линии 2 задержки и в отсутствии воздуха формирует в углублении 6 измерительную камеру переменной длины, полностью заполненную жидкостью, причем вершина выступа 10 колпачка 3 служит отражателем ультразвука, одновременно формируя длину l, отсчитываемую по показаниям нониусного механизма 9. По одной из стандартных методик ультразвуковых измерений, например, импульсной (см. Колесников А.Е. Ультразвуковые измерения. М.: Изд-во стандартов, 1982. - С.61-81; 113-128), можно определить объемные акустические характеристики исследуемой жидкости: скорость с распространения в ней ультразвуковых колебаний и коэффициент затухания α ультразвука в жидкости. Дополнительно можно определить плотность ρ исследуемой жидкости по формуле ρ=Z_x1/с. Таким образом, заявляемый ультразвуковой преобразователь позволяет измерить все акустические характеристики исследуемой жидкости.After that, the cap 3 is screwed onto the delay line 2. In this case, the protrusion 10 of the cap enters the recess 6 of the delay line 2 and, in the absence of air, forms a measuring chamber of variable length completely filled with liquid in the recess 6, and the apex of the protrusion 10 of the cap 3 serves as an ultrasound reflector, at the same time forming the length l, measured according to the indications of the vernier mechanism 9 According to one of the standard methods of ultrasonic measurements, for example, pulsed (see Kolesnikov AE Ultrasonic measurements. M .: Publishing house of standards, 1982. - S.61-81; 113-128), it is possible to determine the volumetric acoustic character eristiki sample liquid: speed propagation of ultrasonic vibration and ultrasonic attenuation coefficient α in the liquid. Additionally, it is possible to determine the density ρ of the investigated fluid by the formula ρ = Z _x1 / s. Thus, the inventive ultrasonic transducer allows you to measure all the acoustic characteristics of the investigated fluid.

В случае исследования твердых материалов заявляемый ультразвуковой преобразователь работает следующим образом. При снятом колпачке 3 с линии 2 задержки (см. фиг.1) углубление 6 полностью заполняют исследуемой жидкостью (на чертеже фиг.1 не показана) с известным по ранее описанным процедурам акустическим сопротивлением Z_x1. При этом свободная поверхность жидкости должна быть плоской, параллельной плоскости 4 акустического контакта пьезопреобразователя 1 и линии 2 задержки и перпендикулярной оси ультразвукового преобразователя. Указанное условие обеспечивают посредством добавлении или убирания микрообъемов жидкости под визуальным контролем, а также с помощью электронной измерительной аппаратуры (на чертеже не показана), электрически связанной с пьезопреобразователем 1, - по максимуму величины отраженного от свободной поверхности жидкости сигнала. Измеряют амплитуду А₀′ сигнала, отраженного от плоской свободной поверхности жидкости, полностью заполняющей углубление 6. Затем вводят образец 11 исследуемого твердого материала (см. фиг.2) в акустический контакт с жидкостью, заполняющей углубление 6. Указанный образец должен иметь плоскопараллельные торцы, во-первых, и поперечные размеры, позволяющие ему полностью покрывать поверхность жидкости в углублении 6 и не препятствовать свободному вращению колпачка 3 (см. фиг.1) при накручивании последнего на свободный конец линии 2 задержки, во-вторых. Толщина l′ образца исследуемого твердого материала, необходимая для расчета акустических характеристик последнего может быть измерена априорно или определена по показаниям шкалы кругового нониуса 9 при касании выступом 10 свободной поверхности образца 11, размещенного на линии 2 задержки в отсутствие или в присутствии жидкости (см. фиг.1). При этом полная глубина углубления 6 может быть известна априорно. После этого помещают исследуемый образец 11 на границу 12 сопряжения конуса 7 линии 2 задержки и цилиндрического углубления 6, полностью заполненного жидкостью, и определяют акустическое сопротивление Z_x2 исследуемого твердого материала аналогично ранее описанным процедурам для жидкости: In the case of research of solid materials, the inventive ultrasonic transducer operates as follows. With the cap 3 removed from the delay line 2 (see FIG. 1), the recess 6 is completely filled with the test liquid (not shown in the drawing of FIG. 1) with the acoustic impedance Z _x1 known from the previously described procedures. In this case, the free surface of the liquid should be flat, parallel to the plane 4 of the acoustic contact of the piezoelectric transducer 1 and the delay line 2 and perpendicular to the axis of the ultrasonic transducer. The specified condition is provided by adding or removing microvolumes of the liquid under visual control, as well as using electronic measuring equipment (not shown in the drawing), electrically connected to the piezoelectric transducer 1, to the maximum value of the signal reflected from the free surface of the liquid. Measure the amplitude A ₀ ′ of the signal reflected from the flat free surface of the liquid completely filling the recess 6. Then, a sample 11 of the investigated solid material (see FIG. 2) is introduced into acoustic contact with the liquid filling the recess 6. The specified sample must have plane-parallel ends, firstly, the transverse dimensions, allowing it to completely cover the surface of the liquid in the recess 6 and not to impede the free rotation of the cap 3 (see figure 1) when the latter is screwed onto the free end of the delay line 2, second. The thickness l ′ of the sample of the studied solid material, necessary for calculating the acoustic characteristics of the latter, can be measured a priori or determined by reading the circular nonius 9 scale when the protrusion 10 touches the free surface of the sample 11 placed on the delay line 2 in the absence or presence of liquid (see Fig. .one). In this case, the full depth of the recess 6 can be known a priori. After that, the test sample 11 is placed on the interface 12 of the conjugation of the cone 7 of the delay line 2 and the cylindrical recess 6 completely filled with liquid, and the acoustic resistance Z _{x2 of the} investigated solid material is determined similarly to the previously described procedures for the liquid:

где A₁′ и R′ - амплитуда сигнала, отраженного от плоскости контакта твердого материала и жидкости, и соответствующий коэффициент отражения, остальные обозначения прежние.where A ₁ ′ and R ′ is the amplitude of the signal reflected from the plane of contact of the solid material and the liquid, and the corresponding reflection coefficient, the remaining notation is the same.

По ранее упомянутой методике импульсных измерений (см. соответствующую ссылку на литературу автора Колесникова А.Е.) возможно определение акустических характеристик твердого материала: скорости c′ распространения в нем ультразвуковых колебаний и коэффициента α′ затухания в нем ультразвука, а также - плотности ρ′ этого материала по формуле ρ′=Z_x2/c′. Таким образом, предлагаемый ультразвуковой преобразователь позволяет одномоментно определять комплекс акустических характеристик исследуемого твердого материала и жидкости (а также - резиноподобных и вязкоконсистентных материалов взамен жидкости): Z_x1, с, α, ρ; Z_x2, с′, α′, ρ′.According to the previously mentioned method of pulse measurements (see the corresponding reference to the literature of the author Kolesnikov A.E.), it is possible to determine the acoustic characteristics of a solid material: the velocity c ′ of the propagation of ultrasonic vibrations in it and the damping coefficient α ′ of ultrasound in it, as well as the density ρ ′ of this material by the formula ρ ′ = Z _x2 / c ′. Thus, the proposed ultrasonic transducer allows you to simultaneously determine the set of acoustic characteristics of the studied solid material and liquid (as well as rubber-like and viscous-consistent materials instead of liquid): Z _x1 , s, α, ρ; Z _x2 , c ′, α ′, ρ ′.

Если же по условиям опыта необходимо провести акустическое исследование только одного (по агрегатному состоянию) материала - твердого тела или жидкости, то измерительные процедуры упрощаются по сравнению с вышеописанными. А именно, при исследовании только твердых материалов в качестве жидкости можно использовать эталонную жидкость с известным акустическим сопротивлением, например, воду. При исследовании только жидкости отпадает необходимость в совокупности измерительных процедур, связанных с твердыми образцами. Процедуры измерений могут быть упрощены, а точность результатов повышена и при использовании эталонных образцов твердых материалов и жидкостей с известными акустическими характеристиками и значениями плотности.If, according to the conditions of the experiment, it is necessary to conduct an acoustic study of only one (by the state of aggregation) material - a solid or liquid, then the measurement procedures are simplified compared to the above. Namely, when examining only solid materials, a reference liquid with a known acoustic resistance, for example, water, can be used as a liquid. In the study of only liquid, there is no need for a set of measuring procedures associated with solid samples. Measurement procedures can be simplified, and the accuracy of the results is improved by using reference samples of solid materials and liquids with known acoustic characteristics and density values.

Заявляемый ультразвуковой преобразователь удовлетворяет требованию промышленной применимости, т.к. для его изготовления достаточно использовать стандартные технологические процессы точения, склейки, шлифования и т.п., а также известные технические материалы: металлы, пластмассы, пьезокерамику и т.д.The inventive ultrasonic transducer satisfies the requirement of industrial applicability, because for its manufacture it is enough to use standard technological processes of turning, gluing, grinding, etc., as well as well-known technical materials: metals, plastics, piezoceramics, etc.

Claims (3)

1. Ультразвуковой преобразователь для комплексного акустического исследования материалов, содержащий пьезопреобразователь, акустически связанную с ним торцом линию задержки в виде тела вращения с ребристой боковой поверхностью, и осесимметричный колпачок с резьбой на внутренней части для сочленения с линией задержки со свободного торца, причем свободный торец линии задержки выполнен в форме конуса с усеченной вершиной и сопряженного по диаметру его вершины цилиндрического углубления, а больший диаметр конуса совпадает с диаметром линии задержки, при этом колпачок снабжен осесимметричным цилиндрическим выступом на его внутренней части и шкалой кругового нониуса на его внешней части, отличающийся тем, что поверхность усеченного осесимметричного конуса на свободном торце линии задержки является выпуклой по отношению к плоскости акустического контакта пьезопреобразователя и линии задержки, а линия сопряжения выпуклого конуса и цилиндрического углубления лежит в плоскости, перпенпендикулярной оси линии задержки.1. An ultrasonic transducer for complex acoustic research of materials, comprising a piezoelectric transducer, an acoustically connected end-face delay line in the form of a body of revolution with a ribbed lateral surface, and an axisymmetric cap with thread on the inside for articulation with the delay line from the free end, the free end of the line the delay is made in the form of a cone with a truncated apex and a cylindrical recess mated along the diameter of its apex, and the larger cone diameter coincides with the diameter delay, the cap is equipped with an axisymmetric cylindrical protrusion on its inner part and a circular nonius scale on its outer part, characterized in that the surface of the truncated axisymmetric cone on the free end of the delay line is convex with respect to the plane of acoustic contact of the piezoelectric transducer and the delay line, and the conjugation line of the convex cone and the cylindrical recess lies in a plane perpendicular to the axis of the delay line. 2. Ультразвуковой преобразователь по п.1, отличающийся тем, что линия задержки выполнена из эталонного материала с известным значением его акустического сопротивления.2. The ultrasonic transducer according to claim 1, characterized in that the delay line is made of a reference material with a known value of its acoustic impedance. 3. Ультразвуковой преобразователь по п.1, отличающийся тем, что начало отсчета шкалы измерительного нониусного механизма соответствует позиции физического контакта цилиндрического выступа колпачка и дна цилиндрического углубления линии задержки.

3. The ultrasonic transducer according to claim 1, characterized in that the reference point of the scale of the measuring vernier mechanism corresponds to the position of the physical contact of the cylindrical protrusion of the cap and the bottom of the cylindrical recess of the delay line.