RU2610879C1 - Method of measuring ultrasonic radiation power - Google Patents

Method of measuring ultrasonic radiation power Download PDF

Info

Publication number
RU2610879C1
RU2610879C1 RU2015151026A RU2015151026A RU2610879C1 RU 2610879 C1 RU2610879 C1 RU 2610879C1 RU 2015151026 A RU2015151026 A RU 2015151026A RU 2015151026 A RU2015151026 A RU 2015151026A RU 2610879 C1 RU2610879 C1 RU 2610879C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ultrasonic transducer
test sample
heat
sensitive element
power
Prior art date
Application number
RU2015151026A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Вячеславович Соколов
Владимир Климентьевич Качанов
Роман Валерьевич Концов
Михаил Алексеевич Караваев
Алексей Алексеевич Синицын
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ"
Priority to RU2015151026A priority Critical patent/RU2610879C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2610879C1 publication Critical patent/RU2610879C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
    • G01H3/10—Amplitude; Power

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method comprises installing, on the surface of an ultrasonic transducer, two identical test samples, on each of which a heat sensitive element is attached. An exciting electric signal is transmitted to the ultrasonic transducer and signals from the heat sensitive elements are detected. The samples are connected to the transducer such that the first radiating surface of the ultrasonic transducer is in thermal and acoustic contact with the surface of the first test sample, and the second radiating surface of the ultrasonic transducer is only in thermal contact with the surface of the second test sample. Temperature signals are detected in points of the first and second test samples, respectively, lying symmetrically and at equal distance relative to the first and second radiating surfaces of the ultrasonic transducer, respectively, and the value of acoustic power emitted to the first test sample is determined from temperature measurement results.
EFFECT: high measurement accuracy.
2 dwg

Description

Изобретение относится к области измерений мощности ультразвукового излучения в жидкости и твердом теле и может быть использовано в технике и медицине и при выполнении ультразвуковых измерений в дефектоскопии, уровнеметрии, при выполнении ультразвуковых технологических операций.The invention relates to the field of measuring the power of ultrasonic radiation in a liquid and solid and can be used in engineering and medicine and when performing ultrasonic measurements in flaw detection, level measurement, when performing ultrasonic technological operations.

Известен способ измерения мощности ультразвукового излучения в жидкой среде по радиометрическому давлению на чувствительную мишень [Национальный стандарт Российской Федерации, ГОСТ P МЭК 61161 - 2009, "Мощность ультразвука в жидкостях. Общие требования к методикам измерений в диапазоне частот от 0,5 до 25 МГц", Издание официальное, Москва, Стандартинформ, 2010].A known method of measuring the power of ultrasonic radiation in a liquid medium by radiometric pressure on a sensitive target [National standard of the Russian Federation, GOST P IEC 61161 - 2009, "Power of ultrasound in liquids. General requirements for measurement techniques in the frequency range from 0.5 to 25 MHz" , Official publication, Moscow, Standardinform, 2010].

Однако этот способ характеризуется ограниченной областью применения и обладает недостаточной точностью из-за большого вклада в погрешность измерения давления на мишень термических воздействий, сравнимых с радиационными.However, this method is characterized by a limited scope and has insufficient accuracy due to the large contribution to the measurement error of the pressure on the target of thermal effects comparable to radiation.

Известен калориметрический способ измерения мощности ультразвукового излучения, основанный на поглощении мощности ультразвукового излучения приемником, преобразования его в тепловой поток и с последующим измерением теплового потока путем сравнения его с калиброванной электрической мощностью, рассеиваемой в этом приемнике [Miller E.W., Eitren D.G., Ultrasonic transducer characterization at the NBS, IEEE Trans Sonics Ultrason, SV-26 (1979).28].There is a known calorimetric method for measuring the power of ultrasonic radiation, based on the absorption of ultrasonic radiation by the receiver, converting it into a heat flux and then measuring the heat flux by comparing it with the calibrated electric power dissipated in this receiver [Miller EW, Eitren DG, Ultrasonic transducer characterization at the NBS, IEEE Trans Sonics Ultrason, SV-26 (1979) .28].

Этот способ обладает недостаточной точностью из-за большой погрешности измерения коэффициента поглощения приемника.This method has insufficient accuracy due to the large error in measuring the absorption coefficient of the receiver.

Наиболее близким по технической сущности техническим решением к предлагаемому изобретению является способ измерения мощности ультразвукового излучения, который заключается в подаче на ультразвуковой преобразователь возбуждающего электрического сигнала резонансной частоты калиброванной мощности P1, регистрации сигнала с термочувствительного элемента T1, находящегося в тепловом контакте с ультразвуковым преобразователем, изменении частоты возбуждающего сигнала электрической мощности, выходя из зоны резонанса, и измерении этой электрической мощности P2, поступающей на ультразвуковой преобразователь, и при этом регистрации сигнала T2 с термочувствительного элемента, а исходную мощность излучения ультразвукового преобразователя определяют из соотношения Pизл = P1 - P2T1/T2 [Патент РФ №2142211 "Способ калибровки ультразвукового преобразователя", МПК, опубл. 27.11.1999].The technical solution closest in technical essence to the present invention is a method for measuring the power of ultrasonic radiation, which consists in applying to the ultrasonic transducer an exciting electric signal of a resonant frequency of calibrated power P 1 , registering a signal from a heat-sensitive element T 1 in thermal contact with an ultrasonic transducer, changing the frequency of the exciting signal of electric power, leaving the resonance zone, and measuring this ektricheskoy power P 2, arriving at the ultrasonic transducer, and wherein registering the signal T from the temperature sensor 2 and the initial power of the ultrasonic transducer is determined from the emission ratio rad P = P 1 - P 2 T 1 / T 2 [RF patent №2142211 "Method calibration of the ultrasonic transducer ", IPC, publ. 11/27/1999].

Недостатком известного способа является необходимость в измерении четырех величин, по которым вычисляется мощность излучения ультразвукового преобразователя, а также низкая точность измерения.The disadvantage of this method is the need to measure four quantities, which are used to calculate the radiation power of the ultrasonic transducer, as well as low measurement accuracy.

Технической задачей предлагаемого изобретения является уменьшение времени измерения.The technical task of the invention is to reduce the measurement time.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерения мощности ультразвукового излучения.The technical result of the invention is to improve the accuracy of measuring the power of ultrasonic radiation.

Для решения поставленной технической задачи с достижением технического результата в известном способе калибровки ультразвукового преобразователя, заключающемся в том, что на первую излучающую поверхность ультразвукового преобразователя устанавливают первый тестовый образец, на первом тестовом образце устанавливают первый термочувствительный элемент, подают на ультразвуковой преобразователь возбуждающий электрический сигнал с электрической мощностью Рг резонансной частоты, регистрируют сигнал T1 с первого термочувствительного элемента, перед регистрацией сигнала на второй излучающей поверхности пьезоэлектрического преобразователя размещают идентичный первому по конфигурации и материалу второй тестовый образец таким образом, что первая излучающая поверхность ультразвукового преобразователя находится в тепловом и акустическом контакте с поверхностью первого тестового образца, а вторая излучающая поверхность ультразвукового преобразователя находится только в тепловом контакте с поверхностью второго тестового образца, устанавливают на втором тестовом образце второй термочувствительный элемент, регистрируют сигнал T2 со второго термочувствительного элемента, регистрацию сигналов T1 и T2 производят в точках соответственно первого и второго тестовых образцов, расположенных симметрично и на одинаковом расстоянии относительно соответственно первой и второй излучающих поверхностей ультразвукового преобразователя, а значение акустической мощности, излучаемой в первый тестовый образец, определяют по результатам измерений значений T1 и T2.To solve the technical problem with achieving a technical result in a known method for calibrating an ultrasonic transducer, namely, that the first test sample is installed on the first radiating surface of the ultrasonic transducer, the first heat-sensitive element is installed on the first test sample, an electric signal with an electric signal is supplied to the ultrasonic transducer power R g resonant frequency, register the signal T 1 from the first heat-sensitive of the element, before recording the signal on the second radiating surface of the piezoelectric transducer, a second test sample identical to the first in configuration and material is placed so that the first radiating surface of the ultrasonic transducer is in thermal and acoustic contact with the surface of the first test specimen, and the second radiating surface of the ultrasonic transducer is only in thermal contact with the surface of the second test sample, set on the second test the second heat-sensitive element, register the signal T 2 from the second heat-sensitive element, the signals T 1 and T 2 are recorded at the points of the first and second test samples, respectively, located symmetrically and at the same distance relative to the first and second radiating surfaces of the ultrasonic transducer, respectively, and the acoustic value power radiated into the first test sample is determined by the measurement results of the values of T 1 and T 2 .

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена функциональная схема установки измерения мощности ультразвукового излучения, на фиг. 2 показана структурная схема устройства измерения мощности акустического излучения, реализующего предложенный способ. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a functional diagram of an apparatus for measuring ultrasonic radiation power; FIG. 2 shows a structural diagram of a device for measuring the power of acoustic radiation that implements the proposed method.

Функциональная схема установки измерения мощности акустического излучения содержит первый тестовый образец 1 и второй тестовый образец 2, в качестве которых могут быть использованы жидкие или твердые среды, первый измеритель 3 температуры и второй измеритель 4 температуры, первый термочувствительный элемент 5, соединенный с первым измерителем 3 температуры и второй термочувствительный элемент 6, соединенный со вторым измерителем 4 температуры, ультразвуковой преобразователь 7, первая излучающая поверхность которого акустически и термически контактирует с первым тестовым образцом 1, а вторая излучающая поверхность которого термически контактирует со вторым тестовым образцом 2, причем первый термочувствительный элемент 5 и второй термочувствительный элемент 6 расположены в точках соответственно первого и второго тестовых образцов, позиционируемых симметрично и на одинаковом расстоянии относительно соответственно первой и второй излучающих поверхностей ультразвукового преобразователя. Второй тестовый образец 2 изолирован от ультразвукового преобразователя 7 акустическим экраном 8.The functional diagram of the installation for measuring the power of acoustic radiation contains a first test sample 1 and a second test sample 2, which can be used liquid or solid media, a first temperature meter 3 and a second temperature meter 4, a first heat-sensitive element 5 connected to the first temperature meter 3 and a second heat-sensitive element 6 connected to the second temperature meter 4, an ultrasonic transducer 7, the first emitting surface of which is acoustically and thermally eski is in contact with the first test sample 1, and the second radiating surface of which is thermally in contact with the second test sample 2, the first heat-sensitive element 5 and the second heat-sensitive element 6 are located at points of the first and second test samples, respectively, positioned symmetrically and at the same distance relative to the first and a second radiating surface of the ultrasonic transducer. The second test sample 2 is isolated from the ultrasonic transducer 7 by an acoustic screen 8.

Сущность заявляемого способа измерения мощности ультразвукового излучения заключается в следующем.The essence of the proposed method for measuring the power of ultrasonic radiation is as follows.

Для измерения мощности излучения используют два идентичных тестовых образца 1 и 2, представляющих собой либо сосуды достаточного объема, заполненные исследуемой жидкостной средой и снабженные контактными окнами необходимого размера и конфигурации, либо твердотельные образцы, для которых необходимо измерить уровень излучаемой в них мощности акустического сигнала. Для регистрации сигналов T1 и T2 в точка первого тестового образца 1 и второго тестового образца 2, расположенных симметрично и на одинаковом расстоянии относительно соответственно первой и второй излучающих поверхностей ультразвукового преобразователя 7, размещают первый термочувствительный элемент 5 первого измерителя 3 температуры и второй термочувствительный элемент 6 второго измерителя 4 температуры. Исследуемый ультразвуковой преобразователь 7 размещают между первым тестовым образцом 1 и вторым тестовым образцом 2 таким образом, как показано на фиг. 1. Первый тестовый образец 1 находится в тепловом и акустическим контакте с ультразвуковым преобразователем 7, а второй тестовый образец 2 изолирован от ультразвукового преобразователя 7 акустическим экраном 8, роль которого может играть тонкая, например, прослойка воздуха толщиной не менее 0,001 мм. Расчет показывает, что при толщине звукоизолирующего воздушного зазора, выполняющего роль акустического экрана 8, равной 10-4 мм коэффициент пропускания УЗ волны, например, на частоте 2,5 МГц оказывается равным порядка 0,2%, что говорит об очень хорошей звукоизоляции воздушным экраном. С другой стороны, несмотря на то, что воздух является плохим проводником тепла и коэффициент теплопроводности воздуха ηв=0,034 Вт/м*K, за счет малой толщины воздушного зазора перепад температур между поверхностью ультразвукового преобразователя 7 и вторым образцом 2 будет невелик. Так для ультразвукового преобразователя диаметром Dп=100 мм перепад температур ΔTз на толщине воздушного зазора hз=1 мкм при передаче тепловой мощности даже в несколько сотен Вт не превысит ΔTз=1 K. После подачи на ультразвуковой преобразователь 7 электрического сигнала резонансной частоты, он нагревается за счет внутренних тепловых потерь и начинает излучать тепловую энергию в первый тестовый образец 1 и второй тестовый образец 2 и одновременно с этим во второй тестовый образец 2 излучать акустическую энергию, которая, рассеиваясь и поглощаясь во втором тестовом образце, дополнительно его нагревает. При этом за счет разного количества энергии, поступающей в первый тестовый образец 1 и второй тестовый образец 2, они нагреваются в различной степени, и температура принимает значения соответственно T1 и T2. Имея ввиду, что оба одинаковых образца находятся в одинаковых термодинамических условиях, определить величину Ризл.ак. акустической мощности, излучаемой в исследуемый объект, можно по формулеTo measure the radiation power, two identical test samples 1 and 2 are used, which are either vessels of sufficient volume filled with the studied liquid medium and equipped with contact windows of the required size and configuration, or solid-state samples for which it is necessary to measure the level of acoustic signal power emitted in them. To register the signals T 1 and T 2 at the point of the first test sample 1 and the second test sample 2, located symmetrically and at the same distance relative to the first and second emitting surfaces of the ultrasonic transducer 7, respectively, a first heat-sensitive element 5 of the first temperature measuring device 3 and a second heat-sensitive element are placed 6 of the second temperature meter 4. The investigated ultrasonic transducer 7 is placed between the first test sample 1 and the second test sample 2 in the same way as shown in FIG. 1. The first test sample 1 is in thermal and acoustic contact with the ultrasonic transducer 7, and the second test sample 2 is isolated from the ultrasonic transducer 7 by an acoustic screen 8, the role of which can be played by a thin, for example, air layer with a thickness of at least 0.001 mm. The calculation shows that when the thickness of the soundproofing air gap, which acts as an acoustic screen 8, is equal to 10 -4 mm, the transmission coefficient of the ultrasonic wave, for example, at a frequency of 2.5 MHz is about 0.2%, which indicates a very good sound insulation with an air screen . On the other hand, despite the fact that air is a poor heat conductor and the thermal conductivity of the air is η in = 0.034 W / m * K, due to the small thickness of the air gap, the temperature difference between the surface of the ultrasonic transducer 7 and the second sample 2 will be small. So for an ultrasonic transducer with a diameter of D p = 100 mm, the temperature difference ΔT s on the thickness of the air gap h s = 1 μm when transmitting thermal power even several hundred watts does not exceed ΔT s = 1 K. After applying an electric resonant frequency signal to the ultrasonic transducer 7 , it is heated due to internal heat loss and begins to radiate heat energy into the first test sample 1 and the second test sample 2 and at the same time emit acoustic energy into the second test sample 2, which, scattered and absorbed Squeezing in the second test sample, heats it additionally. Moreover, due to the different amounts of energy entering the first test sample 1 and the second test sample 2, they are heated to various degrees, and the temperature takes values T 1 and T 2, respectively. Bearing in mind that both identical samples are in the same thermodynamic conditions, determine the value of P ex. acoustic power radiated into the studied object, it is possible by the formula

Figure 00000001
.
Figure 00000001
.

Предложенный способ измерения мощности ультразвукового излучения можно реализовать с помощью аналоговых или цифровых устройств различной конфигурации. Наиболее рационально все операции по формированию зондирующих сигналов и обработке колебаний, принятых приемным преобразователем, выполнять в цифровом виде.The proposed method for measuring the power of ultrasonic radiation can be implemented using analog or digital devices of various configurations. It is most rational to perform all operations on the formation of sounding signals and the processing of vibrations received by the receiving transducer in digital form.

Структурная схема устройства измерения мощности ультразвукового излучения, реализующего предложенный способ, содержит ультразвуковой преобразователь 7, первый термочувствительный элемент 5 и второй термочувствительный элемент 6, электронно-вычислительную машину (ЭВМ) 12, которая в своем составе содержит системный блок 13, монитор 14, стандартную клавиатуру 15, манипулятор 16 типа «мышь». Системный блок 13 состоит из платы 17 цифроаналогового преобразования, первой платы 18 аналогово-цифрового преобразования, второй платы 19 аналогово-цифрового преобразования и третьей платы 20 аналогово-цифрового преобразования, токового резистора 21, материнской платы 22, в свою очередь состоящей из микропроцессора 23, системной магистрали 24, оперативно-запоминающего устройства 25, перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства 26 и контроллера 27 клавиатуры. Системный блок 12 также в своем составе содержит адаптер 28 монитора, адаптер 29 портов, контроллер 30 дисков, контроллер 31 дополнительных устройств, жесткий магнитный диск 32, системное программное обеспечение 33, прикладное программное обеспечение 34.The structural diagram of a device for measuring the power of ultrasonic radiation that implements the proposed method contains an ultrasonic transducer 7, a first heat-sensitive element 5 and a second heat-sensitive element 6, an electronic computer 12, which in its composition contains a system unit 13, a monitor 14, a standard keyboard 15, a mouse type manipulator 16. The system unit 13 consists of a digital-to-analog conversion board 17, a first analog-to-digital conversion board 18, a second analog-to-digital conversion board 19 and a third analog-to-digital conversion board 20, a current resistor 21, a motherboard 22, which in turn consists of a microprocessor 23, system bus 24, random access memory 25, reprogrammable read only memory 26 and keyboard controller 27. The system unit 12 also includes a monitor adapter 28, a port adapter 29, a disk controller 30, an additional device controller 31, a hard disk 32, system software 33, and application software 34.

Ультразвуковой преобразователь 7 соединен с аналоговым выходом платы 17 цифроаналогового преобразования. Первый термочувствительный элемент 5 и второй термочувствительный элемент 6 соединены с аналоговым входом соответственной первой платы 18 аналогово-цифрового преобразования и второй платы 19 аналогово-цифрового преобразования, а аналоговый вход третьей платы 20 аналогово-цифрового преобразования подсоединен в точке соединения ультразвукового преобразователя 9 и токового резистора 21. Системная магистраль 24 соединена с платой 17 цифроаналогового преобразования, первой платой 18 аналого-цифрового преобразования, второй платой 19 аналого-цифрового преобразования и третьей платой 20 аналого-цифрового преобразования, микропроцессором 23, оперативно-запоминающим устройством 25, перепрограммируемым постоянным запоминающим устройством 26, контроллером 27 клавиатуры, к выходу которого подсоединена клавиатура 15, адаптером 28 монитора, к выходу которого подсоединен монитор 14, адаптером 29 портов, контроллером 30 дисков, к выходу которого подсоединен жесткий магнитный диск 32, контроллером 31 дополнительных устройств, к выходу которого подсоединен манипулятор 16 типа «мышь».The ultrasonic transducer 7 is connected to the analog output of the digital-to-analog conversion board 17. The first heat-sensitive element 5 and the second heat-sensitive element 6 are connected to the analog input of the corresponding first analog-to-digital conversion board 18 and the second analog-to-digital conversion board 19, and the analog input of the third analog-to-digital conversion board 20 is connected at the junction of the ultrasonic transducer 9 and the current resistor 21. The system bus 24 is connected to a digital-to-analog conversion circuit board 17, a first analog-to-digital conversion circuit board 18, and a second analog-to-circuit circuit board 19 conversion and the third board 20 analog-to-digital conversion, microprocessor 23, random-access memory 25, reprogrammable read-only memory 26, keyboard controller 27, to the output of which a keyboard 15 is connected, a monitor adapter 28, to the output of which a monitor 14 is connected, adapter 29 port controller 30 drives, the output of which is connected to a hard magnetic disk 32, the controller 31 of the additional devices, the output of which is connected to the manipulator 16 of the type of "mouse".

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Оператор вручную с помощью клавиатуры и прикладного программного обеспечения 34 задает значение частоты гармонического сигнала, равное значению резонансной частоты ультразвукового преобразователя 7, которое записывается в оперативно-запоминающее устройство 25. Прикладное программное обеспечение 34 с помощью микропроцессора 27 формирует по гармоническому закону цифровой сигнал в виде массива отсчетов значений амплитуды и записывает его в оперативно-запоминающее устройство 25 и пересылает гармонический сигнал в цифровой форме из оперативно-запоминающего устройства 25 в плату 17 цифроаналогового преобразования, которая преобразует электрический сигнал в цифровой форме в электрический непрерывный гармонический сигнал в аналоговой форме и передает его через аналоговый выход на ультразвуковой преобразователь 7, который преобразует электрический гармонический сигнал в ультразвуковую гармоническую волну и излучает данный гармонический сигнал в первый и второй тестовые образцы.The operator manually using the keyboard and application software 34 sets the frequency of the harmonic signal equal to the resonant frequency of the ultrasonic transducer 7, which is recorded in the random access memory 25. The application software 34 using the microprocessor 27 generates a digital signal in the form of an array in harmonic law samples of values of the amplitude and writes it to the random access memory 25 and sends a harmonic signal in digital form from memory device 25 into a digital-to-analog conversion circuit board 17, which converts the electrical signal in digital form into an electric continuous harmonic signal in analog form and transfers it through an analog output to an ultrasonic transducer 7, which converts the electrical harmonic signal into an ultrasonic harmonic wave and emits this harmonic signal to the first and second test samples.

Первый термочувствительный элемент 5 и второй термочувствительный элемент 6 приводятся в состояние теплового контакта соответственно с первым и вторым тестовым образцом. Таким образом, после подачи на ультразвуковой преобразователь 7 электрического сигнала резонансной частоты, он нагревается за счет внутренних тепловых потерь и начинает излучать тепловую энергию в первый и второй тестовые образцы, и одновременно с этим во второй тестовый образец излучать акустическую энергию, которая, рассеиваясь и поглощаясь во втором тестовом образце, дополнительно его нагревает. При этом за счет разного количества энергии, поступающей в первый и второй тестовые образцы, они нагреваются в различной степени, и величины электрических сигналов с термочувствительных элементов 5 и 6 принимают значения соответственно T1 и T2, оказываясь пропорциональными приращениям температур соответственно первого и второго тестовых образцов. Имея ввиду, что оба конструктивно одинаковых тестовых образца находятся в одинаковых термодинамических условиях, можно определить величину Ризл.ак. акустической мощности, излучаемой в исследуемый объект.The first heat-sensitive element 5 and the second heat-sensitive element 6 are brought into a state of thermal contact with the first and second test samples, respectively. Thus, after the electric signal of the resonant frequency is supplied to the ultrasonic transducer 7, it heats up due to internal heat loss and begins to radiate heat energy to the first and second test samples, and at the same time to radiate acoustic energy to the second test sample, which is scattered and absorbed in the second test sample, heats it additionally. Moreover, due to the different amounts of energy entering the first and second test samples, they are heated to various degrees, and the values of the electrical signals from the thermosensitive elements 5 and 6 take values T 1 and T 2 , respectively, being proportional to the temperature increments, respectively, of the first and second test samples. Bearing in mind that both structurally identical test samples are in the same thermodynamic conditions, it is possible to determine the value of P ex. acoustic power radiated into the studied object.

Для определения величины Ризл.ак электрические аналоговые сигналы с термочувствительных элементов 5 и 6, пропорциональные приращению значений температуры за счет сообщения тестовым образцам тепловой и акустической энергии, передаются на аналоговые входы первой платы 18 и второй платы 19 аналогово-цифрового преобразования, которые преобразуют электрические аналоговые эхосигналы в цифровую форму и записывают его в оперативно-запоминающее устройство 25. Одновременно с этим аналоговый гармонический сигнал с ультразвукового преобразователя 7 подается на аналоговый вход третьего цифроаналогового преобразователя, который преобразовывают в цифровую форму и записывают в оперативно-запоминающее устройство 25. Величина мощности Рг сигнала, подаваемого на ультразвуковой преобразователь 7, определяется, как произведение напряжения на ультразвуковом преобразователе 7 на ток, протекающий через него, который, в свою очередь, может быть найден, как частное от деления напряжения на токовом резисторе 21 на величину этого резистора, величина акустической мощности определяется по формуле (1). После выполнения описанных выше измерений прикладное программное обеспечение 34 выполняет обработку сигналов в цифровой форме, записанных в оперативное запоминающее устройство 25, по описанному выше алгоритму, и выводит информацию о результатах измерения на экран монитора 13.To determine the value of P , the electrical analog signals from the thermosensitive elements 5 and 6, which are proportional to the temperature increment due to the thermal and acoustic energy being transmitted to the test samples, are transmitted to the analog inputs of the first board 18 and the second analog-to-digital conversion board 19, which convert the electrical analog echo signals in digital form and record it in the random access memory 25. At the same time, the analog harmonic signal from the ultrasonic transducer La 7 is fed to the analog input of the third digital-to-analog converter, which is converted to digital form and recorded in the random access memory 25. The power value P g of the signal supplied to the ultrasonic transducer 7 is determined as the product of the voltage on the ultrasonic transducer 7 by the current flowing through of it, which, in turn, can be found as the quotient of dividing the voltage across the current resistor 21 by the value of this resistor, the value of acoustic power is determined by the forms le (1). After performing the above measurements, the application software 34 processes the signals in digital form recorded in the random access memory 25, according to the above algorithm, and displays information about the measurement results on the monitor screen 13.

Использование изобретения обеспечивает повышение точности измерения мощности излучения ультразвукового излучения при меньшим времени измерения.The use of the invention provides improved accuracy in measuring the radiation power of ultrasonic radiation at a shorter measurement time.

Claims (1)

Способ измерения мощности ультразвукового излучения, заключающийся в том, что на первую излучающую поверхность ультразвукового преобразователя устанавливают первый тестовый образец, на первом тестовом образце устанавливают первый термочувствительный элемент, подают на ультразвуковой преобразователь возбуждающий электрический сигнал с электрической мощностью Рг резонансной частоты, регистрируют сигнал Т1 с первого термочувствительного элемента, отличающийся тем, что перед регистрацией сигнала на второй излучающей поверхности пьезоэлектрического преобразователя размещают идентичный первому по конфигурации и материалу второй тестовый образец таким образом, что первая излучающая поверхность ультразвукового преобразователя находится в тепловом и акустическом контакте с поверхностью первого тестового образца, а вторая излучающая поверхность ультразвукового преобразователя находится только в тепловом контакте с поверхностью второго тестового образца, устанавливают на втором тестовом образце второй термочувствительный элемент, регистрируют сигнал Т2 со второго термочувствительного элемента, регистрацию сигналов Т1 и Т2 производят в точках соответственно первого и второго тестовых образцов, расположенных симметрично и на одинаковом расстоянии относительно соответственно первой и второй излучающих поверхностей ультразвукового преобразователя, а значение акустической мощности, излучаемой в первый тестовый образец, определяют по результатам измерений значений Т1 и Т2.The method of measuring the power of ultrasonic radiation, namely, that the first test sample is installed on the first radiating surface of the ultrasonic transducer, the first heat-sensitive element is installed on the first test sample, an exciting electric signal with an electric power R g of resonant frequency is supplied to the ultrasonic transducer, the signal T 1 is recorded from the first heat-sensitive element, characterized in that before registering the signal on the second radiating surface, the second transverse surface of the ultrasonic transducer is in thermal and acoustic contact with the surface of the first test specimen, and the second radiating surface of the ultrasonic transducer is only in thermal contact with the surface of the second test specimen, a second heat-sensitive element is installed on the second test sample, the signal T 2 from W is recorded of a heat-sensitive element, the signals T 1 and T 2 are recorded at the points of the first and second test samples, respectively, located symmetrically and at the same distance relative to the first and second radiating surfaces of the ultrasonic transducer, respectively, and the value of the acoustic power radiated to the first test sample is determined by the measurement results of the values of T 1 and T 2 .
RU2015151026A 2015-11-27 2015-11-27 Method of measuring ultrasonic radiation power RU2610879C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015151026A RU2610879C1 (en) 2015-11-27 2015-11-27 Method of measuring ultrasonic radiation power

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015151026A RU2610879C1 (en) 2015-11-27 2015-11-27 Method of measuring ultrasonic radiation power

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2610879C1 true RU2610879C1 (en) 2017-02-17

Family

ID=58458658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015151026A RU2610879C1 (en) 2015-11-27 2015-11-27 Method of measuring ultrasonic radiation power

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2610879C1 (en)

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU154418A1 (en) *
US2986227A (en) * 1955-05-02 1961-05-30 Univ Illinois Acoustic wave measuring method and apparatus
US4133212A (en) * 1977-10-31 1979-01-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Department Of Health, Education & Welfare Parabolic focussing thermal detector for low level ultrasonic power measurements
US4323077A (en) * 1980-03-12 1982-04-06 General Electric Company Acoustic intensity monitor
US4538464A (en) * 1983-10-04 1985-09-03 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method of measuring reactive acoustic power density in a fluid
PL146039B1 (en) * 1985-02-15 1988-12-31 Politechnika Warszawska Method of measuring ultrasonic surface wave power
RU2142211C1 (en) * 1995-06-05 1999-11-27 Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" Ultrasonic transducer calibration technique
DE19836727A1 (en) * 1998-08-13 2000-02-17 Burkhard Fay Thermo-acoustic sensor, especially for measuring total ultrasonic power radiated from ultrasound transducers; has thermally-insulated ultrasound duct to direct ultrasound radiated in sound propagation medium with negligible absorption
RU2334956C2 (en) * 2006-08-24 2008-09-27 Юрий Андреевич Шибаев Meter of output acoustic capacity of ultrasonic transducer and method of its measurement
JP4195385B2 (en) * 2001-11-16 2008-12-10 ザ セクレタリー オブ ステイト フォー トレイド アンド インダストリー オブ ハー マジェスティーズ ブリタニック ガバメント Equipment for measuring ultrasonic force
WO2009066805A1 (en) * 2007-11-21 2009-05-28 Korea Research Institute Of Standards And Science Apparatus and method for measuring ultrasound power by using latent heat
US20130265856A1 (en) * 2012-04-08 2013-10-10 The Governors Of The University Of Alberta Thermoacoustic sensor

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU154418A1 (en) *
US2986227A (en) * 1955-05-02 1961-05-30 Univ Illinois Acoustic wave measuring method and apparatus
US4133212A (en) * 1977-10-31 1979-01-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Department Of Health, Education & Welfare Parabolic focussing thermal detector for low level ultrasonic power measurements
US4323077A (en) * 1980-03-12 1982-04-06 General Electric Company Acoustic intensity monitor
US4538464A (en) * 1983-10-04 1985-09-03 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method of measuring reactive acoustic power density in a fluid
PL146039B1 (en) * 1985-02-15 1988-12-31 Politechnika Warszawska Method of measuring ultrasonic surface wave power
RU2142211C1 (en) * 1995-06-05 1999-11-27 Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" Ultrasonic transducer calibration technique
DE19836727A1 (en) * 1998-08-13 2000-02-17 Burkhard Fay Thermo-acoustic sensor, especially for measuring total ultrasonic power radiated from ultrasound transducers; has thermally-insulated ultrasound duct to direct ultrasound radiated in sound propagation medium with negligible absorption
JP4195385B2 (en) * 2001-11-16 2008-12-10 ザ セクレタリー オブ ステイト フォー トレイド アンド インダストリー オブ ハー マジェスティーズ ブリタニック ガバメント Equipment for measuring ultrasonic force
RU2334956C2 (en) * 2006-08-24 2008-09-27 Юрий Андреевич Шибаев Meter of output acoustic capacity of ultrasonic transducer and method of its measurement
WO2009066805A1 (en) * 2007-11-21 2009-05-28 Korea Research Institute Of Standards And Science Apparatus and method for measuring ultrasound power by using latent heat
US20130265856A1 (en) * 2012-04-08 2013-10-10 The Governors Of The University Of Alberta Thermoacoustic sensor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Burkhard Fay The thermoacoustic effect and its use in ultrasonic power determination // Proceedings of Ultrasonics International, Volume 34, Issues 2-;5, June 1996, Pages 563-566. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Michaels Detection, localization and characterization of damage in plates with an in situ array of spatially distributed ultrasonic sensors
US6295873B1 (en) Ultrasonic sensor and method of use
US3345863A (en) Method and apparatus for determining the marbling in the muscle of a live animal by ultrasonics
US20100046576A1 (en) Method for performing ultrasonic testing
Giannelli et al. Multifunctional piezopolymer film transducer for structural health monitoring applications
Zeqiri et al. A new anechoic material for medical ultrasonic applications
Jia et al. Ultrasound measurements of segmental temperature distribution in solids: Method and its high-temperature validation
CN109029602B (en) Ultrasonic-based flow measurement method and flowmeter
Hoche et al. Density, ultrasound velocity, acoustic impedance, reflection and absorption coefficient determination of liquids via multiple reflection method
US20130265856A1 (en) Thermoacoustic sensor
Rahiman et al. Design and development of ultrasonic process tomography
Martin et al. The use of thermistor probes to measure energy distribution in ultrasound fields
Greenwood et al. On-line ultrasonic density sensor for process control of liquids and slurries
RU2610879C1 (en) Method of measuring ultrasonic radiation power
Maruvada et al. Broadband characterization of plastic and high intensity therapeutic ultrasound phantoms using time delay spectrometry—With validation using Kramers–Kronig relations
Tong et al. Pulse echo comparison method with FSUPER to measure velocity dispersion in n-tetradecane in water emulsions
CN111586546A (en) Method and system for measuring resonance point transmission response of low-frequency transducer
JP4621913B2 (en) Ultrasonic velocity / attenuation coefficient measurement method
Boyle et al. Non-contact thermoacoustic imaging of tissue with airborne ultrasound detection
Voldán et al. Simple single transducer ultrasonic thermometer using electrostatic actuator
Di Sante Time domain reflectometry-based liquid level sensor
van Deventer et al. Thermostatic and dynamic performance of an ultrasonic density probe
Sharma et al. Design of Low Cost Broadband Ultrasonic Pulser–Receiver
Ettini et al. Analytical, simulation, and experimental verification of ultrasonic thermometry technique
Pal Fourier transform ultrasound spectroscopy for the determination of wave propagation parameters

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201128