Методика и устройство для экспериментальной оценки акустического импеданса вязкоупругих сред

Методика и устройство для экспериментальной оценки акустического импеданса вязкоупругих сред = Technique and device for the experimental estimation of the acoustic impedance of viscoelastic media / О. В. Муравьева и др. // Приборы и методы измерений : научно-технический журнал. - 2017. – Т. 8, № 4. – С. 314–326.

Abstract

Измерение характеристик технологических жидкостей позволяет оценить их качество, биологических тканей – дифференцировать здоровые ткани и ткани с патологиями. Одним из комплексных акустических параметров является импеданс, позволяющий наиболее полно оценивать характеристики вязкоупругих сред. Большинство методов измерения импеданса требуют использования двух и более эталонных сред и наличия калиброванных акустических преобразователей. Целью данной работы являлась разработка новой методики и установки для экспериментальной оценки продольного и сдвигового импедансов вязкоупругой среды, основанных на измерении параметров амплитудно-частотных характеристик и расчете элементов электрической схемы замещения пьезопластины, колеблющейся в исследуемой среде. В работе описываются методика и устройство для экспериментальной оценки импедансов вязкоупругих сред. Предложенная методика позволяет измерить продольный и сдвиговый импедансы и определить скорости продольных и поперечных ультразвуковых волн и значений упругих модулей вязкоупругих сред, в том числе в различных агрегатных состояниях. Методика достаточно проста в реализации и может быть воспроизведена с помощью несложного лабораторного оборудования. Полученные значения акустических импедансов исследованных сред удовлетворительно согласуются с их справочными данными. В отличие от известных методов определения акустического импеданса, разработанная методика позволяет с достаточной точностью оценивать трудно поддающееся измерению на частотах мегагерцового диапазона значение сдвигового импеданса вязкоупругих сред, определяющее модуль сдвига материала и характеризующее его сопротивление сдвиговым деформациям. Приведены результаты реализации разработанной методики для оценки акустических параметров на примере ряда сред с нулевой сдвиговой упругостью (спирт, ацетон) и вязкоупругих сред (глицерин, архитектурный пластилин, силиконовый герметик, клей MP-55 до и после полимеризации).

Abstract in another language

Measuring the characteristics of process fluids allows us to evaluate their quality, biological tissues – to differentiate healthy tissues and tissues with pathologies. Measuring the characteristics of process fluids allows us to evaluate their quality, biological tissues – to differentiate healthy tissues and tissues with pathologies. One of the complex acoustic parameters is the impedance, which allows one to fully evaluate the characteristics of viscoelastic media. Most of impedance methods of measurements require using two or more reference media and the availability of calibrated acoustic transducers. The aim of this work ware introduced a methods and construction for the experimental evaluation of the longitudinal and shear impedance of viscoelastic media based on measuring the parameters of the amplitude-frequency characteristics and calculating the elements of the electric circuit for replacing the piezoelectric element which vibrating in the test medium. The paper introduces a methods and construction of the experimental evaluation of the impedances of viscoelastic media. The suggested methods is allowed measuring longitudinal and shear impedances and determining velocities of longitudinal and transverse ultrasonic waves and the values of the elastic moduli of viscoelastic media, including in various aggregate states. The technique is fairly simple to implement and can be reproduced using simple laboratory equipment. The obtained values of the acoustic impedances of the investigated media are in satisfactory agreement with their reference data. In contrast to the known methods for determining the acoustic impedance, the developed technique allows us to estimate with sufficient accuracy the parameter of the shear impedance of viscoelastic media that is difficult to measure at the frequencies of the megahertz range, which determines the shear modulus of the material and characterizes its resistance to shear deformations. The results of the implementation of the developed technique for the estimation of acoustic parameters for a number of media with zero shear elasticity (alcohol, acetone) and viscoelastic media (glycerin, architectural clay, silicone sealant and glue МР-55 before and after polymerization) are presented.