Способ определения приращения скорости распространения волн Советский патент 1986 года по МПК G01H5/00 

I

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исгголь- яовано при измерении приращений ско- г;. 1СтеГ распространения ультразвуковых HOJUT,

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерений,

Сущность способа определения приращения скорости распространения волн заключается в следующем.

В исследуемую среду излучается ультразвуковой сигнал плоским электроакустическим преобразователем, на вход которого подается напряжение; которое в комплексной записи имеет

ВРЩ

U(t) -tCcot -н (f) , (1

где и - амплитуда напряжения сигнала, подаваемого на вход электроакустического преобразователя;ff - начальная фаза; t - координата времени; to - частота сигнала, подаваемого на вход электроакустического преобразователя ехр - экспоненциальная функция. При излучении ультразвукового сигнала линейным плоским электроакустическим преобразователем напряжение UCt), подаваемое на вход злектроакз стического преобразователя и смещение частиц среды, которые возникают при возбуждении этого электроакустического преобразователя связаны соотношением

fit) if Ь

(2)

где а и ( - амплитуда и фазовая константы прямого линейного преобразования, зависящие от акустических и электрических свойств электроакустического преобразователя и волнового сопротивления среды. С учетом выражений (1) и (2) получаем

(t)(cot +1|)+ср) „ (3)

На основании выражения (3) можно записать уравнение для плоской акустической волны, излучаемой плоским электроакустическим преобразователем

(x5t)--exp(-cix)(ot -Кх + V + С|)) ,

(4)

9 2

где К - волновое число;

« - коэффициент поплошекия

плоских акустическ тх воли| V - скорость распространения плоской акустическими волны; X - координата, отсчитьшаемая от излучающей поверхности плоского электроакустического преобразователя по нормали в сторону второго плоского Линейного преобразователя .

Между первым и вторым преобразователями создаем режим стоячей волны, Уравнение для колебаний частиц среды в стоячей волне, образованной в исследуемой среде в результате многократных отражений от преобразователей, имеет ВЩ.Г

V ГЛ Г

nx,t) -i(cjt - ф tf ) ехр 7

7 3 LJ С

(Л 4- :iK)x + (iS)

25

(oi-i.K) C2L-x)( l-R exps. (2KL S, + S)} , (5)

де R rfrjexp(-2otL)

(6)

L - расстояние кежду преобразователями;

г (г )-амплитудное значение коэффициента отражения первого (второго) преобразователя; ii°2 фазовое значение коэффициента отражения первого (второго) преобразователя. Напряжение U (t), возникающее на выходе второго линейного плоского ультразвукового преобразователя, определяется из соотношения

l() /-.ч U7(tr й ехрСг,),

(7)

1-де а и qij амплитудная и фазовая константы.обратного линейного преобразования .

з выражений (5) и (7) получаем

U,(t) и (,(t)

(8)

Ug, амплитудное згачение сигнала, снимаемое с второгс, линейного преобразователя; ifi фазовое значение сигнала, снимаемое с второго линейного преобразователя .

3 22Uj99

имал ь зяачент я KSl или в -чави о| аТд expC-ftfL)сшюсти от значения величины

2 u)L f л + и. 46

А

о1,, J

1+2 ricosbj + г г/Q 0

1. -

1-2R cos (i KL + 6| + S )R . Из формулы (15) следует также, что

максимальное значение К для слабо- а фазовое значение сигнала, снимае- поглощающих сред (т.е. при : L«1) мого с второго линейного преобразова- будет в случае, когда

теля, определяется из равенства,

g,,(tl-tol-i -if-4.1---- +S, + S,, 2fn, (16:

sir(kL i ri9inlkl.SiVR6iri|KL 4Sn6i tr, R5;«(kl.vS,1

.- --i-- :---V;--f- 4 -oГТ где n - целое .

(KLUr,co5UL48,-Rcoeim.,S,Vr,, ,

В этом случае коэффициент К стано(10)15 вится равным коэффициенту стоячих

Если выражение (9) можно рассмат- н « определяется выражением ривать как амплитудную характерис-( 1 + R

тику акустического интерферометра,- К - j---.(17)

то в качестве фазовой характеристики

акустического интерферометра выби-20 ри выполнении условия (16) на рается разность фаз, равнаявыходе второго преобразователя наблюдается один из локальных максимумов V, t) - (cot + Cj) ) . (11) амплитуды напряжения

Если скорость VQ распространения U, --Bil i:tl л| 1+2г, cosS.j+r акустических волн в исследуемой среде ™ з 1 - получила приращение dV, то волновоеПо)

число к получит приращение, равное При значениях L и о . для которых

5 «- dV,(12)30 If- +S,+ S, (2m + 1)s где m, - целое

число, амплитуда напряжения на выходе

а фазовая характеристика Ф получит второго преобразователя,соответству- приращение, величину которого можно одному из своих локальных миниму- .найти путем дифференцирования выра- определяется выражением

жения (10) . Получаем с учетом выра-35 жений (11) и (12), что d(, s О и . -На. ех2( L о Г

Om,n а а 1+R . г 7 г 1-R2иу;

и d P ----X

2(i)t PC выражений (17), (18) и (19) полу1-2R-cos(- +0|+02)4-R2,дд чаем, что коэффициент К стоячих волн

. «-bdV (13) Р

v n

01 .

Поэтому если скорость V волны полу- | т;

чит некоторое приращен иё iV, причем формулы (14) и (17) следует, что

настолько малое, что r, изменение дФ , обусловленное измене0нием .скорости от V до V., + а V в рето как следует из интегрирования стоячей волны (), будет в (13), фазовая характеристика получит l + R приращение равноет„ раз больше, чем в режиме бегусп I ТГ К.

- щей волны, а приращение скорости - К -f uV,(14) определяется по формуле

т,L l r-5iAV - i -°--

,2Reos(f-.8,.8p+R )К Leo

о55формулаизобретения Откуда в режиме бегущей волны (R 0)

К 1, в режиме стоячей волныСпособ определения приращения

(()) коэффициент К может прини- СКОРОСТИ распространения волн, зак почающийсгя в излучении ультразвукового сигнала в среду, приеме прошедшего через нее ультразвукового сиг-- нала и измерении разности фаз между излученным и принятым ультразвуковым сиг налами, отличающийся тем, что, с целью повьгаения чувствительности и точности, измерение разности фа:з между излученным и принятым ультразвуковыми сигналами производят в режиме стоячей волны, а величину приращения скорости определяют по формуле

Составитель Г. Рыжакова Р,едактор М. Келемеш Техред О.Гортвай Корректор А. Ференц

Заказ 1603/47

Тираж 507

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

-- - -------™- -. - - -,.-™,,,,.

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,

). К. L (jj

где U - частота излучаемых ультра- . звуковых сигналов;

I - длина базы прозвучивания; Vj - начальная скорость распространения ультразвукового сигнала;

1 - коэффициент стоячих волн; up- изменение разности фаз между излученным и принятым ультразвуковыми сигналами.

Подписное