Способ измерения параметрического коэффициента скорости распространения акустических колебаний и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01N29/00 

11

Изобретение относится к области акустических измерений и может быть использовано при исследовании и контроле физико-механических свойств различных сред.

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности за счет оП- редел ения амплитуды .модуляции распространения акустических колебаний при работе в режиме стоячих волн,

На чертеже представлена блок-схем устройства для измерения параметрического коэффициента скорости распространения акустических колебаний.

Способ измерения параметрического коэффициента скорости распространени акустических колебаний заключается в следующем.

В исследуемую среду излучают ко- Лебания и принимают колебания, цро-, шедшие в ней фиксированное расстояние L, Частоту lUg излучаемых колебаний выбирают из условия возбуждения в среде стоячих волн. Затем воздействуют на среду внешним полем по гармоническому закону с частотой 1 изменения параметра Е поля, выбираемой из выражения

TiVoCj. ) 2L

Sl

где V - скорость распространения акустических колебаний в исследуемой среде в отсутствие флуктуации внешнего поля, т.е. при Е целое число;

расстояние в исследуемой среде.

п L

пройденное акустичес 0

с вторьп входом фазовращателя 5, и последовательно соединенные фазовьй детектор 9 и операционный усилитель 10, выход которого соединен с управ- 35 ляющим входом генератора 6. Первый вход фазового детектора 9 соединен с выходом фазовращателя 5, а второй вход - с выходом преобразователя 3. . Кроме -того, устройство содержит из45

кими колебаниями между точ- меритель 11 девиации частоты, вход ками излучения и приема. которого соединен с выходом приемного преобразователя 3. Преобразователи 2 и 3 установлены в камере 1 на фиксированном расстоянии L друг от друга таким образом, что их акустические оси совпадают.

Способ измерения параметрического коэффициента скорости распространения акустических колебаний осуществляется в ходе работы устройства следу1дщим образом.

Измерительную камеру 1 заполняют исследуемой средой. Генератором 6 возбуждают излучаюпяй преобразова- тель 2. Акустические колебания, преодолев расстояние 1, в исследуемой среде, поступают на приемный преобразователь 3 и преобразуются им в

Под воздействием изменяющегося внешнего поля наблюдается девиация Лш частоты принятых колебаний, которую измеряют с помощью измерителя девиации : частоты. По измеренной девиации л li частоты принятых колебаний определяют амплитуду dV модуляции скорости распространения акустических колебаний из выражения

50

Y

где v - скорость распространения

акустических колебаний в исследуемой среде при Е Е лы - измеренная девиация частоты гтринятых колебаний;

k - коэффициент стоячей волны; Wj, частота излучаемых колебаний.

После определения амплитуды 4V модуляции скорости распространения акустических колебаний определяют параметрический коэффициент. dV/dE скорости распространения акустических колебаний по параметру Е из вьфажения

dV

dE

V IE

где /iV - амплитуда модуляции скорости распространения акустических колебаний;

/)Е - амплитуда флуктуации параметра Е внешнего поля. Устройство для измерения параметрического коэффициента скорости распространения акустических колебаний содержит измерительную камеру 1 с излучающим 2 и приемным 3 электроакустическими преобразователями, частотомер 4, фазовращатель 5 и генератор 6, выход которого соединен с входами излучающего преобразователя 2, частотомера 4 и фазовращателя 5. Устройство также содержит последовательно

соединенные мультивибратор 7 и блок

о

о коммутации, выход которого соединен

с вторьп входом фазовращателя 5, и последовательно соединенные фазовьй детектор 9 и операционный усилитель 10, выход которого соединен с управ- ляющим входом генератора 6. Первый вход фазового детектора 9 соединен с выходом фазовращателя 5, а второй вход - с выходом преобразователя 3. . Кроме -того, устройство содержит из31

электрические сигналы. С выхода преобразователя 3 сигналы поступают на второй вход фазового детектора 9, при этом на его первый вход поступаю электрические сигналы с выхода гене- ратора 6 через фазовращатель 5, соединенный вторым входом через блок 8 коммутации с мультивибратором 7. Напряжение с выхода фазового детектора 9 через операционный усилитель 10 управляет частотой генератора 6.

Путем настройки фазовращателя 5 добиваются максимальных показаний измерителя 11 девиации. При этом за сч сигнала обратной отрицательной свя- зи с выхода фазового детектора 9 частота диапазонного генератора.6 поддерживается равной (), что соответствует максимальному значению крутизн частотно-фазовой характеристики изме рительной камеры 1. После настройки фазовращателя 5 блок 8 коммутации обеспечивает непоступление сигналов выхода фазового детектора 9 на управляющий вход диапазонного генератора 6. В измерительной камере 1 происходит, излучение и прием акустических колебаний в режиме стоячих волн. Воздействуют на исследуемую среду изменяющимся внешним полем с некоторым параметром Е, влияющим на скорость распространения акустических колебаний в исследуемой среде. Внешнее пол описывается функцией

E E + j E cosflt,

де К - средний уровень параметра Е, о

вокруг которого совершаются

гармонические флуктуации;

-амплитуда флуктуации парамет- .ра Е;

-частота флуктуации параметра Е;

t - время.

4Е Л

Частота П флуктуации параметра Е выбирается из условия

П

IY°L1

2L

+ 4п)

де V

п - L - скорость распространения акустических колебаний в исследуемой среде при лЕ 0; целое число; расстояние между излучающим 2 и приемным 3 преобразователями.

Так как скорость V распространерш) акустических колебаний в исследуемой среде зависит от величины параметра Е, значение скорости V изменяется во времени также по закону

V Vj, + jV-cosnt,

где dV - амплитуда модуляции скорости распространения акустических колебаний в исследуемой среде.

Благодаря нестационарному эффекту Доплера напряжение на выходе приемного преобразователя 3 модулировано по частоте по гармоническому закону с девиацией лычастоты, равной

YiO + RO tJo V , .,

R rj Tj e

-2dL

где r, модули коэффициентов отражения акустических колебаний, от излучающего 2 и

приемного 3 преобразователей;о/ - коэффициент поглощения

акустических колебаний в среде.

Поскольку для слабопоглощающих жЬидких и газообразных сред в большинстве случаев вьгполняе тся условие R х 1, а также с учетом того, что коэф- ициент k стоячей волны равен

k

1 - R

по девиации частоты ш, измеренной измерителем 11, амплитуду 4V модуляции скорости распространения акустических колебаний в исследуемой среде определяют из вьфажения

4V -i. kioo

При этом скорость V распространения акустических колебаний в невозмущенной среде, т.е. при Е Е ,определяют по показаниям частотомера 4. По амплитуде UV модуляции скорости распространения акустических колебаний определяют в конечном счете параметрический коэффициент dV/dE скорости распространения акустических колебаний в зависимости от параметра Е внешнего воздействующего поля из выражения

dV

dR

4V IE

Предлагаемьй способ и устройство для его осуществления обеспечивают повышение чувствительности измерени параметрического коэффи1щёнта скорости распространения акустических колебаний, а следовательно, и точность измерений на границе чувствительности способа и устройства, ра- ботаюпщх в режиме бегущей волны, в 2k/ТГ раз.

Формула изобре,тения

1. Способ измерения параметрического коэффициента скорости распреде- ления акустических колебаний, заключающийся в том, что излучают в исследуемую среду акустические колебания, принимают колебания, прошедшие фиксированное расстояние в, среде воздействуют на среду изменяющимся внешним полем, измеряют девиацию ча стоты принимаемых колебаний и с помощью измеренного параметра определяют параметрический, коэффициент ско рости распространения акустических колебаний, отличающийся

-

3, Устройство для измерения параметрического коэффициента скорости распределения акустических колебаний, содержащее измерительную камеру с излучающим и приемным электроаку- стическими преобразователями, частотомер, фазовращатель, генератор,выход которого соединен с входами излучающего преобрзователя, частотомера и фазовращателя, фазовый детектор входы которого соединены с выходами приемного преобразователя и фазовравительности и точности, измеряют девит ацию частоты в режиме стоячих волн, определяют по девиации этой частоты амплитуду модуляции скорости pacnpot 5 щателя, операционный усилитель, вход странения акустических колебаний, ча- которого соединен с выходом фазового стоту Я изменения внешнего поля выбирают из выражения

детектора, а выход - с управляющим входом генератора, мультивибратор и измеритель девиации частоты, отличающееся тем, что, с це- лью повьшения чувствительности и точ ности, оно снабжено блоком коммутации, расположенным между выходом мультивибратора и вторым входом фазовращателя, а вход измерителя девиации частоты соединен с выходом приемного преобразователя, f.

Я 17V, (1 +

4n)/2L,

Vp - скорость распространения

акустических колебаний в исследуемой среде в отсутствие флуктуации внешнего поля; L - расстояние в исследуемой

среде, пройденное акустичесРедактор П. Гереши

Составитель В. Гондаревский

Техред М.Ходанич Корректор И, Муска

Заказ 5991/43Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

кими колебаниями мёжд.у точками излучения и приема; п - целое число,

а параметрический коэффициент определяют по отношению амплитуды моду- ляции скорости распространения акустических колебаний к амплитуде флуктуации параметра внешнего поля,

2, Способ по п. 1, отличающийся тем, что амплитуду ЙУ модуляции скорости распространения акустических колебаний определяют из выражения

4V

V 1 (X) /k w,

о

20

25

30

где Ли. - девиация частоты принятых

колебаний;.

k - коэффициент стоячей волны; Ыо частота излучаемых колебаний.

3, Устройство для измерения параметрического коэффициента скорости распределения акустических колебаний, содержащее измерительную камеру с излучающим и приемным электроаку- . стическими преобразователями, частотомер, фазовращатель, генератор,выход которого соединен с входами излучающего преобрзователя, частотомера и фазовращателя, фазовый детектор, входы которого соединены с выходами приемного преобразователя и фазовра5 щателя, операционный усилитель, вход которого соединен с выходом фазового 5 щателя, операционный усилитель, вход которого соединен с выходом фазового

40

45

детектора, а выход - с управляющим входом генератора, мультивибратор и измеритель девиации частоты, отличающееся тем, что, с це- лью повьшения чувствительности и точности, оно снабжено блоком коммутации, расположенным между выходом мультивибратора и вторым входом фазовращателя, а вход измерителя девиации частоты соединен с выходом приемного преобразователя, f.

Изобретение относится к области акустических измерений. Целью изобретения является повьшение чувствительности и точности измерений благодаря использованию при измерениях более чувствительного параметра вследствие определения амплитуды модуляции скорости распространения акустических колебаний в режиме стоячих волн. Акустические колебания излучают в исследуемую среду преобразователем 2 и принимают преобразователем 3 прошедшие ее колебания на частоте, обеспечивающей образование в среде стоячих волн благодаря обратной связи фазового детектора 9 с генератором 6. Воздействуют на среду внешним полем, изменяюпщмся по гармоническому закр- ну с определенной частотой, и измеряют девиацию принимаемых колебаний измерителем 11, выход которого связан с выходом приемного преобразователя 3. С помощью девиации частоты определяют амплитуду модуляции скорости распространения акустических колебаний, а по последней с учетом амплитуды флуктуации параметра внешнего цоля, изменяющего скорость, определяют параметрический коэффициент скорости распространения акустических колебаний. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил. с ( сл с: со СП 00 to 00