Способ определения скорости ультразвука и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01H5/00 

Изобретение относится к акустическим измерениям и измерительной технике и может быть использовано при контроле параметров газовых сред, в частности высокотемпературных газов.

Цель изобретения - повышение точности измерений при большом пространственном разрешении за счет использования зависимости степени дифракции от скорости ультразвука.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для измерения скорости ультразвука; на фиг. 2 - зависимость скорости ультразвука от отношения амплитуд дифрагированных волн.

Устройство для определения скорости ультразвука содержит генератор 1 тактовых импульсов, последонательно электроакустически соединенные генератор 2 зондирующих импульсов, излучатель 3, приемник 4 и усилитель 5, первый и второй ключи 6 и 7, триггер 8, делитель 9 частоты, последовательно соединенные измеритель 10 отношения-и блок регистрации и первую и вторую цепи 12 и 13, каждая из которых состоит из пикового детектора 14 (15), дополнительного измерителя 16 (17) отношения и блока 18 (19) памяти, выход генератора 1 тактовых импульсов соединен со входами генератора 2 зондирующих импульсов, триггера 8 и делителя 9 частоты, первый выход триггера 8 связан со вторым входом генератора 2 зондирующих импульсов и с первым входом первого ключа 6, второй выход триггера 8 связан с первым входом второсл

о

4 СЛ

to

3150

го ключа 7, вторые входы первого и второго ключей 6 и 7 соединены с выходом усилителя 5, выходы первого и второго ключей 6 и 7 подключены со- ответственно со входами пиковых детекторов 14 и 15, выход делителя 9 частоты связан со вторыми входами блоков 18 и 19 памяти, выходы которых соединены со входами измерителя 10 отношения, а вторые входы дополнительных измерителей 16 и 17 отношения первой и второй цепей 12 и 13 предназначены для подключения к источникам опорных напряжений.

Сущность способа определения скорости ультразвука заключается в следующем.

Предварительно определяется зависимость степени дифракции от скорое- ти ультразвука для исследуемой среды. В исследуемую среду излучают ультразвуковые волны с большой (D/ ) и малой ( 5) отношениями дифракции при известной и измеряемой скоростях ультразвука, где D - эффективный диаметр преобразователя, с помощью которого излучают ультразвуковые волны, Л - длина излучаемой ультразвуковой волны, принимают зти волны после прохождения через исследуемую среду, измеряют их амплитуды и определяют скорость ультразвуковой волны в исследуемой среде при помощи предварительно определенной зависи- мости с учетом отношения А/Ар/А Ар, где Ад и АО - амплитуды волн с большой и малой степенями дифракции при известной скорости ультразвука, А и А - соответствующие амплитуды для . излученной волны с неизвестной скоростью.

В устройстве для 1«мерения скорости ультразвука применен вариант варьирования степени дифракции волны путем изменения частоты излучаемой волны.

Соотношение А/Ар/А /А тождественно отношению Р/РО, где Рр - давления идеальной плоской волны, учи-

тывающему дифракционное затухание ультразвуковой волны. Скорость с ультразвуковой Волны может быть представлена в виде

С-1в(А/Ао/А /А;), Uo

где п - степень полинома;

В - коэффициент полинома.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 тактовых импульсов Вырабатывает тактовые импульсы с периодом повторения TO. Эти импульсы поступают на счетный вход триггера 8, первьш вход генератора 2 зондирующих импульсов и вход делителя 9 частоты, коэффициент деления которого 1:3 выбран из расчета трехтактной работы измерителя 10 отношения, во время первых двух тактов формируются сигналы соответствующих цепей 12 и 13, поступающие во время третьего такта на входы измерителя 10 отношения. Генератор 2 зондирующих импульсов может быть выполнен в виде управляемого генератора радиоимпульсов, частота заполнения которого управляется триггером 8. С выхода генератора 2 зондирующих импульсов радиоимпульсы длительностью р.н подаются на ультразвуковой излучатель 3, который излучает ультразвуковой импульс в исследуемую среду. Частоты F , F излучения выбираются такими, что при частоте F излучается ультразвуковая волна с большой степенью дифракции (D/Л il), а при F у - волна с малой степенью дифракции (В/ЛТ З). Ультразвуковой приемник 7 принимает ультразвуковой импульс, преобразует в электрический,- который усиливается усилителем 5 и поступает на входы ключей 6 и 7 Радиоимпульс в зависимости от состояния триггера 8 проходит через ключ 6 или 7 и попадает соответственно либо на первую цепь 12, либо на вторую цепь 13, т.е. на вход соответствующего пикового детектора 14 или 15. С выхода пикового детектора 14 (15) напряжение, соответствующее максимальной амплитуде принятого сигнала, поступает на первый вход дополнительного измерителя отношения на второй вход которого подаются в зависимости от канала опорные напряжения АО либо А (AQ по цепи 12, А по цепи 13), значения которых получают с использованием этого же устройства при измерении в газовой среде при известной скорости ультразвука, и значения эти фиксируют. Напряжение с выхода измерителя 16 (17), соответствующее отношению А/А (или А /А), поступает в блок памяти 18 (19), в котором запоминается. С приходом второго тактового импульса с выхода генератора 1 тактовых импульсов на входы делителя 9 частоты и триггера 8 последний изменяет свое состояние, излучатель 3 излучает ультразвуковой импульс с другой частотой заполнения и сигнал, прошедший среду, принятый приемником 4, усиленный усилителем 5, через соответствующий ключ (6 или 7) поступает в соответствующую цепь (12 или 13) и записывается в соответствующем блоке памяти. Третий тактовый импульс генератора 1 тактовых импульсов возвращает триггер 8 в первоначальное состояние и в исследуемую среду излучается ультразвуковой импульс с первоначальной частотой заполнения. Одновременно тот же третий тактовый импульс с генератора 1 импульсов поступает на делитель 9 частоты, на выходе делителя 9 частоты появляется импульс, который поступает на вторые входы блоков 18 и 19 памяти, что приводит к прохождению соответствующих напряжений на их выходы, а также к подготовке блоков 18 и 19 памяти к принятию новой информации. Напряжени с выходов блоков 18 и 19 поступают н основной измеритель 10 отношения. Напряжение на выходе измерителя 10 отнощения соответствует отношению А/АР/А /АР и поступает на блок 11 регистрации.

Формула изобретения

1, Способ определения скорости ультразвука в средах, основанный на излучении и приеме ультразвука, измерении параметров принятого ультразвука и определении с их учетом скорости ультразвука, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, счто, с целью повьппе- ния точности измерений, при помощи акустического преобразователя излучают ультразвуковые волны с разными степенями дифракции D/ / в среду с известной скоростью ультразвука и

в исследуемую среду и принимают их, измеряют амплитуды принятых волн, а скоррсть ультразвука определяют с учетом отношения А:Ао:А :А(, по известной зависимости, где А, А и А, А - амплитуды, измеренные для D// 1 и D// 5 соответственно, D - эффективный диаметр акустического

преобразователя, Д- длина излучаемой волны,

2, Устройство для определения скорости ультразвука, содержащее последовательно электроакустические

соединенные генератор зондирующих импульсов, излучатель, приемник и усилитель, генератор тактовых импульсов, первый и второй ключи, блок регистрации, делитель частоты

и триггер, первый выход которого соединен со вторым входом генератора зондирующих импульсов и с первым входом первого ключа, второй выход триггера соединен с первым входом второго ключа, выход генератора тактовых импульсов соединен с входами генератора зондирующих импульсов и триггера, вторые входы первого и второго ключей подключены к выходу усилителя, отличающееся

тем, что, с целью повьш1ения точности измерений, оно снабжено основным измерителем отношения и первой и второй цепями, каждая из которых состоит из последовательно соединенных пикового детектора, дополнительного измерителя отнощения и блока памяти, входы которых подключены к выходам первого и второго ключей соответственно, выходы первой и второй цепей соединены с первым и вторым входами основного измерителя отнощения, вторые входы блоков памяти соединены с выходом делителя частоты, выход основного измерителя отношения подключен к блоку регистрации, а вторые входы дополнительных измерителей отношения первой и второй цепей предназначены для подключения к источникам опорного напряжения.

Изобретение относится к области акустических измерений и измерительной техники и может быть использовано при контроле параметров сред , в частности, высокотемпературных газовых потоков. Цель изобретения - повышение точности определения скорости ультразвука при большом пространственном разрешении за счет использования зависимости степени дифракции от скорости ультразвука. В исследуемую среду излучают ультразвуковые волны с большой и малой степенями дифракции при известной и измеряемой скоростях ультразвука, принимают их после прохождения через исследуемую среду, измеряют их амплитуды, с учетом отношения которых определяют скорость ультразвука. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.