Датчик акустического измерителя скорости поверхностного слоя жидкости Советский патент 1990 года по МПК G01P5/24 

Изобретение относится к акустической измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости потока воды на поверхности закрытых водоемов или моря.

Цель изобретения - увеличение отношения сигнал/шум.г

На чертеже показана структурная i схема датчика.

Датчик содержит пьезоэлементы 1 и 2, акустически связанные с преломляющими, звуководами 3 и 4, звуко- , воды 5 и 6, выполненные в виде призмы с углом р, жестко связанные с преломляющими звукозодами 3 и 4, и держатель 7 для защиты пьезоэлемен- тов 1 и 2 от проникновения воды. Материалы преломляющих звуководов и преломляющий угол d подобраны исходя

из условий достижения максимальной амплитуды возбуждаемых поверхностно- продольных волн в звуководах 5 и 6. Поэтому с сь, где CL - скорость продольных волн в звуководах 5 и 6, и о arcsin c/cpL, где с PL - скорость упругих поверхностно-продольных волн в звуководах 5 и 6. Угол /з звуководов 5 и 6, образованный рабочей гранью и гранью, акустически контактирующей с преломляющими звуководами 3 и 4, подобран согласно формуле /ь 63,5+20,8V, Где V - коэффициент Пуассона материала звуководов 5 и 6 поверхностно-продольных волн.

Пьезопластина 1, подключенная к источнику возбуждения, излучает про- .дольные упругие волны в преломляю. звуковод 3. При падении под углом

ЈЛ Јь ЈП

совпадении зоны выхода поверхностно продольных волн из торцовой плоскости звуковода 5 со свободной поверхi ностью контролируемой жидкости. Излучающая и приемная пьезопластины 1 и 2, а также звуковода 5 и 6 уста новлены на одном уровне. Поэтому по|верхностные волны, созданные на поверхности воды излучающей пьезоплас- тиной 1, принимаются приемной пье- зопластиной 2, устанавливаются усилителем и фиксируются индикатором. Измеряется время прохождения акустическими импульсами расстояния S по потоку. Затем изменяется направление распространения поверхностных волн и измеряется время прохождения акустическими импульсами расстояния S против потока, по которым определяется скорость потока.

ф Зависимость угла р от значения ко эффициента Пуассона v материалов звуководов 5 и 6 определяется путем решения уравнения Рэлея при соблюдении закона Снеллиусса, отражающего зависимость величины углов падения и преломления ультразвуковых волн от скоростей их распространения, и имеет вид

п, V2

315

jjL, arcsxn c/cpL продольных волн из преломляющего звуковода 3 на звуко- вод 5 с углом р в поверхно$тнрм слое последнего возбуждаются поверхностно продольные волны, которые преломляются в звуководе 5 под углом уз и падают на торцовую плоскость последнего, образующую с гранью звуковода 3 угол /з, под углом 90. Поэтому при прохождении поверхностно-продольных волн в жидкость, находящуюся в контакте с этой торцовой плоскостью, на поверхности жидкости возбуждаются интенсивные поверхностные волны при

р arcsm

где b r2+n -i-nj, r cT/cL9 с L и cr- ,скорости продольных и поперечных

4

волн в звуководах 5 и 6, п„ - вещественная часть, па - мнимая часть комплексного корня in уравнения Рэлея

1б(1-г2)га6ь8(2гг-3;т4 +8го -1 0. Из известной связи величины г

ст - и коэффициента Пуассона V можно

CL

найти, что угол /з выражается линейной зависимостью от коэффициента Пуассона л)}

/ь 63,5 + 2и,8л).

3

5

0

0

45

50

Выполнение звуковода поверхностно- продольных волн в виде призмы с углом, подобранным в зависимости от коэффициента Пуассона этого звуковода, позволяет значительно (выше чем в два раза.) повысить коэффициент передачи электроакустического тракта, а тем самым увеличить отношение сигнал/шум.

Формула изобретения

Датчик акустического измерителя скорости поверхностного слоя жидкости, содержащий закрепленные на фиксированном расстоянш- два обратимых электроакустических преобразователя, выполненных в виде гьезопластины, размещенной на наклонной грани преломляющего звуководг, а также звуко- воды поверхностно-продольных волн, акустически контактирующие с преломляющими звуководами, отличающийся тем, что, с целью увеличения отношения сигнаг/шум, угол между рабочей гранью и гранью, акустически контактирующей с преломляющим звуко- водом, звуководов поверхностно-продольных волн определяется по формуле.

р 63,5+20,8л) ,

где ) - коэффициент Пуассона материала звуковода поверхностно- продольных волн.

f rfSSSSSSJ-4

jyjj }

jyjjjfjry

Изобретение относится к акустической измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости потока воды на поверхности закрытых или открытых водоемов. Целью изобретения является увеличение отношения сигнал/шум. Закрепленные на фиксированном расстоянии два обратимых электроакустичееских преобразователя выполнены в виде пьезопластин, размещенных на наклонной грани преломляющего звуковода, акустически контактирующего со звуководом поверхностно-продольных волн. Звуковод поверхностно-продольных волн выполнен в виде призмы с углом β, образованным рабочей гранью и гранью, акустически контактирующей с преломляющим звуководом, величина которого подобрана согласно формуле β = 63,5 + 20,8 ν, где ν - коэффициент Пуассона материала звуковода поверхностно-продольных волн. 1 ил.

fS SSSSSSSSSJVTSSSSSS

Составитель С.Юдин Редактор Е. Папп Техред А.Кравчук Корректор В.Кабаций

Заказ 489

Тираж 448

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб«, д. 4/5

2

Подписное