СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА Советский патент 1971 года по МПК G01H5/00 

Изобретение может быть использовано для контроля за ходом химических процессов, в ультразвуковых расходомерах и т. д. Известные способы измерения скорости звука обладают тем недостатком, что при измерении возникает дополнительная фазовая погрешность, а следовательно, и погрешности измерения скорости звука за счет многократных отражений ультразвуковых колебаний от поверхностей излучающего и приемного преобразователей. По предлагаемому способу напряжение генератора модулируют по фазе с частотой модуляции, период которой сравним со временем распространения звука в контролируемой среде, замеряют мгновенную разность фаз и усредняют по периоду модуляции. Указанные отличия позволяют повысить точность измерения. Предлагаемый способ заключается в следуюш.ем. Высокочастотное напряжение с выхода генератора модулируется по фазе и преобразуется в ультразвуковые колебания, которые вводятся в контролируемую среду. Полагая, что коэффициент отражения от поверхности раздела контролируемая среда-приемник или излучающий преобразователь мал, можно представить, что кроме основного сигнала на вход приемного преобразователя приходит только первый отраженный сигнал, фаза и амплитуда которого окчичны от основного. Результирующее колебание, преобразованное в напрялсение, будет иметь фазу, отличную от фазы основного сигнала, что приводит к возникновению ошибки измерения, величина которой меняется при изменении фазы основного сигнала за счет удвоенного пути для отраженного сигнала. При наложении фазовой модуляции вектор основного сигнала колеблется относительно среднего полол ения с частотой модуляции и амплитудой, определяемой амплитудой фазовой модуляции. При низкой модуляционной частоте, период которой намного больше времени распространения звука в контролируемой среде, вектор отраженного колебания колеблется почти синхронно с колебаниями основного сигнала и между ними будет постоянный сдвиг фаз, определяющий реверберационную погрешность. Для модуляционной частоты, период которой соизмерим со временем распространения звука в контролируемой среде, вектор отраженного сигнала не успевает за колебаниями вектора основного сигнала. Это приводит к тому, что разность фаз мелсду ними также колеблется около своего среднего значения с амплитудой, которая определяется как амплитудой фазовой модуляции, так и модуляционной частотой. Если представить, что вектор jcHuBHoro сигнала неподвижен, то вектор от)аженного сигнала будет колебаться около :воего среднего значения, приближаясь но ме)е роста амплитуды фазовой модуляции и ча;тоты к вектору основного колебания, зани,1ая все максимально возмол ные положения :лева и справа от него. При усреднении мгновенной разности фаз 1апряжения с выхода генератора и приемно0 преобразователя по периоду модуляции потученный результат будет близок к значению })азы основного сигнала, если между модулящонной частотой, временем распространения .вука и амплитудой фазовой модуляции буд,ет выполнено следующее соотношение: /o(2i|)sinQfo) О -де: /о - цилиндрическая функция нулевого порядка, г|з - амплитуда фазовой модуляции, Q - модуляционная частота, to - время распространения звука в контролируемой среде. На чертеже показана блок-схема реализации предлагаемого способа. На блок-схеме показаны генератор 1, фазозый модулятор 2, излучающий 5 и приемный 4 преобразователи, фазоизмерительное устройство 5 и интегрирующее устройство 6. Высокочастотное напряжение от генератора 1, модулированное по фазе, преобразуется в преобразователе 3 в ультразвуковые колебания, которые вводятся в исследуемую среду. В приемном преобразователе 4 ультразвуковые колебания преобразуются в высокочастотное напряжение, которое подается на вход фазометра 5. На д 5угой вход фазометра подается высокочастотное напряжение с выхода генератора 1. Вых.одное напряжение фазометра, пропорциональное мгновенному значению разности фаз, после усреднения в интеграторе 6 является мерой скорости звука, свободной от реверберациснной ошибки. Предмет изобретения Способ измерения скорости звука, основанный на сравнении фаз напряжения о выходов генератора и приемного преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, напряжение генератора модулируют но фазе с частотой модуляции, период которой сравним со временем распространения звука в контролируемой среде, замеряют мгновенную разность фаз и усредняют по периоду модуляции.