1
Изобретение относится к области акустических измерений и может быть использовано, например, для определения основной характе.ристики дисперсионных акустических линий задержки - зависимости времени задержки от частоты составляющих сигнала.
Известен способ определения дисперсионной характеристики среды, заключающийся в измерении Бремени задержки составляющих акустического импульса, прошедшего через .среду путем сложения электрического сигнала, соответствующего этому импульсу, с вспомогательным гармоническим колебанием с частотой, лежащей внутри полосы частот спектра выходного сигнала, изменении фазы складываемых сигналов и определении не меняющего своего положения экстремума складываемых сигналов, по которому судят о времени задержки.
Недостатком известного способа является малая точность измерений, так как после прохождения широкополосного сигнала через излучающий и приемный тракты измерительной аппаратуры и исследуемую среду он приобретает амплитудную модуляцию, затрудняющую определение положения экстремума суммарного сигнала.
Целью изобретения является повышение точности измерений.
Поставленная цель достигается благодаря тому, что выходной электрический сигнал перед сложением с вспомогательным сигналом ограничивают по амплитуде и фильтруют, выделяя из него спектр частот, лежащий в полосе частот выходного сигнала.
На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - графики огибающей результирующего колебания.
Блок-схема (см. фиг. 1) содержит генератор 1, вырабатывающий переменное напряжение частотой f, соединенный с фазовращателем 1 и блоком 3, формирующим прямоугольные импульсы с заполнением. С помощью электроакустического преобразователя 4 любого типа излучают упругий импульс в исследуемую среду 5, с помощью электроакустического приемника 6 любого типа принимают упругий частотно-модулированный импульс. Схема содержит также усилитель 7, усиливающий принятый сигнал, амплитудный ограничитель 8 и полосовой усилитель 9, с помощью которых устраняют амплитудную модуляцию принятого сигнала, сумматор 10 и электроннолучевой осциллограф И, на вход которого подают суммарное напряжение с выхода сумматора. Развертка осциллографа запускается короткими импульсами от блока 3 в момент излучения импульса в среду.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
Регулировкой элементов сумматора 10 добиваются равенства амплитуд переменных напряжений, подаваемых с выхода фазовращателя 2 и полосового усилителя 9 на сумматор 10. Затем с помощью фазовращателя изменяют фазу складываемых колебаний и на экране осциллографа по экстремуму амплитуды суммарного сигнала, не изменяющему при этом своего положения, определяют время задержки для составляющей акустического сигнала с частотой /. Затем измеряют частоту генератора 1 и, повторяя описанные действия, находят времена задержки для других частот, определяя таким образом дисперсионную характеристику среды.
На фиг. 2 изображены графики огибающей результирующего колебания l(.t) при (верхний график соответствует разности фаз 8 0, нижний - значению 0 ).
Теоретически предлагаемый способ обосновывается следующим образом.
Пусть имеется сигнал, представляющий собой группу волн одинаковой амплитуды с частотами, лежащими в полосе А/. После прохождения через среду, время задержки упругих колебаний в которой увеличивается прямо пропорционально их частоте, этот-сигнал представляет собой импульс с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Такой сигнал можно описать функцией ii(t), имеющей вид:
e,f А(t)cos ,(t -Vo) + k(t- 4) + cp,,
где
1, при +
A(t) 0, при ,-, +
длительность импульса с ЛЧМ, центральная частота, время задержки на частоте fo, скорость изменения частоты
k, &t
начальная фаза.
Рассмотрим колебание, возникающее в результате сложения сигнала ei(t) с сигналом ggf/) cos(2nfo -}-92). В результате получается колебание, модулированное по амплитуде и частоте, огибающая которого описывается функцией:
(t) sin -| k(t - /о) - -4fo +
Положим ф1 ф2 2я/о оЧ-в. Можно показать, что в точке 0, которой соответствует текущая частота , 1(0 имеет экстремум. Положение этого экстремума на оси времени не меняется при изменении разности фаз
(ф1-Ф2) между складываемыми колебаниями, в то время как другие экстремумы огибающей суммарного сигнала при этом смещаются (см. фиг. 2). Таким образом, можно определить время задержки для некоторой текущей частоты по положению экстремума амплитуды суммарного колебания.
В предложенном способе за счет ограничения по амплитуде и фильтрации выходного сигнала перед сложением его с вспомогатель-ным гармоническим колебанием экстремум амплитуды суммарного сигнала не искажается, что повыщает точность и достоверность измерений.
Предмет изобретения
Способ определения дисперсионной характеристики среды, заключающийся в измерении времени задержки составляющих акустического импульса, прощедщего через среду путем сложения электрического сигнала, соответствующего этому импульсу, с вспомогательным гармоническим колебанием с частотой, лежащей внутри полосы частот спектра выходного сигнала, изменении фазы складываемых сигналов и определении не меняющего
своего положения экстремума складываемых сигналов, но которому судят о времени задержки, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерений, выходной электрический сигнал перед сложением с вспомогательным сигналом ограничивают по амплитуде и фильтруют, выделяя из него спектр частот, лежащий в полосе частот выходного сигнала.
fu Z
