Способ измерения скорости нормальных волн в акустических волноводах и устройство для его осуществления Советский патент 1979 года по МПК G01N29/00 

36 устройства необходимо измерить задерж к:/иМпульса, боответствующего каждой нормальной волне в волноводе. Импульсы, идущие в волноводе с различньвчи скоростями, должны на длине волновода разойтЯсь один от другого на расстояние, превышающее пространственную про тяженностб кахадого импульса. Это означает, что длина волновода должна превышать длину нормальных волн в волноводе более, чем в 1000 раз 21. Недостатком известного способа является невозможность работы в области низких частот (ниже 20 кГц). Устройство, реализующее известный спо-, соб на низкихчастотах, требует применения волновода с длиной около го км, что технически нереализуемо. Целью изобретения является расширение частотного диапазона измерений в сторону низких частот. Поставленная цель достигается за счет того, что нормальные волны в волноводе возбуждают в непрерывном р жиме, -непрерывно во времени регистрируют звуковое поле вдоль волновода, полученный сигнал детектируют синхро но .с возбуждающим.еигйалом7 8Ыдёйяк)Т составляющие частотного спектра продетектированного сигнала и определяют скорость нормальных волн по форму . Л : .Сп -V, (1) где С - ckopocTB нормальных волн; SI - круговая частота сигнала генератора;GO - частота нормальных волн; V - скорость перемещения приемни ка звука; п - номер нормальной волны. Устройство дл,я осуществления ctio-, соба снабжено синхронным детектором, аналого-цифровым преобразователем и ц ифровым вычислительньэл блоком, а звукоприемник установлен с возможностью перемещения вдоль волновода, причем один вход синхронного детекто ра соединен с выходом усилителя, дру гой вхбд - с г 1ен.ерат ором, а его в 1сод подключен к входу ана л6г6-цйфрЬвого преобразователя, выход которого подсоединен к цифровому вычислительному блоку. На фиг. 1.представлена блок-схема устройства, реализующего предлагае. мый способ измерения в жидксм волйоводе; на фиг, 2 - то же, иэиерения в тГеШом волноводе, когда применяется поверхностный приемник звука. Устройство содержит волновод 1, и злу ч атё ль 2, соеданенный с гёнёрат6 pcw 3. Приемник 4 звука выполнен с й;бэмс жностью перемещения по длине во новода в жидкой среде (фиг. 1) или по поверхности (фиг, 2). Усилитель 5 соединен с приемником 4 звука. Один Т§1еШ ейих)онного детектора соединен с усилителем 5, а другой вход - с.ге нератором 3. Выход детектора 6 связан со входом аналого-цифрового преобразователя 7, выход которого подключен к цифровому вычислительному блоку 8. Устройство работает следуюохим образом. . Излучатель 2, возбуждаемый синусоидальным сигналом с круговой.частотой SI от генератора 3, создает в волноводе 1 набор нормальных волн с разными скоростями в зависимости от акустических и геометрических характернотик. волновода, Поле в волноводе 1 можно представить в виде суперпозиции бегущих или стоячих волн в виде -1А„51пк„хе (2) где X - координата вдоль оси волновода;А - амплитуда волны; г - - /ох hi. . Приемник звука 4 перемещается равномерно со скоростью Y вдоль оси волновода 1, Это означает, что коорината , . X приемника Yt, (4) где t - время перемещения приемника звука. Поэтому сигнал с выхода приемника 4 можно получить, подставив формулы (3) и (4) в (2) . p.,sin(0,te«t;. в формуле (5) введено, обозначение Y (6) Таким образом, сигнал приёмника 4 меет высокочастотную е и низкочастотную Е А iSinW nt составляющие СигнёШ с выхода приемника 4 звука после уси7 ителя 5 подается на один, вход синхронного детектора 6, на другой вход которого подается опорный синусоидальный сигнал от генератора 3 с круговой частотой Л . Сигндл с выхода детектора б содержит только ни3kO4acTOTtaS7ro составляющую PcHHxp.Aer A sinco UB, (7) где Б - постоянная составляющая детектора 6. Далее этот сигнал подается на вход преобразователя 7, где преобразуется в цифровую форму и подается На вычисляющую спектр нормальных волн т,е.- А исо„ для каждой нормальной волны из набора волн в волноводе 1.Максимумы в спектральной кривой соо ветствуют отдельньаМ нб эмальным волнам, распространяющимся в волноводе с различной скоростью. После определения частот спектра нормальных волн COj, вычисляют скорость каждой нормаль-. ной волНы Но 4 орлуле Si Y. 5 Спектральный анализ сигнала синхронного детектора можно вести не только аналого-цифровым преобразователем и ЭЦВМ, но и с псмощью низкочастотного Фурьеанализатора аналогового или любого другого вида. Предлагаемый способ и реализующее его устройство позволяют при измерении скоростей нескольких нормальных волн,возбужденных в акустическом вол новоде, расаиирить частотный диапазон измерений в сторону низких частот. Зная скорости нормальных волн, ок зывается возмржным найти структуру звукового поля в,твердых волноводах, что важно при проектировании и изготовлении стержневых и балочных конст рукций. Формула изобретения 1. Способ измерения скоростей нор мальных волн в акустических волноводах, основанный на возбуждении в вол новоде одновременно нескольких нормальных волн и регистрации звукового поля в нем, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерений в сторону низких частот, но1 1альнне волны в вол новоде возбуждают в непрерывном режиме, непрерывно во времени регистрируют звуковое поле вдоль волновода, полученный сигнал детектируют синхрон но с возбуждсиощим сигналом, выделяют 6 составляющие частотного спектра прьдетектированного сигнала и определяют скорость нормальных волн по формуле „, где С - скорость норма;льных волн 51 - круговая частота сигнала генератора;СО - частот нормальных волн; V - скорость перемещения приемника звука; п - номер нормальной вопАы. 2, Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее излучатель , расположенный на торце волновода и соединенный с генератором, звукоприемник, подключенный к усилителю, отличающееся тем, что оно снабжено синхронн1л детектором,аналого-цифровым преобразователем и цифровым вычислительным блоком,а звукоприемник установлен с возможностью перемещения вдоль волновода,причем один , вход синхронного детектора соединен с выходом усилителя,другой вход - с генератором,а его выход подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подсоединен к цифровому вычислительному блоку. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . 1.Авторское свидетельство 478242, кл. t; 01 N 29/00, 1973. 2.Под ред. У, Мезона. Физическая акустика, т. 1, часть А, М., Мир, 1966, с, 196.