Измеритель скорости звука Советский патент 1981 года по МПК G01H5/00 G01N5/00 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ЗВУКА

Изобретение относится-к устройс вам, применяемым в измерительной те нике для измерения скорости звука в гидродинамических исследованиях. Известен измеритель скорости зву ка, содержащий акустически последовательно соединенные излучатель зву ка и приемник звука, усилитель элек трических колебаний и частотомер Недостатком является то, что автоколебания в такой системе возбуждаются на частотах jf . Lni-4)C n- Е где с - скорость звука; 6 - расстояние между излучателе и приемником (база измерений) ; n - целые числа от 1 до со , соо ветствующие числу волн, укл дывающихся на базе 6 (моды колебаний); f - фазовые сдвиги в электричес ком тракте. в общем виде фазовые сдвиги в . электрическом тракте являются функцией частоты, т.е. --ч-щ. Эта зависимость является источником ошибок измерений и ее стараются свести к минимуму за счет выбора соответствующих фильтров. Кроме того, подобная автоколебательная система характеризуется неоднозначностью показаний, как видно из формулы (1), т.е. система может ге нерировать на многих частотах f,, соответствующих данной скорости звука. Чтобы система генерировала только на одной частоте в рабочем диапазоне кзмерения скорости звука, усилитель снабжают фильтром, а также выбирают определенную базу измерений С, чтобы рабочие частоты не выходили за пределы полосы. - f, uf fiTlw, Для соблюдения зтого условия выбирают малую базу измерений 6 и низкие моды колебаний п. Однако при малых п, в соответствии с формулой (1) на частот,у автоксле-« баний сильно влияют фазовые сдвиги в электрическом тракте системы f(f) / так как п соизмеримы с Ч (f) . Малая база измерений приводит также к невысокой стабильности частоты генерации вследствие зависимости от напряжения источника питания, старения материалов и т.д.) так как крутизна фазовой характеристики, равная Й-1-. при малых 6 мала. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является измеритель скррости звука, содержащий последовательно электроакустически соединенные излучател звука, приемник звука, избирательный усилитель г обеспечивающий режим авто генерации, и частотомер 2}, Недостатком является то, что в этом измерителе крутизна фазовой характеристики мала, так как при малой Лf мала точность измерений и полоса рабочих частот. Г1 V. ii -л 1«ч л. -- л W Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение полосы рабочих частот. Поставленная цель достигается тем что измеритель скорости звука снабжен аттенюатором и преобразователем, подключенным к аттенюатору, который соединен своим входом с выходом усилителя. Преобразователь расположен на рас зтоянии 0,3-1 см.от приемника. На фиг; 1 показана блок-схема измерителя; на фиг. 2 - диаграммы областей возбуходения. Измеритель скорости звука содержи электроакустически последовательно соединенные излучатель звука 1, при емник 2 звука, избирательный усилиГтель 3, обеспечивающий режим автогенерацйи, преобразователь 4, подключенный к аттенюатору 5, который соединен входом с выходом избирательного усилителя и частотомера 6, причем преобразователь 4 расположен на расстоянии 0,3 - 1 см от приемника 2. Измеритель работает следующим образом. В нем образуются две автоциркуляционных цепи: одна-в недовозбужденно режиме, вторая - в режиме генерации Первая цепь состоит из преобраэователя 4, приемника 2, отстоящего от преобразователя на расстоянии Ц , и бирательного усилителя 3 и аттенюатора 5. При коэффициенте усиления усилит ля, недостаточном для возбуждения автоколебаний на амплитудно-частотной характеристике контура, вследствие электроакустической полозкител ной обратной связи образуются пики амплитуд (фиг. 26) на частотах - с Ч- е с периодом повторения ....-.---|- (Г) / Ff Вторая цепь состоит из излучателя вука 1, приемника звука 2, отстоящее о от излучателя на расстоянии бг, и збирательного усилителя 3. В нем ри достаточном коэффициенте усиления силителя устанавливаются незатухаюие колебания (фиг. 2а) с частотой енерации ,, которая равна - w VM KU (8) Вследствие того, что недовозбужденая цепь и Цепь генерации включены араллельно, то генерация колебательой цепи предпочтительнее будет возликать на пиках амплитудно-частотной арактеристики недовозбужденной цепи, т.е. когда fy, fw,. Так как преобразователь 4 может быть установлен в непосредственной близости от приемника, то период повторения его пиков, обратно проПпорциональный базе В, может быть сделан достаточно большим. Поэтому частота генерации обЩей цепи, подчиняясь условию генерации цепи с большой базой t, которая может быть много больше базы 6, в то же время не может перескочить на свою соседнюю моду колебаний f, или щ- , так как они не совпадают с пиком недовозбужденной системы f.. Недовозбужденные цепи регулируются аттенюатором 5. TaKjiM образом, добавка двух простых элементов - преобразователя и аттенюатора,позволяет значительно расширить область допустимых частот генерации и повысить точность измерений за счет значительного увеличения базы автоколебательной цепи. Формула изобретения 1.Измеритель скорости звука, содержащий последовательно электроакустически соединенные излучатель звука, приемник звука, избирательный усилитель, обеспечивающий режим автогенерации, и частотомер, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения полосы рабочих частот, он снабжен аттенюатором и преобразователем, подключенным к аттенюатору, который соединен своим входом с выходом усилителя. 2.Измеритель по п. 1, о т я- и чающийся тем, что преобраз ователь расположен на расстоянии 0,3 - 1 см от приемника. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Измеритель скорости звука lEEE Trans on anstruw, 1972, 2.. 2. Авторское свидетельство СССР 530194, кл. G 01 N 5/00, 1972 (про тотип).

К

К

X

m-t т т+г

Л Л 5

n-f