Способ измерения скорости ультразвука Советский патент 1981 года по МПК G01N29/00 

;54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения скорости ультразвука и функционально связанных с ней параметров жидких и газоо разных веществ. Наиболее близок к данному техническому решению способ определения скорости ультразвука, при котором в среду излучают ультразвуковые колебания, принимают колебания после прохождения через среду, преобразую принятые ультразвуковые колебания в электрические импульсы, которыми вновь возбуждают ультразвуковые колебания в среде, а о скорости ультразвука судят по частоте прохождения ультразвуковых импульсов через среду 1. Недостатки известного способа за лючаются в повышенной сложности, малом быстродействии и низкой надежности измерений. Целью изобретения является упрощ ние и ускорение измерений, а также повышение их надежности. Указанная цель дортигается тем-ч дважды отраженные ультразвуковые пульсы выделяют путем детектировани ограничения,дифференцирования усиле ных электрических импульсов и выбирают импульсы с максимальной амплитудой , по частоте которых судят о скорости ультразвука.При этом длину л измерительной базы,на которой измеряют скорость ультразвука,выбирают согласно соотношению t где oL- коэффициент затухания колебаний в среде; i - частота колебаний. Описываемый способ иллюстрируется временными диаграммами циркуляции электроакустических импульсов, изображенными на фиг.1 и 2. На фиг.1 в масштабе амплитуд А смещения частиц среды при г1рохождении ультразвуковых колебаний и времени -fc изображен один из акустических импульсов у плоскости приемного преобразователя, образованный наложением импульса 1 однократного прохождения, импульсом 2, дважды отраженным от плоскости приемного и излучающего пьезопреобразователей, и импульсом 3, четырежды отраженным от упомянутых плоскостей. На фиг.1 А - амплитудное значение смещения частиц ереды от импульса i; А - и аналогично амплитуда импульса 2 и импульса З; -fc - частота основной гарг«юнической составляющей излученных импульсов, -Ьф- длительность фронта результирующего импульса, полученного от интерференции мипульса однокpaт oгo прохождения импульсов дважды и четырежды отраженных. Для упрощения графической иллюстрации форму, импульсов принимает близкой к одиночному синусоидальному импульсу, а отражениями более порядка пренебрегаем,

На фиг,2 в осях времени с t по -fcp изображены моменты появления электроакустических импульсов и у плоскости излучателя (слева) и одновременно у плоскости приемника ультразвуковых колебаний (справа), Обозначения соответствуют : 1 - генерируемый электрический импульс, 2 - акустический импульс однократного прохождения, 3 - однократно отраженный акустический импульс, образованный интерференцией импульса однократного прохождения и дважды отраженного импульса (соответствует обычному режиму автоциркуляции, а также импульсу по фиг.1, причем для упрощения графической иллюстрации трижды, четырежды и более раз отраженный импульс на фиг,2 Считается равным нулю), 4 - искажённый импульс однократного прохождения, 5 - дважды отраженный акустический импульс.

Осуществление способа основано на следующем.

Известно, что дважды отраженные импульсы и импульсы многократного отрс1жения от плоскости излучателя и приемника ультразвука приходят на приемный преобразователь в каждом цикле автоциркуляций на время

А--2иГ, .

1-де п - порядок отрешения,

- время прохождения импульса

в защитной мембране, раньше импульса однократного прохождения (пренебрегая временем задержки импульса в электронной схеме/ В результате для обычного режима автоциркуляцией электроакустических импульсов характерно удлинение переднего фронта принятых импульсов за счет реверберадионного наложения многократно отраженных импульсов, чт пояснено на фиг.1, После детектировайия, ограничения и дефференцирования принятых колебаний при выполнении соотношения

.

амплитуда дважды отраженного импульса минимум в 1,27 раза превышает амплитуду искаженного импульса однократного прохождения (в частности.

при 10 упомянутое превышение равно 2,11) ,

С учетом затухания отраженных импульсов на двойном пути от излучателя до приемника и без учета потерь на отражение энергии длина Г акустической базы, при которой сохраняется минимум 27%-ное.превышение амплитуды дважды отраженного импульса (а тем более амплитуда неискаженного имO однократного прохождения) над амплитудой искаженного импульса однократного прохождения при выполнении условия (3), определяется из соотношения (1),

Для получения максимального превышения амплитуды дважды отраженных импульсов над искаженными импульсами однократного прохождения постоянную времени дифференцирующей цепи целесообразно выбирать исходя из условия

0,

,(,.f

Учитывая, что соотношения (3) и (4), как правило, уже имеют место при ультразвуковых автоциркуляционных измерениях, при выполнении условия (1) можно обеспечить необходимое превышение амплитуды дважды отраженных импульсов (а тем более импульсов однократного прохождения, передний фронт которых не искажен реверберационными явлениями/ над импульсами однократного прохождения с искаженным передним фронтом. Это позволяет отселектировать дважды отраженные импульсы и неискаженные импульсы однократного прохождения с целью их использования для повторного возбуждения ультразвуковых колебаний в среде и подсчета, т,е, проще и надежней осуществить режим запуска от дважды отраженных йМпУльсов, а также от неискаженных импульсов однократного прохождения.

Изложенное может быть пояснено с помощью фиг,2 следующим образом.

В момент времени -fc-i генерируют электрический импульс 1 и, преобразовав его в акустический,излучают в срду. После прохождения среды в момент времени fc 2. принимают импульс 2 однократного прохождения, не искаженный реверберацирнными явлениями, и генерируют в среду второй импульс, В момент времени -fcj принимают второй импульс однократного прохождения без искажений, генерируют третий импульс в среду, который оказывается искаженным импульсом 3 однократного отражения, В момент времени-t 4 принимают искаженный импульс 4 однократного прохождения, но благодаря амплитудной селекции генерации четвертого электрического импульса не происходит, у плоскости излучедгеля находится /импульс 3 однократного отражения. В момент времени-fcj принимают дважды отраженный импульс 5, генерируют четвертый электрический импульс, который при преобразовании его в акустический также оказывается искажен импульсом однократного отражения. Поэтому в момент времени -tfj принимают искаженный импульс одн кратного прохождения также без гене ции электрического импульса. В моме Времени 57 на приемник приходит толь ко дополнительно ослабленный четырежды отраженный импульс, который благодаря амплитудной селекции не способен вызвать генерацию акустического импульса. В момент времени bg принимают дважды отраженный акустический импульс и генерируют пятый электрический импульс. В последующие моменты времени процесс излучения и приема колебаний повторяет моменты времени .b и т.д. Описываемое техническое решение позволяет определить скорость ультр звука проще, надежней и быстрее по сравнению с известным способом. Формула изобретения 1. Способ измерения скорости уль развука, заключа ощийся в том, что в среду излучают ультразвуковые колеба ния,принимают колебания после прохож дения через среду,преобразуют принят ультразвуковые колебания в электрические импульсы, которыми вновь возбуждают ультразвуковые колебания в среде, а о скорости ультразвука судят по частоте прохождения ультразвуковых импульсов через среду, отличающийся тем, что, с целью упрощения и ускорения измерени дважды отраженные ультразвуковые импульсы выделяют путем детектирования, ограничения, дефференцирования усиленных электрических импульсов и выбирают импульсы с максимальной амплитудой, по частоте которых судят о скорости ультразвука. 2, Способ ПОП.1, отличающийся тем, что,с целью повышения надежности измерений, длину Е измерительной базы, на которой измеряют скорость ультразвука, выбирают согласно соотношению где oi. - коэффициент затухания колебаний в среде f - частота колебаний. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Колесников А.Е, Ультразвуковые измерения. М., Издательство стандартов , 1970, с. 85 (прототип).