SU1357829A1 - Способ измерени параметрического коэффициента скорости распространени акустических колебаний и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области акустических измерений. Целью изобретени   вл етс  повьшение чувствительности и точности измерений благодар  использованию при измерени х более чувствительного параметра вследствие определени  амплитуды модул ции скорости распространени  акустических колебаний в режиме сто чих волн. Акустические колебани  излучают в исследуемую среду преобразователем 2 и принимают преобразователем 3 прошедшие ее колебани  на частоте, обеспечивающей образование в среде сто чих волн благодар  обратной св зи фазового детектора 9 с генератором 6. Воздействуют на среду внешним полем, измен юпщмс  по гармоническому закр- ну с определенной частотой, и измер ют девиацию принимаемых колебаний измерителем 11, выход которого св зан с выходом приемного преобразовател  3. С помощью девиации частоты определ ют амплитуду модул ции скорости распространени  акустических колебаний , а по последней с учетом амплитуды флуктуации параметра внешнего цол , измен ющего скорость, определ ют параметрический коэффициент скорости распространени  акустических колебаний. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил. с ( сл с: со СП 00 to 00

Description

11

Изобретение относитс  к области акустических измерений и может быть использовано при исследовании и контроле физико-механических свойств различных сред.

Цель изобретени  - повышение чувствительности и точности за счет оП- редел ени  амплитуды .модул ции распространени  акустических колебаний при работе в режиме сто чих волн,

На чертеже представлена блок-схем устройства дл  измерени  параметрического коэффициента скорости распространени  акустических колебаний.

Способ измерени  параметрического коэффициента скорости распространени акустических колебаний заключаетс  в следующем.

В исследуемую среду излучают ко- Лебани  и принимают колебани , цро-, шедшие в ней фиксированное рассто ние L, Частоту lUg излучаемых колебаний выбирают из услови  возбуждени  в среде сто чих волн. Затем воздействуют на среду внешним полем по гармоническому закону с частотой 1 изменени  параметра Е пол , выбираемой из выражени 

TiVoCj. ) 2L

Sl

где V - скорость распространени  акустических колебаний в исследуемой среде в отсутствие флуктуации внешнего пол , т.е. при Е целое число;

рассто ние в исследуемой среде.

п L

пройденное акустичес 0

с вторьп входом фазовращател  5, и последовательно соединенные фазовьй детектор 9 и операционный усилитель 10, выход которого соединен с управ- 35 л ющим входом генератора 6. Первый вход фазового детектора 9 соединен с выходом фазовращател  5, а второй вход - с выходом преобразовател  3. . Кроме -того, устройство содержит из45

кими колебани ми между точ- меритель 11 девиации частоты, вход ками излучени  и приема. которого соединен с выходом приемного преобразовател  3. Преобразователи 2 и 3 установлены в камере 1 на фиксированном рассто нии L друг от друга таким образом, что их акустические оси совпадают.

Способ измерени  параметрического коэффициента скорости распространени  акустических колебаний осуществл етс  в ходе работы устройства следу1дщим образом.

Измерительную камеру 1 заполн ют исследуемой средой. Генератором 6 возбуждают излучаюп й преобразова- тель 2. Акустические колебани , преодолев рассто ние 1, в исследуемой среде, поступают на приемный преобразователь 3 и преобразуютс  им в

Под воздействием измен ющегос  внешнего пол  наблюдаетс  девиаци  Лш частоты прин тых колебаний, которую измер ют с помощью измерител  девиации : частоты. По измеренной девиации л li частоты прин тых колебаний определ ют амплитуду dV модул ции скорости распространени  акустических колебаний из выражени 

50

Y

где v - скорость распространени 

акустических колебаний в исследуемой среде при Е Е лы - измеренна  девиаци  частоты гтрин тых колебаний;

k - коэффициент сто чей волны; Wj, частота излучаемых колебаний .

После определени  амплитуды 4V модул ции скорости распространени  акустических колебаний определ ют параметрический коэффициент. dV/dE скорости распространени  акустических колебаний по параметру Е из вьфажени 

dV

dE

V IE

где /iV - амплитуда модул ции скорости распространени  акустических колебаний;

/)Е - амплитуда флуктуации параметра Е внешнего пол . Устройство дл  измерени  параметрического коэффициента скорости распространени  акустических колебаний содержит измерительную камеру 1 с излучающим 2 и приемным 3 электроакустическими преобразовател ми, частотомер 4, фазовращатель 5 и генератор 6, выход которого соединен с входами излучающего преобразовател  2, частотомера 4 и фазовращател  5. Устройство также содержит последовательно

соединенные мультивибратор 7 и блок

о

о коммутации, выход которого соединен

с вторьп входом фазовращател  5, и последовательно соединенные фазовьй детектор 9 и операционный усилитель 10, выход которого соединен с управ- л ющим входом генератора 6. Первый вход фазового детектора 9 соединен с выходом фазовращател  5, а второй вход - с выходом преобразовател  3. . Кроме -того, устройство содержит из31

электрические сигналы. С выхода преобразовател  3 сигналы поступают на второй вход фазового детектора 9, при этом на его первый вход поступаю электрические сигналы с выхода гене- ратора 6 через фазовращатель 5, соединенный вторым входом через блок 8 коммутации с мультивибратором 7. Напр жение с выхода фазового детектора 9 через операционный усилитель 10 управл ет частотой генератора 6.

Путем настройки фазовращател  5 добиваютс  максимальных показаний измерител  11 девиации. При этом за сч сигнала обратной отрицательной св - зи с выхода фазового детектора 9 частота диапазонного генератора.6 поддерживаетс  равной (), что соответствует максимальному значению крутизн частотно-фазовой характеристики изме рительной камеры 1. После настройки фазовращател  5 блок 8 коммутации обеспечивает непоступление сигналов выхода фазового детектора 9 на управл ющий вход диапазонного генератора 6. В измерительной камере 1 происходит , излучение и прием акустических колебаний в режиме сто чих волн. Воздействуют на исследуемую среду измен ющимс  внешним полем с некоторым параметром Е, вли ющим на скорость распространени  акустических колебаний в исследуемой среде. Внешнее пол описываетс  функцией

E E + j E cosflt,

де К - средний уровень параметра Е, о

вокруг которого совершаютс 

гармонические флуктуации;

-амплитуда флуктуации парамет- .ра Е;

-частота флуктуации параметра Е;

t - врем .

4Е Л

Частота П флуктуации параметра Е выбираетс  из услови 

П

IY°L1

2L

+ 4п)

де V

п - L - скорость распространени  акустических колебаний в исследуемой среде при лЕ 0; целое число; рассто ние между излучающим 2 и приемным 3 преобразовател ми .

Так как скорость V распространерш) акустических колебаний в исследуемой среде зависит от величины параметра Е, значение скорости V измен етс  во времени также по закону

V Vj, + jV-cosnt,

где dV - амплитуда модул ции скорости распространени  акустических колебаний в исследуемой среде .

Благодар  нестационарному эффекту Доплера напр жение на выходе приемного преобразовател  3 модулировано по частоте по гармоническому закону с девиацией лычастоты, равной

YiO + RO tJo V , .,

R rj Tj e

-2dL

где r, модули коэффициентов отражени  акустических колебаний , от излучающего 2 и

приемного 3 преобразователей; о/ - коэффициент поглощени 

акустических колебаний в среде.

Поскольку дл  слабопоглощающих жЬидких и газообразных сред в большинстве случаев вьгполн е тс  условие R х 1, а также с учетом того, что коэф- ициент k сто чей волны равен

k

1 - R

по девиации частоты ш, измеренной измерителем 11, амплитуду 4V модул ции скорости распространени  акустических колебаний в исследуемой среде определ ют из вьфажени 

4V -i. kioo

При этом скорость V распространени  акустических колебаний в невозмущенной среде, т.е. при Е Е ,определ ют по показани м частотомера 4. По амплитуде UV модул ции скорости распространени  акустических колебаний определ ют в конечном счете параметрический коэффициент dV/dE скорости распространени  акустических колебаний в зависимости от параметра Е внешнего воздействующего пол  из выражени 

dV

dR

4V IE

Предлагаемьй способ и устройство дл  его осуществлени  обеспечивают повышение чувствительности измерени параметрического коэффи1щёнта скорости распространени  акустических колебаний, а следовательно, и точность измерений на границе чувствительности способа и устройства, ра- ботаюпщх в режиме бегущей волны, в 2k/ТГ раз.

Claims (1)

1. Способ измерени  параметрического коэффициента скорости распреде- лени  акустических колебаний, заключающийс  в том, что излучают в исследуемую среду акустические колебани , принимают колебани , прошедшие фиксированное рассто ние в, среде воздействуют на среду измен ющимс  внешним полем, измер ют девиацию ча стоты принимаемых колебаний и с помощью измеренного параметра определ ют параметрический, коэффициент ско рости распространени  акустических колебаний, отличающийс 

-

3, Устройство дл  измерени  параметрического коэффициента скорости распределени  акустических колебаний , содержащее измерительную камеру с излучающим и приемным электроаку- стическими преобразовател ми, частотомер , фазовращатель, генератор,выход которого соединен с входами излучающего преобрзовател , частотомера и фазовращател , фазовый детектор входы которого соединены с выходами приемного преобразовател  и фазовравительности и точности, измер ют девит ацию частоты в режиме сто чих волн, определ ют по девиации этой частоты амплитуду модул ции скорости pacnpot 5 щател , операционный усилитель, вход странени  акустических колебаний, ча- которого соединен с выходом фазового стоту Я изменени  внешнего пол  выбирают из выражени 

детектора, а выход - с управл ющим входом генератора, мультивибратор и измеритель девиации частоты, отличающеес  тем, что, с це- лью повьшени  чувствительности и точ ности, оно снабжено блоком коммутации , расположенным между выходом мультивибратора и вторым входом фазовращател , а вход измерител  девиации частоты соединен с выходом приемного преобразовател , f.

Я 17V, (1 +

4n)/2L,

Vp - скорость распространени 

акустических колебаний в исследуемой среде в отсутствие флуктуации внешнего пол ; L - рассто ние в исследуемой

среде, пройденное акустичесРедактор П. Гереши

Составитель В. Гондаревский

Техред М.Ходанич Корректор И, Муска

Заказ 5991/43Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д, 4/5Производственно-полиграфическое предпри тие, г, Ужгород, ул. Проектна , 4

кими колебани ми мёжд.у точками излучени  и приема; п - целое число,

а параметрический коэффициент определ ют по отношению амплитуды моду- л ции скорости распространени  акустических колебаний к амплитуде флуктуации параметра внешнего пол ,

2, Способ по п. 1, отличающийс  тем, что амплитуду ЙУ модул ции скорости распространени  акустических колебаний определ ют из выражени 

4V

V 1 (X) /k w,

о

20

25

30

где Ли. - девиаци  частоты прин тых

колебаний;.

k - коэффициент сто чей волны; Ыо частота излучаемых колебаний.

3, Устройство дл  измерени  параметрического коэффициента скорости распределени  акустических колебаний , содержащее измерительную камеру с излучающим и приемным электроаку- . стическими преобразовател ми, частотомер , фазовращатель, генератор,выход которого соединен с входами излучающего преобрзовател , частотомера и фазовращател , фазовый детектор, входы которого соединены с выходами приемного преобразовател  и фазовра 5 щател , операционный усилитель, вход которого соединен с выходом фазового 5 щател , операционный усилитель, вход которого соединен с выходом фазового

40

45

детектора, а выход - с управл ющим входом генератора, мультивибратор и измеритель девиации частоты, отличающеес  тем, что, с це- лью повьшени  чувствительности и точности , оно снабжено блоком коммутации , расположенным между выходом мультивибратора и вторым входом фазовращател , а вход измерител  девиации частоты соединен с выходом приемного преобразовател , f.