SU460492A1 - Способ определени дисперсионной характеристики среды - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области акустических измерений и может быть использовано, например, дл  определени  основной характе .ристики дисперсионных акустических линий задержки - зависимости времени задержки от частоты составл ющих сигнала.

Известен способ определени  дисперсионной характеристики среды, заключающийс  в измерении Бремени задержки составл ющих акустического импульса, прошедшего через .среду путем сложени  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 мен ющего своего положени  экстремума складываемых сигналов, по которому суд т о времени задержки.

Недостатком известного способа  вл етс  мала  точность измерений, так как после прохождени  широкополосного сигнала через излучающий и приемный тракты измерительной аппаратуры и исследуемую среду он приобретает амплитудную модул цию, затрудн ющую определение положени  экстремума суммарного сигнала.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений.

Поставленна  цель достигаетс  благодар  тому , что выходной электрический сигнал перед сложением с вспомогательным сигналом ограничивают по амплитуде и фильтруют, выдел   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 колебани .

Блок-схема (см. фиг. 1) содержит генератор 1, вырабатывающий переменное напр жение частотой f, соединенный с фазовращателем 1 и блоком 3, формирующим пр моугольные импульсы с заполнением. С помощью электроакустического преобразовател  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 прин тый сигнал, амплитудный ограничитель 8 и полосовой усилитель 9, с помощью которых устран ют амплитудную модул цию прин того сигнала, сумматор 10 и электроннолучевой осциллограф И, на вход которого подают суммарное напр жение с выхода сумматора . Развертка осциллографа запускаетс  короткими импульсами от блока 3 в момент излучени  импульса в среду.

Предлагаемый способ осуществл етс  следующим образом.

Регулировкой элементов сумматора 10 добиваютс  равенства амплитуд переменных напр жений , подаваемых с выхода фазовращател  2 и полосового усилител  9 на сумматор 10. Затем с помощью фазовращател  измен ют фазу складываемых колебаний и на экране осциллографа по экстремуму амплитуды суммарного сигнала, не измен ющему при этом своего положени , определ ют врем  задержки дл  составл ющей акустического сигнала с частотой /. Затем измер ют частоту генератора 1 и, повтор   описанные действи , наход т времена задержки дл  других частот, определ   таким образом дисперсионную характеристику среды.

На фиг. 2 изображены графики огибающей результирующего колебани  l(.t) при (верхний график соответствует разности фаз 8 0, нижний - значению 0 ).

Теоретически предлагаемый способ обосновываетс  следующим образом.

Пусть имеетс  сигнал, представл ющий собой группу волн одинаковой амплитуды с частотами , лежащими в полосе А/. После прохождени  через среду, врем  задержки упругих колебаний в которой увеличиваетс  пр мо пропорционально их частоте, этот-сигнал представл ет собой импульс с линейной частотной модул цией (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, центральна  частота, врем  задержки на частоте fo, скорость изменени  частоты

k, &t

начальна  фаза.

Рассмотрим колебание, возникающее в результате сложени  сигнала ei(t) с сигналом ggf/) cos(2nfo -}-92). В результате получаетс  колебание, модулированное по амплитуде и частоте, огибающа  которого описываетс  функцией:

(t) sin -| k(t - /о) - -4fo +

Положим ф1 ф2 2 /о оЧ-в. Можно показать , что в точке 0, которой соответствует текуща  частота , 1(0 имеет экстремум. Положение этого экстремума на оси времени не мен етс  при изменении разности фаз

(ф1-Ф2) между складываемыми колебани ми , в то врем  как другие экстремумы огибающей суммарного сигнала при этом смещаютс  (см. фиг. 2). Таким образом, можно определить врем  задержки дл  некоторой текущей частоты по положению экстремума амплитуды суммарного колебани .

В предложенном способе за счет ограничени  по амплитуде и фильтрации выходного сигнала перед сложением его с вспомогатель-ным гармоническим колебанием экстремум амплитуды суммарного сигнала не искажаетс , что повыщает точность и достоверность измерений.

Предмет изобретени 

Способ определени  дисперсионной характеристики среды, заключающийс  в измерении времени задержки составл ющих акустического импульса, прощедщего через среду путем сложени  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 мен ющего

своего положени  экстремума складываемых сигналов, но которому суд т о времени задержки , отличающийс  тем, что, с целью повыщени  точности измерений, выходной электрический сигнал перед сложением с вспомогательным сигналом ограничивают по амплитуде и фильтруют, выдел   из него спектр частот, лежащий в полосе частот выходного сигнала.

fu Z