Способ измерения параметрического коэффициента скорости распространения акустических колебаний и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области акустических измерений. Целью изобретения является повьшение чувствительности и точности измерений благодаря использованию при измерениях более чувствительного параметра вследствие определения амплитуды модуляции скорости распространения акустических колебаний в режиме стоячих волн. Акустические колебания излучают в исследуемую среду преобразователем 2 и принимают преобразователем 3 прошедшие ее колебания на частоте, обеспечивающей образование в среде стоячих волн благодаря обратной связи фазового детектора 9 с генератором 6. Воздействуют на среду внешним полем, изменяюпщмся по гармоническому закрну с определенной частотой, и измеряют девиацию принимаемых колебаний измерителем 11, выход которого связан с выходом приемного преобразователя 3. С помощью девиации частоты определяют амплитуду модуляции скорости распространения акустических колебаний , а по последней с учетом амплитуды флуктуации параметра внешнего цоля, изменяющего скорость, определяют параметрический коэффициент скорости распространения акустических колебаний. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил. с ( сл с: со СП 00 to 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1357829 А1 (50 4 G 01 М 29/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3997742/25-28 (22) 10. 10.85 (46) 07, 12.87. Бюл. ¹ 45 (73) Белорусский институт механизации сельского хозяйства и Институт прикладной физики АН БССР (72) В,И. Крылович и А.С. Рубанов (53) 620.179.16(088.8) (56) Инженерно-физический журнал, 1979, т. 36, № 3, Авторское свидетельство СССР №- 587389, кл. G 0 1 N 29/00, 1978. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА СКОРОСТИ РАСПРЕДЕЛЕ—

ИИЯ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ И УСТРОЙ—

СТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области акустических измерений. Целью изобретения является повьппение чувствительности и точности измерений благодаря использованию при измерениях более чувствительного параметра вследствие определения амплитуды модуляции скорости распространения акустических колебаний в режиме стоячих волн. Акустические колебания излучают в исследуемую всреду преобразователем 2 и принимают преобразователем 3 прошедшие ее колебания на частоте, обеспечивающей образование в среде стоячих волн благодаря обратной связи фазового детектора 9 с генератором 6. Воздействуют на среду внешним полем, изменяющимся по гармоническому закОну с определенной частотой, и измеряют девиацию принимаемых колебаний измерителем 11, выход которого связан с выходом приемного преобразователя

3. С помощью девиации частоты определяют амплитуду модуляции скорости распространения акустических колебаний, а по последней с учетом амплитуды флуктуаций параметра внешнего поля, изменяющего скорость, определяют параметрический коэффициент скорости распространения акустических колебаний. 2 с ° и 1 з.п. ф-лы, 1 ил, 1357829

Изобретение относится к области акустических измерений и может быть использовано при исследовании и контроле физико-механических свойств различных сред. 5

11ель изобретения — повышение чувствительности и точности за счет определения амплитуды. модуляции распространения акустических колебаний при работе в режиме стоячих волн.

На чертеже представлена блок-схема нЧо(1 + 4n) Я = — — --- ——

ЗО где, — скорость распространения акустических колебаний в .исследуемой среде в отсутствие флуктуаций внешнего поля, т,е. при Е = E, и — целое число; — расстояние в исследуемой среде, пройденное акустическими колебаниями между точками излучения и приема.

Под воздействием изменяющегося внешнего поля наблюдается девиация дш частоты принятых колебаний котоЭ

4с рую измеряют с помощью измерителя девиации частоты. По измеренной девиации д частоты принятых колебаний определяют амплитуду 47 модуляции скорости распространения акустических колебаний иэ выражения

V0 аы т„т о — скорость распространения акустических колебаний в

55 исследуемой среде при Е = Š— измеренная девиация частоты ..линятых колебаний; устройства для измерения параметрического коэффициента скорости распространения акустических колебаний °

Способ измерения параметрического

15 коэффициента скорости распространения акустических колебаний заключается в следующем.

В исследуемую среду излучают колебания и принимают колебания, про-, шедшие в ней фиксированное расстояние L. Частоту у,излучаемых колебаний выбирают из условия возбуждения в среде стоячих волн. Затем воздействуют на среду внешним полем по гармоническому закону с частотой Й из менения параметра Е поля, выбираемой из выражения — коэффициент стоячей волны;

ы, — частота излучаемых колебаний.

После определения амплитуды дЧ модуляции скорости распространения акустических колебаний определяют параметрический коэффициент dU/dE скорости распространения акустических колебаний по параметру Е иэ выражения где Ч вЂ” амплитуда модуляции скорости распространения акустических колебаний;

ДŠ— амплитуда флуктуаций пара— метра Е внешнего поля.

Устройство для измерения параметрического коэффициента скорости рас— пространения акустических колебаний содержит измерительную камеру 1 с излучающим 2 и приемным 3 электроакустическими преобразователями, частотомер 4, фазовращатель 5 и генератор

6, выход которого соединен с входами излучающего преобразователя 2, частотомера 4 и фазовращателя 5, Устройство также содержит последовательно соединенные мультивибратор 7 и блок

8 коммутации, выход которого соединен с вторым входом фазовращателя 5, и последовательно соединенные фазовый детектор 9 и операционный усилитель

10, выход которого соединен с управляющим входом генератора 6. Первый вход фазового детектора 9 соединен с выходом фазовращателя 5, а второй вход — с выходом преобразователя 3., Кроме того, устройство содержит измеритель 11 девиации частоты, вход которого соединен с выходом приемного преобразователя 3. Преобразователи

2 и 3 установлены в камере 1 на фиксированном расстоянии L друг от друга таким образом, что их акустические оси совпадают, Способ измерения параметрического коэффициента скорости распространения акустических колебаний осущест— вляется в ходе работы устройства следующим образом.

Измерительную камеру 1 заполняют исследуемой средой, Генератором 6 возбуждают излучающий преобразователь 2. Акустические колебания, преодолев расстояние L в исследуемой среде, поступают на приемный преобразователь 3 и преобразуются им в

1357829

Е = Е + dE cosset, +R

k =

1 — R где Е

3Е

Vo a

dV = « о

ТЧ (1 + 4n)

2L

50 ражения электрические сигналы. С выхода пре— образователя 3 сигналы поступают на второй вход фазового детектора 9, при этом на era первый вход поступают электрические сигналы с выхода генератора 6 через фазовращатель 5, соединенный вторым входом через блок 8 коммутации с мультивибратором 7. Напряжение с выхода фазового детектора

9 через операционный усилитель 10 10 управляет частотой генератора 6.

Путем настройки фазовращателя 5 добиваются максимальных показаний из— мерителя 11 девиации. При этом за счет сигнала обратной отрицательной связи с выхода фазового детектора 9 частота диапазонного генератора.6 поддерживается равной у,, что соответствует максимальному значению крутизны частотно-фазовой характеристики изме-20 рительной камеры 1. После настройки фазовращателя 5 блок 8 коммутации обеспечивает непоступление сигналов с выхода фазового детектора 9 на управ25 ляющий вход диапазонного генератора

6, В измерительной камере 1 происходит. излучение и прием акустических колебаний в режиме стоячих волн. Воэ" действуют на исследуемую среду изменяющимся внешним полем с некоторым параметром Е, влияющим на скорость распространения акустических колебаний в исследуемой среде. Внешнее поле описывается функцией средний уровень параметра Е, о вокруг которого совершаются гармонические флуктуации; амплитуда флуктуаций параметра Е; частота флуктуаций параметра Е; время.

Частота Я флуктуаций параметра Е выбирается из условия где V — скорость распространения акустических колебаний в исследуемой среде при Е = 0;

n — целое число;

55 расстояние между излучающим 2 и приемным 3 преобразователями.

Так как скорость V распространени акустических колебаний в исследуемой среде зависит от величины параметра

Е, значение скорости V изменяется во времени также по закону где dV — амплитуда модуляции скорости распространения акустических колебаний в исследуемой среде.

Благодаря нестационарному эффекту

Доплера напряжение на выходе приемнаго преобразователя 3 модулировано по частоте по гармоническому закону с девиацией Лычастоты, равной 2(1 + и ) ыо aV (1 — R) Ч

-2Н

9 2 Э где г, r> — модули коэффициентов отра жения акустических колебаний.от излучающего 2 и приемного 3 преобразователей; коэффициент поглощения акустических колебаний в среде, Поскольку для слабопоглощающих

Жидких и газообразных сред в большинстве случаев выполняется условие R x

" 1, а также с учетом того, что коэффициент k стоячей волны равен

/ по девиации частоты Лы, измеренной измерителем 11, амплитуду Ф модуляции скорости распространения акустических колебаний в исследуемой среде определяют из выражения

При этом скорость V распространео ния акустических колебаний в невозмущенной среде, т.е. при Е = Е,определяют по показаниям частотомера 4.

По амплитуде dV модуляции скорости распространения акустических колебаний определяют в конечном счете параметрический коэффициент cIV/ciE скорости распространения акустических колебаний в зависимости от параметра Е внешнего воздействующего поля из вы1357829

О / ою

Я= 7) т, (1 + 4n) /2L, Составитель В. Гондаревский

Техред M. Ходанич Корректор И. Муска

Редактор П. Гереши

Заказ 5991/43 Тираж 776

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Предлагаемый способ и устройство для его осуществления обеспечивают повышение чувствительности измерений параметрического коэффициента скорости распространения акустических колебаний, а следовательно, и точность измерений на границе чувствительности способа и устройства, работающих в режиме бегущей волны, в

2k/Tt раз, Формула из о брет ения 15

1. Способ измерения параметрического коэффициента скорости распреде- ления акустических колебаний, заключающийся в том, что излучают в 20 исследуемую среду акустические колебания, принимают колебания, прошедшие фиксированное расстояние в. среде, воздействуют на среду изменяющимся внешним полем, измеряют девиацию частоты принимаемых колебаний и с помощью измеренного параметра определяют параметрический коэффициент скорости распространения акустических колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности, измеряют деви-, ацию частоты в режиме стоячих волн, определяют по девиации этой частоты амплитуду модуляции скорости распро странения акустических колебаний, частоту Я изменения внешнего поля выбирают из выражения где 1 — скорость распространения акустических колебаний в исследуемой среде в отсутствие флуктуаций внешнего поля; — расстояние в исследуемой среде, пройденное акустическими колебаниями между точками излучения и приема;

n — целое число а параметрический коэффициент определяют по отношению амплитуды модуляции скорости распространения акустических колебаний к амплитуде флуктуаций параметра внешнего поля, 2, Способ поп. 1, отличаю шийся тем, что амплитуду AV модуляции скорости распространения акустических колебаний определяют из выражения где hid девиация частоты принятых колебаний,, k — коэАфициент стоячей волны; у — частота излучаемых колебаний.

3. Устройство для измерения параметрического коэффициента скорости распределения акустических колебаний, содержащее измерительную камеру с излучающим и приемным электроаку- .

f стическими преобразователями, частотомер, фаэовращатель, генератор,выход которого соединен с входами излучающего преобрзователя, частотомера и фаэовращателя, фазовый детектор, входы которого соединены с выходами приемного преобразователя и фазовращателя, операционный усилитель, вход которого соединен с выходом фазового детектора, а выход — с управляющим входом генератора, мультивибратор и измеритель девиации частоты, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с це лью повышения чувствительности и точности, оно снабжено блоком коммутации, расположенным между выходом мультивибратора и вторым входом фазовращателя, а вход измерителя девиации частоты соединен с выходом приемного преобразователя. f.