Способ определения скорости ультразвука и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области акустических измерений и измерительной техники и может быть использовано при контроле параметров сред , в частности, высокотемпературных газовых потоков. Цель изобретения - повышение точности определения скорости ультразвука при большом пространственном разрешении за счет использования зависимости степени дифракции от скорости ультразвука. В исследуемую среду излучают ультразвуковые волны с большой и малой степенями дифракции при известной и измеряемой скоростях ультразвука, принимают их после прохождения через исследуемую среду, измеряют их амплитуды, с учетом отношения которых определяют скорость ультразвука. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECflYSЛИН

„„SU „„ I 504520

А1 (51)4 G 01 Н 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОТКРытиям ГКНТ СССР (21) 4314300/25-28 (22) 08,10.87 (46) 30.08.89. Бюл. М 32 (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (72) P È.Ю,Кажис, В.Й Дикавичюс и А.В.Тамулис (53) 534,22(088.8) (5e) Авторское свидетельство СССР

М 697911, кл. G 01 N 29/04, 1979. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ

УЛЬТРАЗВУКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области акустических измерений и измерительной техники и может быть испольИзобретение относится к акустическим измерениям и измерительной технике и может быть использовано при контроле параметров газовых сред, в частности высокотемпературных газов, Цель изобретения — повьппение точности измерений при большом пространственном разрешении эа счет использования зависимости степени дифракции от скорости ультразвука.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для измерения скорости ультразвука; на фиг, 2 — зависимость скорости ультразвука от отношения амплитуд дифрагированных волн.

Устройство для определения скорости ультразвука содержит генератор

1 тактовых импульсов, последовательэовано при контроле параметров сред, в частности высокотемпературных газовых потоков, Цель изобретения повьппение точности определения скорости ультразвука при большом пространственном разрешении эа счет использования зависимости степени диафракции от скорости ультразвука. В исследуемую среду излучают ультразвуковые волны с большой и малой степенями дифракции при известной и измеряемой скоростях ультразвука, принимают их после прохождения через исследуемую среду, измеряют их амплитуды, с учетом отношения которых определяют скорость ультразвука.

2 с,п. ф-лы, 2 ил. но электроакустически соединенные генератор 2 зондирующих импульсов, излучатель 3, приемник 4 и усилитель 5, первый и второй ключи 6 и 7, триггер 8, делитель 9 частоты, последовательно соединенные измеритель

10 отношения и блок 11 регистрации и первую и вторую цепи l 2 и 13,,каждая из которых состоит иэ пикового детектора 14 (15), дополнительного измерителя 16 (17) отношения и блока

l8 (19) памяти, выход генератора I тактовых импульсов соединен со входами генератора 2 зондирующих импульсов, триггера 8 и делителя 9 частоты, первый выход триггера 8 связан со вторым входом генератора 2 зондирующих импульсов и с первым входом первого ключа 6, второй выход триггера 8 связан с первым входом второ55

С 2 В(А/А,/А /А, ) у

i=o

3 1504520 го ключа 7, вторые входы первого и второго ключей 6 и 7 соединены с выходом усилителя 5, выходы первого и второго ключей 6 и 7 подключены со5 ответственно со входами пиковых детекторов 14 и 15, выход делителя 9 частоты связан со вторыми входами блоков 18 и 19 памяти, выходы которых соединены со входами измерителя

10 отношения, а вторые входы дополнительных измерителей 16 и 17 отношения первой и второй цепей 12 и 13 предназначены для подключения к источникам опорных напряжений. 15

Сущность способа определения скорости ультразвука заключается в следующем.

Предварительно определяется зависимость степени дифракции от скорос- 20 ти ультразвука для исследуемой среды. В исследуемую среду излучают ультразвуковые волны с большой (Э/

/ Л 1) и малой (D/Ë 5) отношениями дифракции при известной и измеряемой скоростях ультразвука, где D — эффективный диаметр преобразователя, с помощью которого излучают ультразвуковые волны, Д вЂ” длина излучаемой ультразвуковой волны, принимают эти волны после прохождения через исследуемую среду, измеряют их амплитуды и определяют скорость ультразвуковой волны в исследуемой среде при помощи предварительно определенной эависи- 35 мости с учетом отношения А/Ао/А АО, где А, и А, — амплитуды волн с больmoA и малой степенями дифракции при известной скорости ультразвука, А и

А — соответствующие амплитуды для . . 40 излученной волны с неизвестной скоростью.

В устройстве для жмерения скорости ультразвука применен вариант варьирования степени дифракции волны 45 путем изменения частоты излучаемой волны.

Соотношение А/А /А /А тождественно отношению P/P, где P, — давления идеальной плоской волны, учитывающему днфракционное затухание ультразвуковой волны, Скорость с ультразвуковой волны может быть представлена в виде где n — степень полинома;

 — коэффициент полинома, Устройство работает следующим образом.

Генератор. 1 тактовых импульсов вырабатывает тактовые импульсы с периодом повторения Т„, Эти импульсы поступают на счетный вход триггера

8, первый вход генератора 2 зондирующих импульсов и вход делителя 9 частоты, коэффициент деления которого 1:3 выбран из расчета трехтактной работы измерителя 10 отношения, во время первых двух тактов формируются сигналы соответствующих цепей

12 и 13, поступающие во время третьего такта на входы измерителя 10 отношения. Генератор 2 зондирующих импульсов может быть выполнен в виде управляемого генератора радиоимпульсов, частота заполнения которого управляется триггером 8. С выхода генератора 2 зондирующих импульсов радиоимпульсы длительностью

Й „ (Т„ подаются на ультразвуковой излучатель 3, который излучает ультразвуковой импульс в исследуемую среду. Частоты F,, F излучения выбираются такими, что при частоте F, излучается ультразвуковая волна с большой степенью дифракции (D/Л 1), а при F — волна с малой степенью дифракции (D/Л ъ 5) . Ультразвуковой приемник 7 принимает ультразвуковой импульс, преобразует в электрический; который усиливается усилителем

5 и поступает на входы ключей 6 и 7.

Радиоимпульс в зависимости от состояния триггера 8 проходит через ключ 6 или 7 и попадает соответственно либо на первую цепь 12, либо на вторую цепь 13, т.е, на вход соответствующего пикового детектора 14 или 15. С выхода пикового детектора

14 (15) напряжение, соответствующее максимальной амплитуде принятого сигнала, поступает на первый вход дополнительного измерителя отношения, на второй вход которого подаются в зависимости от канала опорные напряжения А либо А (А по цепи 12, А по цепи 13), значения которых получают с использованием этого же устройства при измерении в газовой среде при известной скорости ультразвука, и значения эти фиксируют. Напряжение с выхода измерителя )6 (17), соответствующее отношению A/À, (или

А /А,), поступает в блок памяти 18 (19), в котором запоминается. С при2() 40

50

5 15045 ходом в то рого так тово го импульса с выхода генератора 1 тактовых импульсов на входы делителя 9 частоты и триггера 8 последний изменяет свое состояние, излучатель 3 излучает

5 ультразвуковой импульс с другой частотой заполнения и сигнал, прошедший среду, принятый приемником 4, усиленный усилителем 5, через соответ- 10 ствующий ключ (6 или 7) поступает в соответствующую цепь (12 или 13) и записывается в соответствующем блоке памяти. Третий тактовый импульс генератора 1 тактовых импульсов возвра- 15 щает триггер 8 в первоначальное состояние и в исследуемую среду излучается ультразвуковой импульс с первоначальной частотой заполнения, Одновременно тот же третий тактовый 20

Ф импульс с генератора 1 импульсов поступает на делитель 9 частоты, на выходе делителя 9 частоты появляется импульс, который поступает на вторые входы блоков 18 и 19 памяти, что при- 25 водит к прохождению соответствующих напряжений на их выходы, а также к подготовке блоков 18 и 19 памяти к принятию новой информации. Напряжения с выходов блоков 18 и 19 поступают на З0 основной измеритель IO отношения, Напряжение на выходе измерителя 10 отношения соответствует отношению

A/A /А /А „ и поступает на блок ll регистрации. 35

Формула из обре тения

1, Способ определения скорости ультразвука в средах, основанный на излучении и приеме ультразвука, измерении параметров принятого ультразвука и определении с их учетом скорости ультразвука, о т л и ч а юшийся тем,,что, с целью повьппения точности измерений, при помощи акустического преобразователя излучают ультразвуковые волны с разными степенями дифракции D/ Л в среду с известной скоростью ультразвука и в исследуемую среду и принимают их, измеряют амплитуды принятых волн, а скоррсть ультразвука определяют с учетом отношения А:Ao À :А, по известной зависимости, где А,, А, и

А, А — амплитуды, измеренные для

D/Л I и D/Ë 5 соответственно, D— эффективный диаметр акустического преобразователя, Л вЂ” длина излучаемой волны.

2. Устройство для определения скорости ультразвука, содержащее последовательно электроакустические соединенные генератор зондирующих импульсов, излучатель, приемник и усилитель, генератор тактовых импульсов, первый и второй ключи, блок регистрации, делитель частоты и триггер, первый выход которого соединен со вторым входом генератора зондирующих импульсов и с первым входом первого ключа, второй выход триггера соединен с первым входом второго ключа, выход генератора тактовых импульсов соединен с входами генератора зондирующих импульсов и триггера, вторые входы первого и второго ключей подключены к выходу усилителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности измерений, оно снабжено основным измерителем отношения и первой и второй цепями, каждая из которых состоит иэ последовательно соединенных пикового детектора, дополнительного измерителя отношения и блока памяти, входы которых подключены к выходам первого и второго ключей соответственно, выходы первой и второй цепей соединены с первым и вторым входами основного измерителя отношения, вторые входы блоков памяти соединены с выходом делителя частоты, выход основного измерителя отношения подключен к блоку регистрации, а вторые входы дополнительных измерителей отношения первой и второй цепей предназначены для подключения к источникам опорного напряжения.

c,ùâ, 1@0

Фиг.4

"e е

Составитель Д.01ирочин

Редактор А,Долинич Техред Л.Кравчук Корректор В.Гирняк

Заказ 5242/42 Тираж 511 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101