Датчик акустического измерителя скорости поверхностного слоя жидкости

 

Изобретение относится к акустической измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости потока воды на поверхности закрытых или открытых водоемов. Целью изобретения является увеличение отношения сигнал/шум. Закрепленные на фиксированном расстоянии два обратимых электроакустичееских преобразователя выполнены в виде пьезопластин, размещенных на наклонной грани преломляющего звуковода, акустически контактирующего со звуководом поверхностно-продольных волн. Звуковод поверхностно-продольных волн выполнен в виде призмы с углом β, образованным рабочей гранью и гранью, акустически контактирующей с преломляющим звуководом, величина которого подобрана согласно формуле β = 63,5 + 20,8 ν, где ν - коэффициент Пуассона материала звуковода поверхностно-продольных волн. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСИИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 G 01 P 5/00

" С4г. /

° . ;Д

1(r

--/

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4274162/24-10 (22) 01.07.87 (46) 23.02.90. Бюл. № 7 (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (72) П.-Б.П.Иилюс и Л.В.Юозонене (53) 681 ° 121(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1158937, кл. G 01 P 5/00, опуб.лик. 1983. (54) ДАТЧИК АКУСТИЧЕСКОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ

СКОРОСТИ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к акустической измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости потока воды на поверхности закрытых или открытых водоемов. ЦеИзобретение относится к акустической измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости потока воды на поверхности закрытых водоемов или моря.

Цель изобретения — увеличение отношения сигнал/шум.

На чертеже показана структурная схема датчика.

Датчик содержит пьезоэлементы 1 и 2, акустически связанные с преломляющими звуководами 3 и 4, звуководы 5 и 6, выполненные в виде призмы с углом р, жестко связанные с п17еломляющими звуководами 3 и 4, и держатель 7 для защиты пьезоэлементов 1 и 2 от проникновения воды. Материалы преломляющих звуководов и преломпяющий угол o(подобраны исходя

2 лью изобретения является увеличение отношения сигнал/шум. Закрепленные на фиксированном расстоянии два обратных электроакустических преобразователя выполнены в виде пьезопластин, размещенных на наклонной грани преломляющего звуковода, акустичес-н контактирующего со звуководом поверхностно-продольных волн. Звуковод поверхностно-продольных волн выполнен в виде, призмы с углом р, образованHbIM рабочей гранью и гранью, акустически контактирующей с преломляюшим звуководом, величина которого подобрана согласно формуле р =63 5+20,8, где g — коэффициент Пуассона мате- д

Ю риала звуковода поверхностно-продольных волн. 1 ил. из условий достижения максимальной Issak амплитуды возбуждаемых поверхностно- (, Д продольных волн в звуководах 5 и б. ф

Поэтому с с с „, где с „ — скорость Ю продольных волн в звуководах 5 и 6, и Ы = arcsin с/с, где с Р„ — скорость упругих поверхностно-продольных волн в звуководах 5 и б. Угол p . звуководов 5 и б, образованный рабочей гранью и гранью, акустически контактирующей с преломляющими звуководами 3 и 4, подобран согласно формуле р= 63,5+20,81, где 4 — коэффициент Пуассона материала звуководов Ь

5 и б поверхностно-продольных волн.

Пьеэопластина 1, подключенная с источнику возбуждения, излучает про° дольные упругие волны в преломляю1.,",. . звуковод 3. При падении под углом

1545167

|,,, = агсз п с/с „ продольных волн из преломляницего звуковода 3 на звуковод 5 с углом р в поверхностном слое последнего возбуждаются поверхностнопродольные волны, которые преломля5 ются в звуководе 5 под углом р и падают на торцовую плоскость последнего, образующую с гранью звуковоца

3 yro p, под углом 90 ° .Поэтому при

, прохождении поверхностно-продольных волн в жидкость, находящуюся в контакте с этой торцовой плоскостью, 1.на поверхности жидкости возбуждаются

I::,èíTåíñèâHûå поверхностные волны при

J!

;совпадении зоны выхода поверхностнопродольных волн из торцовой плоскости звуковода 5 со свободной поверх ностью контролируемой жидкости. Из1

1 ,лучающая и приемная пьезопластины 0

1, 1 и 2, а также звуководы 5 и 6 уста,новлены на одном уровне. Поэтому по)!

I верхностные волны, созданные на по,верхности воды излучающей пьезопластиной 1, принимаются приемной пье- 25 зопластиной 2, устанавливаются усилителем и фиксируются индикатором.

Измеряется время прохождения акусти;ческими импульсами расстояния $ по потоку.,Затем изменяется направление распространения поверхностных волн и измеряется время прохождения акустическими импульсами расстояния S против потока, по которым определяется скорость потока.

Зависимость угла р от значения ко- 35 эффициента Пуассона материалов звуководов 5 и 6 определяется путем решения уравнения Рэлея при соблюдении закона Снеллиусса, отражающего

4О зависимость величины углов падения и преломления ультразвуковых волн от скоростей их распространения, и имеет вид и „6, р= arcsin Ъ "/Ь -1п,r

2 где Ь = r +и +llg г = c /c c L H с -., скорости продольных и поперечных волн в звуководах 5 и 6, и„- вещественная, часть, n< - мнимая часть

1 комплексного корня ш уравнения Рэлея

16 (1-r ) m +8 (2r -3) ш +8ш -1=0.

Из известной связи величины r = ст и коэффициента Пуассона можно с, найти, что угол р выражается линейной зависимостью от коэффициента

Пуассона ; р= 63,5 + 20,8 .

Выполнение звуковода поверхностнопродольных волн в виде призмы с углом, подобранным в зависимости от коэффициента Пуассона этого звуковода, позволяет значительно (выше чем в два раза) повысить коэффициент передачи ,электроакустического тракта, а тем самым увеличить отнсшение сигнал/шум.

Формула изобретения

Датчик акустического измерителя скорости поверхностного слоя жидкости, содержащий закрепленные на фиксированном расстоянии два обратимых электроакустических преобразователя, выполненных в виде пьезопластины, размещенной на наклснной грани преломляющего звуковода, а также звуководы поверхностно-продольных волн, акустически контактирующие с преломляющими звуководами, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения отношения сигнал/шум, угол между рабочей гранью и гра.нью, акустически контактирующей с преломляющим звуководом, звуководов псверхностно-продольных волн определяется по формуле.

p = 63,5+20,8 4, где — коэффициент Пуассона материала звуковсда поверхностно-. продольных волн.

1545167

Составитель С.1Один

Редактор E. Папп Техред A.Êðàâ÷óê Корректор В.Кабаций Заказ 489 Тираж 448 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательскии комбинат Патент, r. Ужгород, ул. Гаг р

И II

Гага ина 101

Датчик акустического измерителя скорости поверхностного слоя жидкости Датчик акустического измерителя скорости поверхностного слоя жидкости Датчик акустического измерителя скорости поверхностного слоя жидкости 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гидрофизических измерений

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет снизить погрешность в определении профиля скорости течения водного бассейна

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах контроля процессов перекачки газа в газопроводе

Изобретение относится к измерительной технике-и позволяет расширить область применения устройства в условиях измерений реальных потоков

Изобретение относится к области методов измерения профиля скорости жидкости или газа, прокачиваемых через каналы транспортировки (трубопроводы)

Изобретение относится к области высокоточных методов измерения расхода (объема или количества жидкости или газа, протекающего в единицу времени по каналу транспортировки) прокачиваемых через трубопроводы жидкостей или газов

Изобретение относится к устройству для измерения скорости потока текучей среды с использованием ультразвукового луча

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при калибровке абсолютных и относительных лагов
Наверх