Устройство для определения частотной зависимости затухания акустических колебаний

 

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для оценки свойств материалов по неравномерности их амплитудно-частотной характеристики при зондировании их акустическими колебаниями. Цель изобретения - повышение точности измерения путем измерения относительных частотных отклонений коэффициента передачи тракта независимо от абсолютных уровней напряжений фиксированной и переменной частот, коэффициентов преобразования элементов электрических преобразовательных трактов и уровня акустических помех. Среда зондируется акустическими пакетами фиксированной и переменной частот. Приемный сигнал усиливают, детектируют и подают на регистратор, где наблюдается также и зондирующая переменная частота. Цепи автоматического регулирования уровня пакетов и преобразований в каналах с первого 7 и второго 22 акустических преобразователей устраняют нестабильность зондирующих сигналов и уменьшают влияние акустических помех. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 5 С 01 H 1/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1016692, (21) 4450885/25-28 (22) 29.06.88 (46) 23.03.90..Бюл. У 11 (71) Киевский технологический институт легкой промьппленности (72) Ю.А.Скрипник, В;Г.Здоренко, Л.А.Глазков и 3.В.Куции (53) 620.172.16 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 1016692, кл. G 01 И 1/06, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ЗАТУХАНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ (57) Изобретение относится к акусти-ческим измерениям и может быть использовано для оценки свойств материалов по неравномерности их ампли-. тудно-частотной характеристики при зондировании их акустическими колебаниями. Цель изобретения — повьппение

„.SU„1552013 А 2

2 точности измерения путем измерения относительных частотных отклонений коэффициента передачи тракта независимо от абсолютн.мх уровней напряжений фиксированной и переменной .частот, коэффициентов преобразования элементов электрических преобразовательных трактов и уровня акустических помех. Среда зондируется акустическими пакетами фиксированной и переменной частот. Приемный сигнал усиливают, детектируют и подают на регистратор, где наблюдается также и зондирующая переменная частота.

Цепи автоматического регулирования уровня пакетов и преобразований в каналах с первого 7 и второго 22 акустических преобразователей устраняют нестабильность зондируюпщх сигналов и уменьшают влияние акустичес ким помех. 1 ил.

1552013!

Составитель Л.Кондрыкинская

Техред М.Дидык Корректор M.Максимишинец

Редактор А.Шандор

Заказ 322 Тираж 416 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР !

13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101 с помощью фильтра 12 нижних частот с большой постоянной времени снизить влияние акустических помех в исследуемом тракте 6, а регистрацию частотной зависимости затухания акустических колебаний осуществлять по возбуждающим электрическим колебаниям, в которых отсутствуют акустические помехи.

1О

Формула из обретения

Устройство для определения частот1 ной зависимости затухания акустических колебаний по авт.св. Р 1016692, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено регулируемым аттенюатором, включенным между выходом второго приемного акустического преобразователя и входом усилителя, дифференциальным усилителем, подключенными к его входам выходами источником опорного напряжения и первым фильтром нижних частот, вход которого связан с входом второго усилителя частоты переключений, и вторым фильтром нижних частот, включенным между выходом первого синхронного детектора и управляющим входом регулируемого усилителя напряжения, а выход дифференциального усилителя подключен к управляющему входу регулируемого аттенюатора.

1552013

Изобретение относится к акустическим ивмерениям, может быть использовано для регистрации частотных характеристик акустических трактов и оценки геометрических и физико-механичес5 ких свойств материалов и сред по неравномерности их амплитудно-частотных характеристик при зондировании их акустическими колебаниями и является усовершенствованием изобретения по авт.св. М - 1016692.

Целью изобреТения является повышение точности измерения частотных отклонений коэффициента передачи акус( тического тракта путем измерения относительных частотных отклонений коэффициента передачи тракта независи-! мо от абсолютных напряжений фиксированной и переменной частот, коэффи- 20 циентов преобразования звеньев элек( трических преобразовательных трактов и уровня акустических помех.

На чертеже представлена структурная схема устройства для определения .25 частотной зависимости затухания акус1 тических колебаний.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 фиксированной частоты, регулируемый усилитель 2 напряжения, автоматический ( переключатель 3, к второму входу ко( торого подключен генератор 4 перемещенной частоты, акустический виброизлучатель 5, исследуемый акустический тракт 6, акустический преобразователь

7, усилитель 8, выполненный широкополосным, амплитудный детектор 9, усилитель 10 частоты переключений и синхронный детектор 11, выход кото- 0 рого через фильтр 12 нижних частот соединен с управляющим входом регулируемого усилителя 2 напряжения.

Устройство содержит регулируемый аттенюатор 13, усилитель 14, ампли- 45 тудный детектор 15, усилитель 16 частоты переключений, синхронный детектор 17, выход которого соединен с первым входом регистратора 18, второй вход которого соединен с генератором

4 переменной частоты. Выход амплитудного детектора 15 через фильтр 19 нижних частот соединен с первым входом Дифференциального усилителя 20, второй вход которого соединен с источ55 ником 21 опорного напряжения, а выход — с управляющим входом регулируемого аттенюатора 13. Управляющие входы синхронных детекторов 11 и 17, а также автоматического переключателя

3 соединены с выходом делителя 22 частоты, вход которого соединен с вы( ходом генератора 1 фиксированной частоты. Второй акустический преобразователь 23 подключен к входу регулируемого аттенюатора 13.

Устройство работает следующим образом.

Выходное напряжение генератора 1 фиксированной частоты U =U /1 +

+ g,/ cos /43„t +lg ) уменьшается регулируемым усилителем 2 напряжения до ( уровня выходного напряжения генератора 4 пере> енной частоты П =Б /1 +

+(

Я поочередно преобразуются в акустические колебания излучателя 5, проходящие через исследуемый акустический тракт 6. Пакеты акустических колебаний фиксированной а =A cos (О,t+

+ g ) =K„U,(1+ <) ° соя(Я,(t i,)+g, j u переменной а =Azcos (03t+Q) =K

> (1+ ) соя (Я (t-4 )+<4 j частот проходят акустический тракт 6. Коэффициент учитывает относительные частотные изменения коэффициента преобразования К электрических колебаний в акустический сигнал а парал

1 метр ь, — временную задержку в процессе преобразования электрических колебаний в акустические. С помощью приемного акустического преобразователя 7 акустические колебания преобразуются в электрические

Ц3 К1(1+(>)$ KgUm< соя((a (",)+ Чоg, 013 откуда

30 (3) 45

1552

U4=K 7 (0(1+ fz) (1+,)К,(1+

+ f+)Пю соз(Я (t i — z)+pg (2) где — коэффициент передачи акустического тракта 6;

К вЂ” коэффициент обратного преобразования акустических колебаний в электрические

E — - относительные частотные отклонения коэффициента передачи акустического тракта 6;

14- коэффициент, учитывающий относительные частотные изменения коэффициента акусто- 15 электрического преобразования р л с< временная задержка акустоэлектрического преобразования.

Пакеты электрических напряжений

U> и U4, поочередно усиливаются широкополосным усилителем 8 и детектируются амплитудным детектором 9.

При неравенстве пакетов напряжений на выходе детектора 9 образуется переменная составляющая напряжения частоты переключений Я с амплитудой

v, -к, — — — — = к.к,к,n((s+

04 Бз

+ g,) (1+It,) (1+ У,) (1.Р (1+0) U„,—

-(\ + g, ) v )+v I; t. ), где К вЂ” коэффициент усиления уси- 35 лителя 8 на опорной частоте Яо

/ — коэффициент, учитывающий неравномерность амплитудно-частотной характеристи- 40 ки (ЛЧХ) усилителя 8;

U(c) — случайное напряжение, учитывающее акустические помехи в зондируемом тракте

Переменное напряжение U усили5 вается усилителем 10 частоты переключений и выпрямляется синхронным детектором 11. Фильтром 12 с большой 50 постоянной времени подавляются помехи U(t), выпрямленное напряжение поступает на управляющий вход регулируемого усилителя напряжения. В результате автоматического регули- 55 рования коэффициента /, уравниваются амплитуды пакетов напряжений опорной

° и фиксированной частот на выходе амплитудного детектора 9. При этом переменная составляющая стремится к нулю и устанавливается равенство (1)- (+!4 (+73) «

+ g ) (1+ ) (1+ E ), (4) =(1+ ) (1+ (1 3) (1+3 Ф) (+35) (+ =) — — -- — 1

Umz (5) Umf

Возбуждающие последующий тракт

6 акустические колебания а и а и преобразуются также в электрические колебания, пропорциональные излучае-, мым акустическим колебаниям, и сни1 маются со второго электрода преобразователя 5, на выходе которого имеем к,=к,(1+,)к,и,costs+,(t-r„- )+

+ ip,); (6) U =К, (1+ ) (1+ )К (1+

+ g<) ц соя(Я (t t, — с ) (Д. (7) Пакеты электрических напряжениг

U< и U ослабляются аттенюатором 13 и усиливаются широкополосными усилителем 14. Начальное ослабление регулируемого аттенюатора 13 выбирается:примерно равным ослаблению акустических колебаний в тракте 6 на опорной частоте 63 . Благодаря этому коэфФициент усиления широкополосного усилителя 14 выбирается примерно равным коэффициенту усиления усилителя 8 и блоки электрических трактов 14-17 и 8-11 выполняются идентичными. Полагая частотные искажения в усилителях 8 и 14 одинаковыми, пакеты напряжений, детектируемые амплитудным детектором 15, имеют вид

П -К (1+,)К К К П, соя (Я (4 ", ) qo.j (8) П -К К, К Кэ(1+ ) (1+(y) (1+ +) (1+

6 ezñîçjQ (t- < — <<) +Ц>) (9) где К = — коэффициент передачи аттенюатора i3, Постоянная составляющая продетектированного напряжения выделяется фильтром 19 нижних частот

1552013

U +Uà 1

U — "-— -- - — — - К К К (1+

<О 2 2 о < з1 Ъ) ("Ь) (" У ) (У ) U

+<<+у,><> ). <>о> к,к,к, («+ у,><>+у,>< + Г1><" Ь>"., < "В>U„,) =" < ">

Напряжения U и U источника 21 опорного напряжения сравниваются с помощью дифференциального усилителя

20, а разностное напряжение U<

Ки(П -П.д ) используется для регулировки коэффициента передачи аттенюа2Uo = к,к„p(1 у,) (1+,) (1+,) (1+11,) v„+(1+3у,) v, ! . Ю» (1- 5,) (1+ 5 ) (1+1.) .—

-(1+ It, ) U,) (13) 20

Vw-Па 1

П = — - — -"- - — — К К„К (1+ ,к„,Г

Г(1+юг)(1+ )(1+ а)(1+Й (1+юг) (1+1,) (1+ УФ) (1

Е

U = — — U о (16) Переменная составляющая напряжения частоты Q на выходе амплитудного

1 детектора 16

Благодаря автоматическому регулированию коэффициента передачи дели-, теля 2 и установившемуся значению ко- 30 эфициента >, получают (1+ E )-1 E

U — — — — — — U = — — U . (15)

<1 (1+ Е )+1 О 2+6 о

В полосе пропускания акУстического 35 тракта 6 относительные частотные изменения акустического коэффициента передачи невелики (Е(с 1). С учетом этого выражение (15) можно представить в виде 40

Переменная составляющая выражения

П«усиливается усилителем 15 часто- 45 ты Q переключений и выпрямляется синхронным детекторам 17. Выпрямленное напряжение поступает на один вход регистратора 18, на другой вход которого подается выходное напряжение генератора 4 переменной частоты. В результате этого регистрируются относительные частотные отклонения б коэффициента передачи акустического тракта в функции частоты Я зондирующих колебаний.

По зарегистрированным относительным частотным отклонениям коэффициента передачи акустического тракта тора 13. В результате автоматического регулирования коэффициента передачи аттенюатора 13 сравниваемые напряжения на входах дифференциального усилителя 20 уравниваются. В результате этого устанавливается равенство

При этом коэффициент передачи аттенюатора 13 становится равным

С учетом установившегося значения коэффициента передачи аттенюатора

13 имеют

Ю.-(1-У ) v

+II,) v.,+(1+II, ) v, 1 ( оценивают частотную зависимость затухания акустических колебаний.

Из выражения (16) следует, что на результат измерения не влияет непостоянство выходного напряжения генератора перестраиваемой частоты (2Iz), частотные изменения электроакустического (2I>) и акустоэлектрического преобразований ($<) и неравномерность частотиой характеристики широкополосного. Усилителя (II )а !

По сравнению с прототипом исключено влияние непостоянства уровней пакетов детектируемых напряжений

U,è П, а также нестабильности коэффициентов усиления широкополосных усилителей и чувствительности амплитудных детекторов и их частотных искажений на результат измерения.

Это достигается благодаря введению в схему устройства дополнительного контура автоматического регулирования (блоки 13, 19, 20, 21).

При этом исключено влияние нестабильности коэффициента передачи введенного аттенюатора 13 (коэффициент К ) и нестабильности коэффициента передачи дифференциального усилителя 20 (коэффициент К ). Подключение регулируемого усилителя 2 напряжения через соответствующие электрические блоки (7-11) позволяет