Способ определения приращения скорости распространения акустических волн

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследований и контроля качества вещества . Цель изобретения - повышение точности измерений за счет подбора амплитуды излучаемых волн. Цель достигается за счет того, что соотношение амплитуд |oi и Јо2 колебаний , излучаемых первым и вторым электромагнито-акустическими преобразователями (ЭАП),выбирают из определенного условия, приведенного в тексте описания, величину Av приращения определяют по формуле, также приведенной в тексте описания.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (0

С)

С) C)

> (21) 4760791/28 (22) 17.10.89 (46) 15.10,92. Бюл. № 38 (71) Белорусский институт механизации сельского хозяйства (72) А.С. Руба нов и О.П. П риходько (56) Авторское свидетельство СССР № 587389, кл. G 01 N 29/00, 1976.

Авторское свидетельство СССР

N 1121499, кл. G 01 Н 5/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1647280, кл, G 01 H 5/00, 1990. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИРАЩЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ

АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследований и контроля акустических параметров вещества.

Известны технические решения, основанные на прямых фазовых измерениях приращения скорости распространения акустических волн.

Недостатками известных технических решений являются недостаточно высокие чувствительность и точность определения приращения скорости распространения акустических волн из-за формирования зон- . дирующего сигнала, проходящего через исследуемую среду, только одним из двух преобразователей, образующих акустическую базу измерительной системы.

Наиболее близким по техническому решению является способ измерения приращения скорости распространения. Й,, 1769OOQ А1 (si)s 6 01 Н 5/00, 6 01 N 29/00 (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследований и контроля качества вещества. Цель изобретения - повышение точности измерений эа счет подбора амплитуды излучаемых волн. Цель достигается за счет того. что соотношение амплитуд о1 и о2 колебаний, излучаемых первым и вторым электромагнито-акустическими преобразователями (ЗАП),выбирают иэ определенного условия, приведенного в тексте описания, величину

Av приращения определяют по формуле, также приведенной в тексте описания, акустических волн с формированием зондирующего сигнала двумя электроакустическими преобразователями.

Недостатком известного технического решения является недостаточно высокая чувствительность и точность измерения скорости распространения акустических волн из-за неоптимального выбора соотношения амплитуд акустических гармонических колебаний, излучаемых первым и вторьил электроа кустичес кими и реобразователями, формирующими зондирующий сигнал, Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измеоений.

Способ измерения приращения скорости распространения акустических волн реализуется следующим образом.

B исследуемую среду с помощью первого и второго электроакустических пре !769000 е

f(! + aa) +aR 1CC — 2

x (еее)сер(а ) !2) (б) где k =10 v из этого выражения

Ьр= — x

1 +Ra!!е! Ra

Ле=.— — —,— - Х

Ra ее I

X (1 + Rp ) e)(p (aL) (8) Образователей, расположенных на оасстоянии друг о.(друга,синфазно излуча от акустические волны, удовлетворя)ощие условиям

2 (()1

62 2 пп г2 " (->2 0> 1)

Ig где n =--- 2 + 1, р - 0, 1, 2... го — частота излучаемых акус . ических 10 волн;

v — начальная скорость их распространения в исследуемой среде; г2 модуль комплексного коэффици ента отражения акустических волн от 15 второго злектроакустического преобразователя; д), b — соответственно фазы комплексных козффициентов отражения акустиа;1 ческих волн от перво — î и второго 0 эл ектроа кустических и реобразова reлeй.

Выбира)от величину отношения амплитуд гармонических колебаний P();,излучаемых первым электроакустическим преобразователем,и ьо2 излучаемых вторым злектроакустическим преобразователем>по формуле

2 1 )>!

- - (! — >! ) Е,„- (! — Ra ) + 2 сер — f (1 " Ре ) +" « i Ra е (" Р"- У к3 где Ro = г1ехр(-га L)

;i, — коэффициент поглоы!ения среды;

Принимают прошедшие через исследуемую среду акустические вол nal вторым злектроакустическим преобразователем, измеряют величину Лр измерения разности фаз между сигналами на входе первого и выходе второго преобразователей и определяют величину ЛЧ приращения скорости распространения акустическлх волн по формуле

45 есх 2,ее1 д1,, 1 (— ) ex!a(— 2 aL ) — «(1+а )ссе- — axp(— aL;++(1 -, R,)z ГО д 1, (2j

;Ж е» вЂ”,! еер(— 2aL) — — е*р(— а! jccz — — - . ае +R ! l >z 1 (ca ., д1 (1 -R 1\2 (,-,--амплитуда волны, излучаемой первым преобразователем, может быть представлена следующим выражением

",1 (t ) =- фц ехр (i (а с + р)", ) ) (4) г 1e (()< и ()1 соответственно амплитуда и начальная фаза излучаемых колебаний, t — текущее время.

В результате многократных отражений излучаемой волны, а также отражений излучаемой вторым преобразователем волны той же фазы и частоты с амплитудой > подобранной согласно формулы (2), при выполнении условия (1) между преобразователями образуется стоячая акустическая волна, амплитуда которой в плоскости второго преобразователя описывается выражением

@ =((4g()1 exp(— 2аL)+44о1(or X

Х exp (— aL) X(соз (kL,) +

+й,cos(Ы вЂ” д;)j+ о (1+

+2 Во со$ (2И вЂ” д1) + К, j) X

X (1 + Rp — 2 Rp cos (2kL — д;)) )", (5) а фаза

1g ((f()2 Q7Y фо) ) =(g()q (sin (kL)+

+ Rp sin (И вЂ” д1 ) j ехр (— аL) + ! 02 Rp sin (211 — д1)) х (о) f с0$ (1(1 )— — Ко соз (Ы вЂ” д, ) ) ехр (— uL) + (—,) ЕXC(— 2а! ) — — 4 — ЕеР(— аL)COZ — „ -(— . — " .« -=+RÄ (! сер(— ае ) — -» — (1 +е ) сре — еер (— aL) + — (: . R, а

2 2е A откуда следует расчетная формула (3).

При д1 = О выражения (2) и (3) будут соответственно иметь вид

СС 22Р (! R a)

Ь

X ьо2 (1 +Яоg+4Rо

17б9000

v 1=R

Ло =— х

1 -Rî ее 1 — exp(aL) — (1+R

5 и =2р+1; ((! + 6, )Е + 4 Ro ) COS—

ä!

2 х (! + Ro)exp(aL) Bt =Ro х (- — > exp (,«еl

1«R„) J — — — er,, . aL) Ro

2 1+Rî

exp(— 2aL) о 1 — Ro

Ьо = — — — — Х ! oRo

2 г() 1 — д) — дг =2;т и

50 д) — — 0; А =0: г -— 1

Х (1+RE,)exPaL, 1е. (6) (" ) ! ееР(— 2аL) — — — екр(— aL) 1R» .„R

1 eR

Отличительными признаками является то, что осуществляют подбор оптимального соотношения (2) амплитуд акустических гармонических колебаний, излучаемых первым и вторым электроакустическими преобразователями, а определение приращения скорости распространения акустических волн производят по формуле (3). Выражение (7) показывает как повышается чувствительность при измерениях в случае выбора соотношения амплитуд излучаемых акустических волн по формуле (2),изменение точности фаз на входе первого и выходе второго преобразователей оказывается в К раз чувствительней К приращению скорости

Лч,где К определяется выражением е — 2 с!. — k — 1- !r )ces 2 exp(— aL; 4 (1 ! выражение (10) при подстановке реальных значений показь) вае г повышение чувствительности в несколько раз, при этом возрастает и точность измерений.

Оормула изобретения

1. Способ определения приращения скорости распространения акустических волн, заключающийся в том, что в исследуемой среде на расстоянии L друг от друга размещают первый и второй электроакустические преобразователи, синфазно излучают первым и вторым электроакустическими преобразователями (ЭАП) в исследуемую среду одна навстречу другой гармонические акустические волны, формируют поле квазистоячих волн между первым и вторым

ЗАП в соответствии с условиями

2()) L — д) — д = 2 л и; гг = 1; д) = 0 !! 0 где в — частота излучаемых акустических волн; ч — начальная скорость акустических

РГ\Л Н д), д2 — фазы комплексных коэффициентов отражения от первого и второго ЭАП соответственно; р = 0,1,2..., принимают вторым ЗАП пришедшие через исследуемую среду акустические волны, измеряют изменения разности

10 фаз акустических волн, излученных первым

ЭАП и принятых вторым ЭАП, и определяют ее с учетом приращения скорости распространения акустических волн, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения

15 точности измерений за счет подбора амплитуды излучаемых волн, соотношение амплитуд f01 и (02 акустических гармонических колебаний, излучаемых первым и вторым

ЗАП, выбирают из условия

20 .2 о1 1

Ro)+, (t Ro) +2cc ((1+Ro) +4Roj(Ro (1 Ro) )

2 6 где йо =- г)ехр(-2а L); а величину Л v приращения скорости распространения акустических волн определяЗ0 ют по формуле () exp(2aL) «(! o Ro?cos2exp(aL)+ — 4(1+R ) х - ео (j exp (— 2 aL ) — — е«р (— a L I cps = t Ro

2 где r> и г — модули коэффициентов отражения акустических волн от первого и второго

ЭАП;

Q — коэффициент поглощения акустических волн.

2. Способ по п.1, о тл и ч а ю щи и с я тем, что формирование поля квазистоячих волн производят в соответствии с условиями

1,о) 2 — (1 — Ro)+4R!s (1+R,) +4R.

1769000 — v 1 — R

Лч = — — Х

ieL 1 +Re

Ьу ф exp (— u ) - ф- + й

15

25

35

45

Составитель А.Рубанов

Техред М,Моргентал Корректор П.Гереши

Редактор Ч.Соколова

Заказ 3640 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5 а величину приращения скорости распространения акустических волн определяют по формуле, (ф) 2