Акустический блок ультразвукового измерительного устройства

 

Изобретение относится к измерительной технике. Предложен акустический блок ультразвукового измерительного устройства, содержащий звуковод, выполненный в виде трубы, внутри которого на его верхнем конце установлен электроакустический преобразователь. При этом электроакустический преобразователь закреплен в держателе, выполненном из звукопоглощающего материала в виде усеченного конуса, обращенного сечением в сторону нижнего конца звуковода. Кроме того, электроакустический преобразователь расположен в плоскости сечения конуса. Держатель выполнен таким образом, чтобы отраженные ультразвуковые импульсы, направление распространения которых лежит в пределах, ограниченных протяженностью электроакустического преобразователя, попадали на электроакустический преобразователь, а остальные ультразвуковые импульсы, попадая на боковые поверхности держателя, отражались от них вверх для исключения их попадания на электроакустический преобразователь. В результате уменьшается влияние помех на точность измерений ультразвукового измерительного устройства. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к технике измерения уровня жидких, сыпучих веществ или измерения расхода вещества, его скорости и других параметров, если в основе этих измерений лежит принцип измерения уровня.

Известен акустический блок ультразвукового измерительного устройства (авторское свидетельство СССР 1623386), предназначенного для измерения уровня жидких сред, в котором акустический блок выполнен в виде электроакустического преобразователя. Преобразователь соединен с блоком обработки и вывода информации. При проведении измерений зондирующие ультразвуковые импульсы имеют направление, перпендикулярное направлению границы раздела двух сред. После отражения от нее ультразвуковой импульс возвращается на преобразователь, преобразуется в электрический приемный импульс и обрабатывается в блоке обработки и отображения информации. По временному промежутку между моментами излучения зондирующего импульса и приема отраженного от границы раздела излученного импульса, а также по величине скорости ультразвука в воздухе определяют расстояние от преобразователя до границы раздела двух сред или уровень вещества, например в резервуаре. Но на результаты измерения сказывается наличие воздушных потоков. Еще одной составляющей, влияющей на достоверность измерений, является очень широкая диаграмма направленности акустического блока, которая приводит к тому, что на результаты измерений влияют импульсы, отраженные от боковых стенок резервуара или от других объектов, попадающих в зону ультразвукового луча.

Этого недостатка лишен известный акустический блок ультразвукового измерительного устройства, который является наиболее близким к предлагаемому по конструкции (свидетельство РФ 17616). Он содержит звуковод, выполненный в виде трубы, внутри которого на его конце установлен электроакустический преобразователь. Звуковод формирует требуемую диаграмму направленности и уменьшает воздушные потоки. Но наличие звуковода в виде трубы приводит к искажению результатов измерения, из-за переотражения ультразвуковых импульсов от его внутренних стенок и в результате снижается точность измерения Задачей, решаемой изобретением, является разработка акустического блока, обеспечивающего уменьшение влияния помех на точность измерений ультразвукового измерительного устройства.

Для решения поставленной задачи предлагаемый акустический блок ультразвукового измерительного устройства содержит также, как и известный, звуковод, выполненный в виде трубы, внутри которого на его конце установлен электроакустический преобразователь. Но в отличие от известного электроакустический преобразователь закреплен в держателе, выполненном в виде усеченного конуса, обращенного сечением в сторону второго конца звуковода, причем электроакустический преобразователь расположен в плоскости сечения конуса.

Совокупность признаков, изложенная в пункте 2 формулы изобретения, характеризует акустический блок ультразвукового измерительного устройства, в котором свободный конец звуковода выполнен скошенным.

Совокупность признаков, изложенная в пункте 3 формулы изобретения, характеризует акустический блок ультразвукового измерительного устройства, в котором линия, образующая свободный конец звуковода, в том числе и скошенный, имеет форму кривой с чередующимися выступами и впадинами.

Выполнение свободного конца звуковода скошенным или с чередующимися выступами и впадинами уменьшает переотражение ультразвуковых волн от свободного конца звуковода.

Совокупность признаков, изложенная в пункте 4 формулы изобретения, характеризует акустический блок ультразвукового измерительного устройства, в котором внутри звуковода на его свободном конце установлено реперное кольцо, выполненное из звукоотражающего материала. Реперное кольцо обеспечивает частичное отражение ультразвуковых импульсов и дает возможность определять скорость ультразвука в окружающей среде.

Совокупность признаков, изложенная в пункте 5 формулы изобретения, характеризует акустический блок ультразвукового измерительного устройства, в котором внутренняя поверхность звуковода покрыта звукопоглощающим покрытием. Звукопоглощающее покрытие уменьшает переотражение ультразвуковых волн от боковых стенок звуковода.

Совокупность признаков, изложенная в пункте 6 формулы изобретения, характеризует акустический блок ультразвукового измерительного устройства, в котором внешняя поверхность держателя покрыта звукопоглощающим покрытием. При таком выполнении держателя гасятся ультразвуковые колебания, которые попадают на его стенки.

Совокупность признаков, изложенная в пункте 7 формулы изобретения, характеризует акустический блок ультразвукового измерительного устройства, в котором в качестве звукопоглощающего покрытия использован синтепон.

Изобретение поясняется чертежами, где показаны: фиг. 1 - схема ультразвукового измерительного устройства, в которой свободный конец звуковода снабжен реперной поверхностью; фиг. 2 - схема ультразвукового измерительного устройства с реперной поверхностью и со звукопоглощающим покрытием; фиг.3 и 4 - варианты выполнения свободного конца звуковода.

Акустический блок ультразвукового измерительного устройства (фиг.1) состоит из электроакустического преобразователя 1, установленного на конце звуковода 2, выполненного в виде трубы. Диаметр трубы выбирается из условия получения требуемой диаграммы направленности. Электроакустический преобразователь закреплен в держателе 3, выполненном в виде усеченного конуса, обращенного сечением в сторону второго конца звуковода, причем электроакустический преобразователь расположен в плоскости сечения конуса. На фиг.1 показан вариант выполнения второго конца звуковода, снабженного реперным кольцом 4, выполненным из звукоотражающего покрытия. Стенки звуковода 2 могут быть покрыты звукопоглощающим покрытием 5, и таким образом устраняется переотражение ультразвуковых колебаний от боковых стенок звуковода. Внешняя боковая сторона держателя 3 может быть покрыта звукопоглощающим покрытием 6. Для устранения явления переотражения ультразвуковых колебаний от свободного конца он выполняется либо скошенным (фиг.3), либо в виде чередующихся выступов и впадин, например зубчатым (фиг.4).

Отраженные ультразвуковые импульсы, направление распространения которых лежит в пределах, ограниченных протяженностью электоакустического преобразователя, попадают на преобразователь и дают точную информацию о расстоянии до границы раздела двух сред. Остальные импульсы попадают на боковые поверхности усеченного конуса и отражаются от них вверх. Эти импульсы уже не могут попасть на преобразователь за счет переотражения от стенок звуковода, как это могло бы произойти при отсутствии держателя в виде усеченного конуса. В случае покрытия стенок звуковода звукопоглощающим покрытием, например синтепоном, количество помех дополнительно уменьшается. Этой же цели служит звукопоглощающее покрытие наружных стенок держателя.

Ультразвуковые колебания от преобразователя 1 по звуководу 2 попадают на поверхность, уровень которой нужно измерить. Отразившись от границы раздела двух сред ультразвуковые колебания опять через звуковод 2 попадают на электроакустический преобразователь 1.

Расстояние до измеряемой поверхности определяется по формуле: D=ТС/2, где Т - время между излученным и принятым, отраженным от границы раздела, импульсами; С - скорость ультразвука в воздухе. Можно использовать ее табличное значение, но в нем учитываются не все параметры, например, не учитывается влажность окружающей среды. Поэтому дополнительно, в процессе проведения измерений, измеряют скорость ультразвука. Для этого используют реперное кольцо 4, выполненное из звукоотражающего материала. Реперное кольцо устанавливают на фиксированном, известном расстоянии от преобразователя. Ультразвуковой импульс, частично отразившись от звукоотражающего реперного кольца 4, поступает на электроакустический преобразователь. По известному расстоянию между реперным кольцом и преобразователем, измеренным временем между зондирующим и принятым импульсами определяют скорость С ультразвука по формуле C=2R/t, где R - расстояние между реперным кольцом и преобразователем; t - время между зондирующим и принятым импульсами.

Использование держателя в виде конической поверхности в этом случае дает дополнительный эффект, уменьшая помехи не только при измерении времени. Но и при измерении скорости ультразвука.

Описание конструкции и работы устройства показывают, что акустический блок обеспечивает уменьшение влияния помех на точность измерений ультразвукового измерительного устройства.

Формула изобретения

1. Акустический блок ультразвукового измерительного устройства, содержащий звуковод, выполненный в виде трубы, внутри которого на его верхнем конце установлен электроакустический преобразователь, отличающийся тем, что электроакустический преобразователь закреплен в держателе, выполненном из звукопоглощающего материала в виде усеченного конуса, обращенного сечением в сторону нижнего конца звуковода, причем электроакустический преобразователь расположен в плоскости сечения конуса, при этом держатель выполнен таким образом, чтобы отраженные ультразвуковые импульсы, направление распространения которых лежит в пределах, ограниченных протяженностью электроакустического преобразователя, попадали на электроакустический преобразователь, а остальные ультразвуковые импульсы, попадая на боковые поверхности держателя, отражались от них вверх для исключения их попадания на электроакустический преобразователь.

2. Акустический блок ультразвукового измерительного устройства по п.1, отличающийся тем, что свободный конец звуковода выполнен скошенным.

3. Акустический блок ультразвукового измерительного устройства по п.1 или 2, отличающийся тем, что линия, образующая свободный конец звуковода, имеет форму кривой с чередующимися выступами и впадинами.

4. Акустический блок ультразвукового измерительного устройства по п.1, отличающийся тем, что внутри звуковода на его нижнем свободном конце установлено на известном расстоянии реперное кольцо, выполненное из звукоотражающего материала, служащее для возможности дополнительного определения скорости ультразвука по времени между зондирующим и принятым импульсами.

5. Акустический блок ультразвукового измерительного устройства по п.1 или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что внутренняя поверхность звуковода покрыта звукопоглощающим покрытием.

6. Акустический блок ультразвукового измерительного устройства по п.1 или 2, или 3, или 4, или 5, отличающийся тем, что внешняя поверхность держателя покрыта звукопоглощающим покрытием.

7. Акустический блок ультразвукового измерительного устройства по п.5 или 6, отличающийся тем, что в качестве звукопоглощающего покрытия использован синтепон.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4