Способ измерения скорости перемещения среды

 

° с

ОП ИСА ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 532819

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.07.75 (21) 2152055/10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.10.76, Бюллетень № 39 (45) Дата опубликования описания 06.04.77 (51) М. Кл.

G 01 P 5/06

Гасударственный комитет

Советв Министров СССР ао делам иэобретеннй и аткрытнй (53) УДК 551.46.086 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. М. Трохан, С. P. Стефанов и Г. С. Трубецкая (71} Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ СРЕДЫ

Изобретение относится к гидро — и аэродинамической измерительной технике и может быть использовано для измерения локальных скоростей водных и воздушных потоков, а также других жидких и газообразных сред.

Известны способы измерения потока, когда скорость диссипации турбулетной энергии и внутренний масштаб турбулентности оцениваются по ширине спектра доллер-сигнала, а скорость среды определяют по доплеровскому сдвигу частоты рассеянной средой излучения (11.

Известен также способ измерения скорости перемещения среды, по которому в среду излучается фокусированная ультразвуковая волна такой интенсивности, чтобы в зоне фокуса образовалась кавитационная область или тепловая метка (за счет поглощения звука средой), рассеянное на этой метке излучение, имеющее сдвиг частоты, поступает через приемник ультразвуковых колебаний в электронную схему, которая выделяет этот сдвиг частоты (2).

Скорость сноса метки определяется по формуле

g.=g. cos, (1) где 1„— частота принятого сигнала;

Ч вЂ” скорость метки; — частота излученных колебаний;

С вЂ” скорость звука в среде на участке излуча тель — метка-приемник; (. — угол мемеду вектором скорости среды и направлением рассеянного излучения.

Однако таким способом невозможно одновременно определить направление вектора скорости среды и величину этого вектора.

1п Uem þ изобретения является одновременное пз мерение величины вектора скорости среды и определение его направления.

Это достигается тем, что определяют форму

)5 спектра доплеровского сигнала, полученного в разных точках пространства для каждого значения скорости, и по максимальной частоте спектра определяют величину скорости среды, а по частоте максимума огибающей этого спектра определяют

20 нвлравление вектора скорости.

На фиг. 1 приведена схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 дан график зависимости доплеровского сигнала от угла А;, на фиг. 3 — форма доплеровского сигнала на экране анализатора.

532819

Выход генератора гармонических колебаний 1 подключен к фокусирующему излучателю ультразвуковых колебаний 2 и ко входу смесителя 3, к которому подключен анализатор спектра 4.

Устройство работает следующим образом. Сферический излучатель 2 создает фокусированную волну в исследуемой среде и вследствие ее нелиней ного взаимодействия со средой в области фокуса образуется тепловая или кавитационная метка. Отраженный от этой метки сигнал поступает на тот же из- 1О лучитель 2, который одновременно выполняет роль приемника ультразвуковых колебаний.

Величина доплеровского сигнала, поступающего на приемник ультразвука, зависит от угла сс. Поэтому доплеровский сигнал на выходе смесителя имеет некоторый спектр при постоянной скорости метки.

На фиг. 2 показана форма спектра доплеровского сигнала на экране анализатора, когда K=0, где определяется по формуле (1) при А = 0; величина доплеровского сигнала, определяы. макс емая по формуле (1) при а =амакс. При изменении величины скорости весь спектр целиком смещается по оси частот. При изменении направления вектора скорости форма спектра меняется.

На фиг. 3 показана форма спектра доплеров ского сигнала, когда oL = )". Максимум смещается к середине огибающей спектр. Смещение максимума спектра происходит из — за того, что индикатриса рассеяния метки не зависит от направления вектора скорости. По величине частотыь k между частотой максимума и максимальной частотой смещения определяют угол у, а по величине амакс — величину вектора скорости.

Формула изобретения

Способ измерения скорости перемещения среды путем излучения в среду фокусированной ультразвуковой волны, приема ультразвукового сигнала, рассеянного от созданных в фокусе неоднородностей среды и определения доплеровского сдвига частоты этого сигнала, отличающийся тем, что, с целью одновременного измерения величины вектора скорости и его направления, в разных точках пространства измеряют форму спектра доплеровского сигнала для каждого значения скорости и по максимальной частоте спектра определяют величину скорости, а по частоте максимума огибающей этого спектра— направление вектора скорости.

Источники информации,. принятые во внимание при экспертизе:

1. Антонов В. И. и др. "Акустический метод измерения флуктуации скорости морских течений", Материалы Всесоюзного симпозиума по автоматизации научных исследований морей и океанов, сборник ФЗ., М., 1970.

2. Патент США -2770795, кл. 340 — 3, март 1937 (прототип) .

532819

А4мркС

+(< макс+ )

4Ьг. 2

Составитель Н. Фомичев

Техред М. Ликович

Корректор Т. Чаброва

Редактор Т. Фадеева

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 5436/209 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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