Датчик скорости звука

 

(и) 5582ОУ

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.10.74 (21) 2069421/10 с присоединением заявки ¹

Совета Министров СССР ао делам изобретений и открытий (53) УДК 534.22:532..574 (088.8) Опубликовано 15.05.77. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 20.06.77 (72) Авторы изобретения

Г. Н. Серавин и Ю. Ф. Тарасюк (71) Заявитель (54) ДАТЧИК СКОРОСТИ ЗВУКА

Изобретение относится к области акустических измерений и может быть использовано для одновременного измерения скорости звука и скорости потока в жидких и газообразных средах.

Известные датчики скорости звука (1, 2), работающие по импульсно-циклической схеме, не позволяют измерять скорость среды, обтекающую акустическую систему.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является датчик скорости звука (3), содержащий акустический отражатель, установленный на фиксированном расстоянии от него акустический преобразователь, последовательно соединенные усилитель и генератор импульсов, выход которого подключен к входу усилителя и к акустическому преобразователю.

Этим датчиком также нельзя измерять скорость среды, обтекающую акустическую систему.

Для обеспечения одновременного измерения скорости звука в среде и скорости потока среды вдоль акустической оси датчика в предлагаемом датчике акустический отражатель выполнен в виде акустического преобразователя, подключенного к одному из входов измерителя временных инвервалов, другой вход которого соединен с выходом усилителя.

На фиг. 1 изображена блок-схема описываГосударственный комитет (23) Приоритет емого датчика; на фиг. 2 — эпюры напряжений, поясняющие его работу.

Датчик скорости звука содержит акустическую систему, состоящую пз акустического преобразователя 1 и установленного на фиксированном расстоянии от него акустического преобразователя — отражателя 2, прпсмнопередающую схему 3, состоящую из последовательно соединенных усилителя 4 и импульс10 ного генератора 5, выход которого соединен с входом усилителя 4 и с акустическим преобразователем 1. К приемно-передающей схеме подключены частотомер 6 и один пз входов измерителя временны.; интервалов 7, второй

15 вход которого соединен с акустическим преобразователемм — отражателем 2.

Устройство работает следующим образом.

Видеоимпульс, сформированный импульсным генератором 5, ударно возбуждает аку20 стический преобразователь 1, раоотающпй в режиме излучения. Акустический преобразователь 2 работает в режимах приема и отражения, поэтому акустический импульс после отражения возвращается к акустическому пре25 образователю 1, который преобразует его в электрический импульс. Этот импульс через усилитель 4 поступает на вход импульсного генератора 5 и запускает его. Впдеопмпульс на выходе импульсного генератора 5 вновь

30 возбуждает акустический преобразователь 1 и цикл работы датчика повторяется, образуя

558207 последовательность импульсов с частотой следования, пропорциональной скорости звука в среде.

Выходной сигнал v приемно-передающей схемы представляет собой последовательность импульсов (см. фиг. 2) с периодом следования и

Т=z,+ò,; 1 2

Ф с-+- v с — о где d — расстояние между преобразователем и преобразователем — отражателем; с — скорость звука в исследуемой жидкости;

v — составляющая вектора скорости водного потока водль направления распространения акустического сигнала между преобразователями; т — интервал между импульсом приемнопередающей схемы (излучаемым) и последующим импульсом с выхода акустического преобразователя — отражателя; т — интервал между импульсом с выхода акустического преобразователя — отражателя и последующим импульсом, формируемым приемно-излучающей схемой.

Сигнал vq с выхода акустического преобразователя — отражателя представляет собой последовательность импульсов, имеющую такой же период следования Т=т +т, но с запаздыванием IIQ времени относительно сигнала v на величину ть

При v=0 это запаздывание равно т

1 с 2 (см. ф иг. 2, а), и р и оО =- —

Т

Если вектор потока совпадает с направлением распространения акустического сигнала между преобразователями, то

Т d Т c

1 "я— а -. (—

c+v 2 с — v 2 (см. фиг. 2, б). В противном случае

Т d Т с,: — (—, ат > —, с — о 2 с — v 2

Разность временных задержек можно определить из выражения

21о 1

7 с - о

1—

C а сумму по формуле

2d 1

+"С О

1— с2

Учитывая, что

10 получим

c(-. — -.,)

v: (1 и c=2dF, где F — частота следования импульсов, F=

1 т

Таким образом, измеряя ть т и Т=т +тг

20 или F= — —, можно одновременно определять т скорость звука С в движущейся среде и составляющую скорости потока v, обтекающего акустическую систему датчика вдоль траектории распространения акустического сигнала.

Формула изобретения

30 Датчик скорости звука в жидкой и газообразной средах, содержащий акустический отражатель, установленный на фиксированном расстоянии от него акустический преобразователь, последовательно соединенные усили35 тель и генератор импульсов, выход которого подключен к входу усилителя и к акустическому преобразователю, отличающийся тем, что, с целью обеспечения одновременного измерения составляющей скорости потока сре40 ды вдоль акустической оси датчика, акустический отражатель выполнен в виде акустического преобразователя, подключенного к одному из входов измерителя временных интервалов, другой вход которого соединен с выхо45 дом усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США М 3392574, кл. 73 — 53, опубл. 1968.

50 2. Патент Великобритании М 1151699, кл.

1-1 40, опубл. 1969.

3. Патент Великобритании № 1084056, кл.

Н 4D, опубл. 1969, (прототип).

Редактор И. Шейкин

Составитель В. Антипов

Техред А. Камышникова

Корректор Н. Аук

Заказ 1!60/8 Изд. № 430 Тираж 1106 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретсннй и открытий

113035, Москва, Ж-35, Ра шская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2