Устройство для измерения скорости ультразвука в жидких средах

 

(1!) 587зза

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (6l) Дополнительное к авт. свид-ву

2 (22) Заявлено 05.01.76 (21)2310304/25-10 (5I) N. Кл.

{j Ol Ц 29/00 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.01.78. Бюллетень № 1 (45) Дата опубликования описания 10.01.78

Гасударотееккый комитет

Совета Мкккстров СССР оо делам изобретений к открытий (5З) УДK 534.232 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. С. Химунин и П. К. Дрожжин (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ

УЛЪТРАЗВУКА В ЖИДКИХ СРЕДАХ

Изобретение относится к технической акустике и может найти применение при разработке прецизионной измерительной ультразвуковой аппаратуры.

Известны устройства для измерения скорости ультразвука в жидкостях, в том числе при постоянной частоте и переменном расстоянивмежду пьезопрвобразователями, основанные на использовании явления алектрической интерференции прошедшего через иссле- О дуемую среду сигнала с опорным высокочастотным напряжением, возбуждающим излучающий преобразователь (излучагель). Искомая скорость ультразвука определяется атими устройствами по измеренному перемещению 15 приемного пьезопрв образователя (приемника), кратного целому числу длин волн в исследуемой среде, причем кратность длине волны регистрируется преимущественно по миничу» мам суммарного напряжения. Зная длину вол-20

w и рабочую частоту, определяют численную величину скорости(1).

Недостатком этих устройств является наличие в измерительной камере между излу- . чателем и приемником системы стоячих волн,25

2 возникновение которых обусловлено конечной (и неопределенной) величиной коэффициента отражения or преобразователя. Наличие стоячих волн усложняет результирующую кривую реакции (зависимость суммарного напряжения or расстояния между преобразователями), вносит неопределенность в величины интервалов между соседними экстремумами. кривой реакции и тем самым не позволяет вводить в результаты измерения коррекцию на дифракционные аффекты, теоретически рассчитать которую можно лишь для режима бегущих волн. В свою очередь невыбранные дифракционные погрешности существенно снижают точность измерения абсолютной величины скорости ультразвука.

Известно также устройство для измерения скорости ультразвука,. в жидких средах F содержащее генератор непрерывных синусоидальных колебаний, подключенный к излучателю ультразвука, электрически согласованный со средой приемник, соединенный с входом усилителя, и регистратор (2).

Недостатками такого устройства являются ухудшение соотношения сигнал; шум из-за, 587 388 уменьшения амплитуды принятого сигнала в материале поглотителя и соответственно обусловленное этим снижение точности измерения, а также невозможность введения дифракционных поправок для результирующей 5 системы среда-поглотитель вследствие существенного усложнения структуры акустического поля на границе раздела между средой и поглотителем (даже если удельный. акустический импеданс последнего равен та- 10 ковому для среды — из-за условия конечно=ти тангенциальных компонент потенциала на границе), что также снижает точность измерений.

Цель изобретения — повышение точности 5 абсолютных измерений скорости ультразвука.

На,чертеже представлена блок-схема предлагаем ого ус тройства.

Излучающая пьезопластина 1 соединена с выходом генератора 2 высокочастотного 20 напряжения рабочей частоты, измеряемой частотомером 3. Собственная частота излучающей пьезопластины совпадает с собственной частотой подвижной приемной пьезопластины 4. Обе пластины односторонне нагру- 25 жены исследуемой жидкостью. Приемная пьезопластина соединена с индуктивностью

5, образующей с емкостью пьезоэлемента и монтажной емкостью колебательный контур, собственная частота которого совпадает с собственной частотой пьезоэлеменга, Параллельно этому контуру включен резистор 6, сопротивление котОрого равно сопротивлению излучения R . Выход усили35 теля 7 принятого сигнала соединен с одним из выходов сумматора 8, на другой вход которого поступает высокочастотное налряжение

or генератора 2. Выход сумматора соединен с регистрирующей схемой 9..

Устройство работает следующим образом.

При возбуждении излучателя непрерывным синус оидальным напряжением в измерительной камере между излучателем и приемником устанавливается режим бегущей волны

° ° 45 обусловленный нулевым значением коэффициента отражения or приемника. Принятые сигналы усиливаются до уровня напряжения на выходе генератора и вместе с последним формируют на выходе сумматора кривую реакции вида "синус по модулю, количество экстремумов кривой реакции в интервале между минимальным и максимальны расстояниями от излучателя до приемника подсчитывается регистрирующей схемой. Искомая скорость ультразвука определяется при этом измеренными расстояниями, количеством экстремумов, рабочей частотой и расчетной дифракционной поправкой.

Электрическое согласование приемника со средой осуществляется путем компенсации статической емкости пьезопластины соответствующей индуктивностью с одновременным шунтированием образованного колебательного контура резистором, сопротивление которого вместе с эквивалентным сопротивлением контура равно сопротивлению излучения пьезопластины B исследуемую жидкость.

Обеспечение режима бегущей волны позволяет вводить расчетные дифракционные поправки найденные для заданного отношения размеров преобразователей к длине волны при измеренных начальном и конечном расстояниях между пре образователями. Электрическое согласование приемного преобразователя со средой не уменьшае амплитуды высокочастотного напряжения на входе усилителя и соответственно не ухудшает соотношения сигнал: шум, что оказывается решающим фактором для обеспечения высокой точности измерения при условии, что регистрацию экстремумов наиболее целессюбразно осуществлять в минимумах суммарного напря-жения.

Эффективность предлагаемого устройства характеризуется снижением величины абсолютной погрешности измерения скорости ультразвука по крайней мере в 5 — 10 раз за счет уменьшения погрешности измерения абсолютной величины (устранение система-тических погрешностей, обусловленных дифракционными аффектами) и повышения разрешающей способности при увеличении отношения сигнал: шум (уменьшение случайных погрешностей).

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости ультразвука в жидких средах, содержащее генератор непрерывных синусоидальных колебаний, подключенный к излучателю ультразвука, электрически согласованный со средой приемник, соединенный с входом усилителя, и регистратор, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности абсолютных измерений, в устройство введен сумматор, входы которого подключены к генератору и выходу усилителя йриемника, а выход — к регистратору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Химунин А, и др. К вопросу о влиянии формы кривой реакции на точность измерения скорости звука в жидкостях. Сборник трудов 2-й Всесоюзной конференции Вопросы методики ультразвуковой интерфероме трии, Вильнюс, Минтис, 1S67, с. 138-155.

2. Бражников Н. И. Ультразвуковые методы. М:-Л., "Энергия", 1965, с. 107-108..

587388

Составитель В. А Пирог<в

Р д ""р ™урадии екред Н. р Корр рр М. д„,,„, Закае 125/33 Тарах 1111. Пщкисиое

0НИИПИ Государствеиногю комитета Совета Министров СССР ио делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушскаа наб., д. Ф/6

@a) иал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектиаи, 4