Ультразвуковой способ определения акустических параметров жидких и газообразных сред

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцналнстическнх

Республик вя744317 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) выявлено 020976 (21) 2402940/25-28 рцм. кл. с присоединением заявки М9С 01 и 29/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 300680. Бюллетень Н9 24

Дата опубликования описания 300680

М) НЖ 620, 179..16(088.8) (72) Авторы изобретения

И А Чернобай и В И Грищенко

Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем Белорусского государственного университета им. В. И. Ленина (71 ) Эа яв и тел ь (5 4 ) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

АКУСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКИХ

И ГАЗООБРАЗНЫХ С РЕД

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может найти применение для одновременного исследования и контроля по скорости и 5 коэффициенту затухания ультразвука различных физико-химических параметров жидких и газообразных веществ, например концентрации и вязкости.

Известен способ определения акустических параметров жидких и газообразных сред заключающийся в том, что на определенной акустической базе измеряют уровень принятого сигна- )g ла, изменяют акустическую базу на длине ультразвуковой волны, о чем судят по нулевым значениям амплитуды сигнала при перемещении пьезоприемни.ка на расстояние, равное длине волны Я измеряют уровейь принятого сигнала и приращение акустической базы и по разности измеренных уровней сигналов и приращению акустической базы определяют величину коэффициента затуха- 25 ния ультразвуковых волн в исследуемой среде, а по приращению акустического пути для данной частоты определяют абсолютную величину скорости распространения fl). 30

Недостатком способа является невысокая точность измерений за счет реверберационных помех.

Наиболее близким по техниЧеской, сущности к данному является ультразвуковой способ определения акустических параметров жидких и газообразных сред, заключающийся в том, что в замкнутой электроакустической системе осуществляют автоциркуляцию непрерывных сигналов, измеряют частоту автоциркуляции и уровень согласованного сигнала автоциркуляции и определяют соответственно по первой скорость распространения ультразвуковых колебаний, а по второму— коэффициент затухания (2).

Недостатком способа является наличие систематических погрешностей, связанных как с неопределенностью коэффициента передачи, так и с неопределенностью фазовых сдвигов сигнала в преобразователях и электронной схеме. Эти погрешности ограничИвают точность определения абсолютньй величин скорости распространения и коэффициента затухания ультразвуковых волн.

Таким образом, частота сигнала эвтоциркуляции пропорциональна скорости ультразвука и ее величину определяют частотомером 8, а уровень сигнала автоциркуляции, пропорциональный затуханию ультразвука определяют посредством амплитудного детектора 9 и источника 11 эталонных напряжений.

Однако, для определения абсолютной величины скорости ультраэ вука точно неизвестны относительное увеличение д" (u> ) акустической базы и номер n — ой резонансной частоты самовозбуждения, а для определения абсолютной величины затухания ультразвука возникает неопределенность коэффициентов передачи пьеэопреобраэователей и электронной схемы. Поэтому после установления исходного значения частоты автоциркуляции и уровня согласованного сигнала автоциркуляции переходят на новые резонансные частоты автоциркуляции путем плавного изменения акустической базы на длину, кратную длине ультразвуковой волны. Частотный детектор 12, подключенный ко второмy выходу корректирующих цепей 6, фиксирует скачки частоты автоциркуляции на исходное ее значение при каждом изменении длины акустического пути на величину, равную длине ультразвуковой волны в исследуемом веществе.

Точный контроль установления частоть| автоциркуляции иа исходное значение осуществляют частотомером 8, Счетчик 13 импульсов„ подключенный к выходу частотного детектора 12, позволяет определить, на сколько длин воли измениласЬ длина акустической

= — (4-S б (со})

6Î

Согласованный сигнал автоциркуляции создают путем точного фазового согласования прямой ультразвуковой волны с реверберационной, что достигается, посредством корректирующих цепей 65 цель изобретения — повышение точности определения абсолютных величин скорости распространения и коэффициента затухания ультразвуковых волн.

Укаэанная цель достигается тем, что увеличивают акустическую базу

5 измерения на длину, краткую длине ультразвуковой волны, об увеличении судят по установлению частоты автоцнркуляции, равной исходной, измеряют приращение акустической базы и соответствующий ему уровень согласованного сигнала автоциркуляции и по разности первоначального и вновь полученного значений уровней сигналов автоциркуляции и приращению акустической базы 15 определяют абсолютную величину коэффициента затухания ультразвука, а цо приращению акустической базы для данной частоты автоциркуляции определяют абсолютную величину скорости 20 распространения ультразвука.

На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего способ.

Устройство содержит замкнутую электроакустическую систему, состоящую из излучающего преобразователя

1, иэмерительно-акустической камеры

2, приемного преобразователя 3, аттенюатора 4, широкополосного усилителя

5, корректирующих цепей 6, избиратель— ного фильтра 7, к которому подсоединен частотомер 8. Ко второму выходу усилителя 5, через амплитудный детектор 9 подключен амплитудный дискриминатор 10, второй вход которо,о подсоединен к источнику 11 эталонных напряжений, а <о второму выходу корректирующих цепей 6 через частотный детектор 12 подсоединен счетчик 13 иМпульсов. Измерительио-акустическая камера 2 содержит отсчетное устройст- 40 во 14 перестройки акустической базы.

За счет самовозбуждения по цепи положительной обратной связи в замкнутой электроакустической системе

1 -2-3-4-5-6-7 устанавливается авто- 45 циркуляция синусоидальных непрерывных сигналов на резонансной частоте, входящей в полосу пропускания избирательного фильтра 7. Длина ультразвуковой волны A íà h— - ой, резонансной частоте автоциркуляции равна где Я вЂ” длина акустической базы; 55

d (и«)- относительное увеличение . акустической базы за счет преобразователей и электронной схемы.

6. Условие этого согласования выражается через баланс фаз

-Е 4 (л со} = X< ((u+ aM) -«ЪЯ (ua+ ьи }=

= 2 n = гх х (r!- }

1 где ХЦс,(Ш),— суммарные сдвиги Фаз в акус %(м) тической среде и, соответственно, в электронной схеме;

m — количество целых длин волн, укладывающихся в акустической среде.

Выполнение условия (2) обеспечивает в диапазоне частот (со т лало ) согласованный сигнал автоциркуляции, что с учетом (1 ) даст постоянства длины ультраз вука вой ВЬлны 3 - conz t в акустически контролируемой среде. При указанном согласовании прямой ультраГ. вуковой волны с реверберационной скорость ультразвука становится связанной с его частотой зависимостью

c-..ml/Я «с,поэтому частота Ф автоциркуля— ции равна

2 Л, с 2 ЗС А с, (3)

7 ВГЛ+сг(u ä

744317

«Л .к Л .,Е

2М к 231. 2 к 9t (4) (5) An нЛ An+@

ЦНИИПИ Эак

Тираж 1019 базы, абсолютное изменение длины которой определяют посредством отсчетного устройства 14.

Абсолютную величину скорости распространения ультразвука определяют путем измерения длины ультра звуковой волны для равных между собой исходного и конечного значения частот автоциркуляции íà и-ой резонансной частоте и (и+к)-ой резонансной частоте. Изменение акустического пути выдерживают строго равным ьР- к Ъ путем сведения к нулю разницы между и-ой и (и+к)-ой " резонансными частотами. Абсолютная величина скорости ультразвука равна

Абсолютная же величина коэффицинта затухания ультразвука определяется по соотношению где А — уровень сигнала на п-ой резонансной частоте;

A „ — уровень сигнала на (и+к)-ой и+к резонансной частоте после изменения акустической ба- 30 зы на величину

Следовательно, основные расчетные соотношения, согласно которым реа- 35 лизуется предложенный способ не содержат приближенно определяемых величин, а содержат точно учитываемые и измеряемые величины. Это позволяет, в свою очередь, точно определять абсолютные величины скоросФилиал ППП Патент, г. Ужгород,ул.Проектная,4 ти распространения коэффициента затухания ультразвука в среде.

Формула изобретения

Ультразвуковой способ определения акустических параметров жидких и газообразных сред, заключающийся в том, что на определенной акустической базе измерения в замкнутой электроакустической системе осуществляют автоциркуляцию непрерывных сигналов, измеряют частоту автоциркуляции и уровень согласованного сигнала автоциркуляции, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения абсолютных величин скорости распространения и коэффициента затухания ультразвуковых волн, увеличивают акустическую базу измерения на длину, кратную длине ультразвуковой волны, об увеличении судят по установлению частоты автоциркул яции, равной исходной, измеряют приращение акустической базы и соответствуюший ему уровень согласованного сигнала автоциркуляции и по разности первоначального и вновь полученного значений уровней сигналов автоциркуляции и приращению акустической базы определяют абсолютную величину коэффициента затухания ультразвука, а по приращению акустической базы для данной частоты автоциркуляции определяют абсолютную величину скорости распределения ультразвука.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 478242, кл. G 01 N 29/00, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 437008, кл. G 01 N 29/00, 1972 (прототип).