Ультразвуковой способ определения акустических параметров жидких и газообразных сред

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Соцналнстическнх Республик(51)М. Кл. с присоединением заявки М 9 С 01 В 29/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения И. А, Чернобай и В. И, Грищенко Научно-исследовательский институт прикладныхфизических проблем Белорусского государственногоуниверситета им. В. И. Ленина( 5 4 ) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКИХ И ГАЗООБРАЗНЫХ СРЕД 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. ОИзвестен способ определения акустических параметров жидких и газообразных сред заключающийся в том, что на определенной акустической базе измеряют уровень принятого сигна с ла, изменяют акустическую базу на длине ультразвуковой волны, о чем судят по нулевым значениям амплитуды сигнала при перемещении пьезоприемника на расстояние, равное длине волны Я 0 измеряют уровейь принятого сигнала и приращение акустической базы и по разности измеренных уровней сигналов и приращению акустической базы определяют величину коэффициента затуха ния ультразвуковых волн в исследуемой среде, а по приращению акустического пути для данной частоты определяют абсолютную величину скорасти распространения (1. 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 автоциркулящпо непрерывных сигналов, измеряют частоту автоциркуляции и уровень согласованного сигнала автоциркуляции и определяют соответственно по первойскорость распространения ультразвуковых колебаний, а по второму - коэффициент затухания 12. Недостатком способа является наличие систематических погрешностей, связанных как с неопределенностью коэффициента передачи, так и с нео" пределенностью фазовых сдвигов сигнала в преобразователях и электронной схеме, Эти погрешности ограни%И. вают 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 определяютт по средс т вом амплитудно го детектора 9 и источника 11 эталонных напряжений.Однако, для определения абсолютной величины скорости ультразвука точно неизвестны относительное увеличение д ( со ) акустической базы и номер и - ой резонансной частоты само- возбуждения, а для определения абсолютной величины затухания ультразвука возникает неопределенность коэффициентов передачи пьезопреобразователей 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 второму выходу корректирующих цепей б, 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 частоты автоциркуляции иа исходное значение осуществляют Мстотомером 8, Счетчик 13 импульсов подключенный к выходу частотного детектора 12, позволяет определить, на сколько длин воли измениласЬ длина акустической= - 4+ б(иЯ 6 ОСогласованный сигнал автоциркуляции создают путем точногофазового согласования прямой ультразвуковой волны с реверберационной, что достигается :посредством корректирующих цепей 65 цел изобретения - повышениеточности определения абсолютных величин скорости распространения и коэФфициента затухания ультразвуковыхволн,Укаэанная цель достигается тем,что увеличивают акустическую базу5измерения на длину, краткую длинеультразвуковой волны, об увеличениисудят по установлению частоты автоцнркуляции, равной исходной, измеряютприращение акустической базы и соответствующий ему уровень согласованногосигнала автоциркуляции и по разностипервоначального и вновь полученногозначений уровней сигналов автоциркуляции и приращению акустической базы 15определяют абсолютную величину коэффициента затухания ультразвука, а ноприращению акустической базы дляданной частоты автоциркуляции определяют абсолютную величину скорости 20распространения ультразвука.На чертеже приведена блок-схемаустройства, реализующего способ.Устройство содержит замкнутуюэлектроакустическую систему, состоящую из излучающего преобразователя1, измерительно-акустической камеры2, приемного преобразователя 3, аттенюатора 4, широкополосного усилителя5, корректирующих цепей б, избирательного Фильтра 7, к которому подсоединен частотомер 8. Ко второму выходуусилителя 5, через амплитудный детектор 9 подключен амплитудный дискриминатор 10, второй вход которого подсоединен к источнику 11 эталонныхнапряжений, а ко второму выходу корректирующих цепей б через частотныйдетектор 12 подсоединен счетчик 13иМпульсов. Измерительио-акустическаякамера 2 содержит отсчетное устройст Ово 14 перестройки акустической базы,За счет самовозбуждения по цепиположительной обратной связи в замкнутой электроакустической системе1 -2-3-4-5-6-7 устанавливается автоциркуляция синусоидальных непрерывныхсигналов на резонансной частоте, входящей в полосу пропускания избирательного Фильтра 7, Длина Ультразвуковойволны ) на и - ой, резонансной частотеавтоциркуляции равна где Д - длина акустической базы; 55б(иф- относительное увеличение. акустической базы за счетпреобразователей и электронной схемы,б. Условие этого согласования выражается через баланс фаэ=2 Хо =27 ст 2 Х(р-ю) (2) гдеХЦЩ- суммарные сдвиги Фаз в акусХ%(м) тической среде и, соответственно, в электронной схеме;щ - количество целых длин волн,укладывающихся в акустической среде.Выполнение условия (2) обеспечивает в диапазоне частот (ы т ьм ) согласованный сигнал автоциркуляции, что с учетом (1 ) даст постоянства длины ультразвуковой ВЬлны Ъ -соь 1 в акустически контролируемой среде, При указанном согласовании прямой ультравуковой волны с реверберационной скорость ультразвука становится связанной с его частотой зависимостью с-ю 1/Як,поэтому частота Ф автоциркуляции равна2 Л,с 23 С ос(5) АпкЛ Ь+ к ЦКИИПИ ЭТираж 1019 базы, абсолютное изменение длины которой определяют посредством отсчетного устройства 14.Абсолютную величину скорости распространения ультразвука определяют путем измерения длины ультразвуковой волны для равных между собой исходного и конечного значения частот автоциркуляции на и-ой резонансной частоте и (и+к)-ой резонансной частоте, Изменение акустического пути выдерживают строго равным дР- к Ъ путем сведения к нулю разницы между и-ой и (и+к)-ой резонансными частотами. Абсолютная величина скорости ультразвука рав- на Абсолютная же величина коэффицинта затухания ультразвука определяется по соотношению где А - уровень сигнала на и-ойрезонансной частоте;А- уровень сигнала на (и+к) -ойи+крезонансной частоте послеизменения акустической ба зы на величину Следовательно, основные расчетные соотношения, согласно которым реа лизуется предложенный способ не содержат приближенно определяемых величин, а содержат точно учитываемые и измеряемые величины. Это позволяет, в свою очередь, точно определять абсолютные величины скоросилиал ППП Патент, Ужгород,ул.Проектная,4 ти распространения коэффициента затухания ультразвука в среде. Формула изобретения Ультразвуковой способ определенияакустических параметров жидких и газообразных сред, заключающийся в том,что на определенной акустическойбазе измерения в замкнутой электроакустической системе осуществляют автоциркуляцию непрерывных сигналов,измеряют частоту автоциркуляции и уровень согласованного сигнала автоциркуляции, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности определения абсолютных величинскорости распространения и коэффициента затухания ультразвуковых волн,увеличивают акустическую базу измерения на длину, кратную длине ультразвуковой волны, об увеличении судят по установлению частоты автоциркуляции, равной исходной, измеряютприращение акустической базы и соответствуюший ему уровень согласованного сигнала автоциркуляции и поразности первоначального и вновьполученного значений уровней сигналов автоциркуляции и приращению акустической базы определяют абсолютную величину коэффициента затухания ультразвука, а по приращениюакустической базы для данной частоты автоциркуляции определяют абсолютную величину скорости распределения ультразвука.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 478242, кл. 6 01 И 29/00, 1975.2. Авторское свидетельство СССРР 437008, кл. 6 01 И 29/00, 1972