Способ измерения параметрического коэффициента скорости распространения акустических колебаний и устройство для его осуществления

ОЮЗ СОВЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН А 1 091 82 М 29/О ЗОБРЕТ СА ЕЛЬСТ УСЕ АВТОРС 5ут механизнститут пр Руба ной журнал тельство СССР М 29/00, 197 ПАРАМЕТРИЧЕ И РАСПРЕДЕ НИЙ И УСТР НИЯ К ляют искорос готвие о ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ(73) Белорусский инстисельского хозяйства икладной физики АН БССР(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯГО КОЭФФИЦИЕНТА СКОРОСНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕ(57) Изобретение относится к обла акустических измерений. Целью изо ретения является повьппение чувств тельности и точности измерений бл даря использованию при измерениях более чувствительного параметра в ления амплитуды модуляци скорости распространения акустически колебаний в режиме стоячих волн, Аку стические колебания излучают в иссле дуемую всреду преобразователем 2 и принимают преобразователем 3 прошедшие ее колебания на частоте, обеспечивающей образование в среде стоячих волн благодаря обратной связи фазового детектора 9 с генератором 6. Воздействуют на среду внешним полем, изменяющимся по гармоническому закону с определенной частотой, и измеряют девиацию принимаемых колебаний измерителем 11, выход которого связан с выходом приемного преобразователя 3, С помощью девиации частоты определяют амплитуду модуляции скорости распространения акустических колебаний, а по последней с учетом амплитуды флуктуаций параметра внешнего поля, изменяющего скорость, опредеараметрический коэффициент ти распространения акустических колебаний, 2 си 1 з.п. ф-лы,Изобретение относится к области акустических измерений и может быть использовано при исследовании и контроле физико-механических свойств различных сред. 5Пель изобретения - повышение чувствительности и точности за счет определения амплитуды модуляции распространения акустических колебаний при работе в режиме стоячих волн.На чертеже представлена блок-схема устройства для измерения параметрического коэффициента скорости распространения акустических колебанийСпособ измерения параметрического15 коэффициента скорости распространения акустических колебаний заключается в следующем.В исследуемую среду излучают колебания и принимают колебания, про-, шедшие в ней фиксированное расстояние 1 . Частоту ш,излучаемых колебаний выбирают из условия возбуждения в среде стоячих волн. Затем воздействуют на среду внешним полем по гармоническому закону с частотой Й из менения параметра Е поля, выбираемой из выражения ТЧо(1 + 4 п) й = ----21.ЗО Чо йо)Ч1 4 о где- скорость распространенияакустических колебаний в55исследуемой среде при Е = Е- измеренная девиация частоты;линятых колебаний; где Ч, - скорость распространенияакустических колебаний в.исследуемой среде в отсутствие флуктуаций внешнегополя, т,е. при Е = Е,;и - целое число;- расстояние в исследуемойсреде, пройденное акустическими колебаниями между точками излучения и приема,Под воздействием изменяющегося внешнего поля наблюдается девиация лш частоты принятых колебаний кото 4 с рую измеряют с помощью измерителя девиациичастоты. По измеренной девиации дв частоты принятых колебаний определяют амплитуду ьЧ модуляции скорости распространения акустических колебаний иэ выражения- коэффициент стоячей волны;ю, - частота излучаемых колебаний.После определения амплитуды дЧ модуляции скорости распространения акустических колебаний определяют параметрический коэффициент ЙЧ/ЙЕ скорости распространения акустических колебаний по параметру Е иэ выражения где дЧ - амплитуда модуляции скоростираспространения акустических колебаний;ДЕ - амплитуда флуктуаций пара -метра Е внешнего поля.Устройство для измерения параметрического коэффициента скорости распространения акустических колебанийсодержит измерительную камеру 1 сизлучающим 2 и приемным 3 электроакустическими преобразователями, частотомер 4, фазовращатель 5 и генератор6, выход которого соединен с входамиизлучающего преобразователя 2, частотомера 4 и фазовращателя 5, Устройство также содержит последовательносоединенные мультивибратор 7 и блок8 коммутации, выход которого соединенс вторым входом фазовращателя 5, ипоследовательно соединенные фазовыйдетектор 9 и операционный усилитель10, выход которого соединен с управляющим входом генератора 6. Первыйвход фазового детектора 9 соединенс выходом фазовращателя 5, а второйвход - с выходом преобразователя 3Кроме того, устройство содержит измеритель 11 девиации частоты, входкоторого соединен с выходом приемного преобразователя 3, Преобразователи2 и 3 установлены в камере 1 на фиксированном расстоянии 1. друг от другатаким образом, что их акустическиеоси совпадают,Способ измерения параметрическогокоэффициента скорости распространения акустических колебаний осуществляется в ходе работы устройстваследуЮщим образом.Измерительную камеру 1 заполняютисследуемой средой, Генератором 6возбуждают излучающий преобразователь 2, Акустические колебания, преодолев расстояние 1, в исследуемойсреде, поступают на приемный преобразователь 3 и преобразуются им в1357829- + АЧ созйе,35 Е = Е + дЕ созйС,+К1 с =1 - К где Е ЧовоДЧ =до ТЧО(1 + 4 п)2 ЕЭ 50 ражения электрические сигналы. С выхода пре - образователя 3 сигналы поступают на второй вход фазового детектора 9, при этом на его первый вход поступают электрические сигналы с выхода генератора 6 через фазовращатель 5, соединенный вторым входом через блок 8 коммутации с мультивибратором 7. Напряжение с выхода фазового детектора 9 через операционный усилитель 10 10 управляет частотой генератора 6,Путем настройки фазовращателя 5 добиваются максимальных показаний из - мерителя 11 девиации, При этом за счет сигнала обратной отрицательной связи с выхода фазового детектора 9 частота диапазонного генератора 6 поддерживается равной у что соответствует максимальному значению крутизны частотно-фазовой характеристики измерительной камеры 1. После настройки фазовращателя 5 блок 8 коммутации обеспечивает непоступление сигналов с выхода фазового детектора 9 на управ 25 ляющий вход диапазонного генератора 6, В измерительной камере 1 происходит. излучение и прием акустических колебаний в режиме стоячих волн. Воэ" действуют на исследуемую среду изменяющимся внешним полем с некоторым параметром Е, влияющим на скорость распространения акустических колебаний в исследуемой среде. Внешнее поле описывается функцией средний уровень параметра Е,о вокруг которого совершаются гармонические флуктуации; амплитуда флуктуаций параметра Е;частота флуктуаций параметра Е;время. Частота й флуктуаций параметра Евыбирается из условия где Ч - скорость распространения акустических колебаний в исследуемой среде при АЕ = О;и - целое число;55расстояние между излучающим 2 и приемным 3 преобразователями. Так как скорость Ч распространени 1акустических колебаний в исследуемойсреде зависит от величины параметраЕ, значение скорости Ч изменяется вовремени также по закону где дЧ - амплитуда модуляции скоростираспространения акустическихколебаний в исследуемой среде.Благодаря нестационарному эффекту Доплера напряжение на выходе прием- наго преобразователя 3 модулировано по частоте по гармоническому закону с девиацией ычастоты, равной2(1 + К) ы дЧ-2 Н5 2 Э где г , г- модули коэффициентов отражения акустических колебаний,от излучающего 2 и приемного 3 преобразователей;коэффициент поглощенияакустических колебаний в среде,Поскольку для слабопоглощающих Жидких и газообразных сред в большинстве случаев выполняется условие К х " 1, а также с учетом того, что коэффициент 1 стоячей волны равен гпо девиации частоты дю, измеренной измерителем 11, амплитуду ЛЧ модуляции скорости распространения акустических колебаний в исследуемой среде определяют из выражения При этом скорость Ч распространеония акустических колебаний в невозмущенной среде, т.е. при Е = Е,определяют по показаниям частотомера ч. По амплитуде дЧ модуляции скорости распространения акустических колебаний определяют в конечном счете параметрический коэффициент йЧ/дЕ скорости распространения акустических колебаний в зависимости от параметра Е внешнего воздействующего поля из вы1357829 2,Способпоп. 1, отличаю щ и й с я тем, что амплитуду 67 модуляции скорости распространения акустических колебаний определяют из выражения о "/1 Я= 77, (1 + 4 п)/21.,Составитель В. ГондаревскийТехред М. ХоданичКорректор И, Муска Редактор П, Гереши Заказ 599/43 Тираж 77 б ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Предлагаемый способ и устройство для его осуществления обеспечивают повышение чувствительности измерений параметрического коэффициента скорости распространения акустических колебаний, а следовательно, и точность измерений на границе чувствительности способа и устройства, работающих в режиме бегущей волны, в 21 с/ л раз,Формула изобретения 15 1. Способ измерения параметрического коэффициента скорости распреде- ления акустических колебаний, заключающийся в том, что излучают в 20 исследуемую среду акустические колебания, принимают колебания, прошедшие фиксированное расстояние в. среде, воздействуют на среду изменяющимся внешним полем, измеряют девиацию частоты принимаемых колебаний и с помощью измеренного параметра определяют параметрический коэффициент скорости распространения акустических колебаний, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности, измеряют деви-, ацию частоты в режиме стоячих волн, определяют по девиации этой частоты амплитуду модуляции скорости распро странения акустических колебаний, частоту Я изменения внешнего поля выбирают из выражения где 1) - скорость распространенияакустических колебаний в исследуемой среде в отсутствие флуктуаций внешнего поля;- расстояние в исследуемойсреде, пройденное акустическими колебаниями между точками излучения и приема;и - целое число,а параметрический коэффициент определяют по отношению амплитуды модуляции скорости распространения аку"стических колебаний к амплитуде флуктуаций параметра внешнего поля,где Вы- девиация частоты принятыхколебаний- коэффициент стоячей волны;ы - частота излучаемых колебаний. 3. Устройство для измерения параметрического коэффициента скорости распределения акустических колебаний, содержащее измерительную камеру с излучающим и приемным электроаку- .Гстическими преобразователями, частотомер, фаэовращатель, генератор,выход которого соединен с входами излучающего преобрзователя, частотомера и фаэовращателя, фазовый детектор, входы которого соединены с выходами приемного преобразователя и фазовращателя, операционный усилитель, вход которого соединен с выходом фазового детектора, а выход - с управляющим входом генератора, мультивибратор и измеритель девиации частоты, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с це лью повышения чувствительности и точности, оно снабжено блоком коммутации, расположенным между выходом мультивибратора и вторым входом фазовращателя, а вход измерителя девиации частоты соединен с выходом приемного преобразователя.