Способ определения скорости ультразвука и устройство для его осуществления

)4 С 01 Н 5 0 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ИТЕ РЫТ ПРИ ГКНТ СССРОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИ 4 ЕТЕЛЬСТВУ 5-28 ова ча(088,кое сл. С ин ьпп рос стр оль 8)видетельство СССР 01 Ю 29/04, 1979,ра ковыенями дифракции при известно й скоростях ультразвук т их после прохождения дуемую среду, измеряютыс учетом отношения и изме при- череэ(57) Изобретение относитти акустических измтельной техники и т КОРОСТИДЛЯ ЕГО О е нимаю иссле плитуд определяют 2 с,п. ф-ль их амкоторых я к обл ерени и измериыть испольорость ультра2 ил,ука тение относится к акустимерениям и измерительной может быть использовано зо ческим ни и контроле параметрочастности высокотемп азовых ср турных га я - повьппен и большом и Цель изобретсти измерений ст- ис- дифрная сковолн,Устро рости ул 1 тактов тв определенсодержит звук ератор ательмпульсов, последо(21) 43143 (22) 08,10 (46) 30.08 (71) Кауна ститут им. (72) Р,-И,Ю и А.В.Тамул (53) 534,2 (56) Автор В 697911,анственном разрешении эа счет ользования зависимости степен акции от скорости ультразвукаНа фиг. 1 изображена структ хема устройства для измерения рости ультразвука; на фиг, 2 висимость скорости ультразву тношения амплитуд дифрагированны о при контроле параметров сред, тности высокотемпературных гапотоков. Цель изобретения ение точности определения скоультразвука при большом проственном разрешении эа счет исования зависимости степени диафи от скорости ультразвука. В дуемую среду излучают ультразвуволны с большой и малой степено электроакустически соединенныегенератор 2 зондирующих импульсов,излучатель 3, приемник 4 и усилитель 5, первый и второй ключи 6 и 7,триггер 8, делитель 9 частоты, последовательно соединенные измеритель10 отношения и блок 11 регистрациии первую и вторую цепи 12 и 13, каждая из которых состоит иэ пиковогодетектора 14 (15), дополнительногоизмерителя 16 (17) отношения и блока8 (19) памяти, выход генератора 1тактовых импульсов соединен со входами генератора 2 зондирующих импульсов, триггера 8 и делителя 9 частоты, первый выход триггера 8 связансо вторым входом генератора 2 зондирующих импульсов и с первым входомпервого ключа 6, второй выход триггера 8 связан с первым входом второ 3 1504520 го ключа 7, вторые входы первого и второго ключей 6 и 7 соединены с выходом усилителя 5, выходы первого и второго ключей 6 и 7 подключены со 5 ответственно со входами пиковых детекторов 14 и 15, выход делителя 9 частоты связан со вторыми входами блоков 18 и 19 памяти, выходы которых соединены со входами измерителя 10 10 отношения, а вторые входы дополнительных измерителей 16 и 17 отношения первой и второй цепей 12 и 13 предназначены для подключения к источникам опорных напряжений. 15Сущность способа определения скорости ультразвука заключается в следующем.Предварительно определяется зависимость степени дифракции от скорос ти ультразвука для исследуемой среды. В исследуемую среду излучают ультразвуковые волны с большой (И / Л 41) и малой (О/Л 5) отношениями дифракции при известной и измеряемой скоростях ультразвука, где 0 - эффективный диаметр преобразователя, с помощью которого излучают ультразвуковые волны, Д - длина излучаемой ультразвуковой волны, принимают эти волны после прохождения через исследуемую среду, измеряют их амплитуды и определяют скорость ультразвуковой волны в исследуемой среде при помощи предварительно определенной эависи мости с учетом отношения А/Ао/ААО, где А, и А, - амплитуды волн с большой и малой степенями дифракции при известной скорости ультразвука, А и А- соответствующие амплитуды для , . 40 излученной волны с неизвестной скоростью.В устройстве для жмерения скорости ультразвука применен вариант варьирования степени дифракции волны 45 путем изменения частоты излучаемой волны.Соотношение А/А /А /А тождественно отношению Р/Р, где Р, - давления идеальной плоской волны, учитывающему дифракционное затухание ультразвуковой волны, Скорость с ультразвуковой волны может быть представлена в видеС 7. В(А/Ао/А /Аа ) ,Ьогде и - степень полинома;В - коэффициент полинома,Устройство работает следующим образом,Генератор. 1 тактовых импульсоввырабатывает тактовые импульсы с периодом повторения Т, Эти импульсыпоступают на счетный вход триггера8, первый вход генератора 2 зондирующих импульсов и вход делителя 9частоты, коэффициент деления которого 1:3 выбран из расчета трехтактной работы измерителя 10 отношения,во время первых двух тактов формируются сигналы соответствующих цепей12 и 13, поступающие во время третьего такта на входы измерителя 10отношения. Генератор 2 зондирующихимпульсов может быть выполнен в виде управляемого генератора радиоимпульсов, частота заполнения которого управляется триггером 8. С выхода генератора 2 зондирующих импульсов радиоимпульсы длительностьюЙа Т подаются на ультразвуковойизлучатель 3, который излучает ультразвуковой импульс в исследуемуюсреду. Частоты Р Р излучения выбираются такими, что при частоте Р,излучается ультразвуковая волна сбольшой степенью дифракции (П/Л1),а при Р- волна с малой степеньюдифракции (О/Л - 5). Ультразвуковойприемник 7 принимает ультразвуковойимпульс, преобразует в электрический; который усиливается усилителем5 и поступает на входы ключей 6 и 7.Радиоимпульс в зависимости от состояния триггера 8 проходит черезключ 6 или 7 и попадает соответственно либо на первую цепь 12, либона вторую цепь 13, т.е, на вход соответствующего пикового детектора 14или 15, С выхода пикового детектора14 (15) напряжение, соответствующее максимальной амплитуде принятого сигнала, поступает на первый входдополнительного измерителя отношения,на второй вход которого подаются взависимости от канала опорные напряжения А либо А (А по цепи 12, Апо цепи 13), значения которых получают с использованием этого же устройства при измерении в газовой среде при известной скорости ультразвука, и значения эти фиксируют. Напряжение с выхода измерителя 16 (17),соответствующее отношению А/А, (илиА /А,), поступает в блок памяти 1820 40 45 50 5 15045 ходом в то рого так тово го импульса с выхода генератора 1 тактовых импульсов на входы делителя 9 частоты и триггера 8 последний изменяет свое состояние, излучатель 3 излучает5 ультразвуковой импульс с другой частотой заполнения и сигнал, прошедший среду, принятый приемником 4, усиленный усилителем 5, через соответ ствующий ключ (6 или 7) поступает в соответствующую цепь (12 или 13) и записывается в соответствующем блоке памяти. Третий тактовый импульс генератора 1 тактовых импульсов возвра щает триггер 8 в первоначальное состояние и в исследуемую среду излучается ультразвуковой импульс с первоначальной частотой заполнения, Одновременно тот же третий тактовый 20Фимпульс с генератора 1 импульсов поступает на делитель 9 частоты, на выходе делителя 9 частоты появляется импульс, который поступает на вторые входы блоков 18 и 19 памяти, что при водит к прохождению соответствующих напряжений на их выходы, а также к подготовке блоков 18 и 19 памяти к принятию новой информации. Напряжения с выходов блоков 18 и 19 поступают на 30 основной измеритель 1 О отношения, Напряжение на выходе измерителя 10 отношения соответствует отношению А/Ао/А /А, и поступает на блок 11 регистрации. 35 Формула из обре тения 1, Способ определения скорости ультразвука в средах, основанный на излучении и приеме ультразвука, измерении параметров принятого ультразвука и определении с их учетом скорости ультразвука, о т л и ч а ющ и й с я темчто, с целью повьппения точности измерений, при помощи акустического преобразователя излучают ультразвуковые волны с разными степенями дифракции Р/ Л в среду с известной скоростью ультразвука и в исследуемую среду и принимают их,измеряют амплитуды принятых волн,а скоррсть ультразвука определяют сучетом отношения А:Ао:А:А, по известной зависимости, где А А, иА, А - амплитуды, измеренные дляП/Л1 и Р/Л5 соответственно, 0 -эффективный диаметр акустическогопреобразователя, Л - длина излучаемой волны,2. Устройство для определенияскорости ультразвука, содержащеепоследовательно электроакустическиесоединенные генератор зондирующихимпульсов, излучатель, приемник иусилитель, генератор тактовых импульсов, первый и второй ключи,блок регистрации, делитель частотыи триггер, первый выход которого соединен со вторым входом генераторазондирующих импульсов и с первым входом первого ключа, второй выход триггера соединен с первым входом второго ключа, выход генератора тактовых импульсов соединен с входами генератора зондирующих импульсов итриггера, вторые входы первого и второго ключей подключены к выходу усилителя, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повьппения точностиизмерений, оно снабжено основным измерителем отношения и первой и второй цепями, каждая из которых состоит иэ последовательно соединенныхпикового детектора, дополнительногоизмерителя отношения и блока памяти,входы которых подключены к выходампервого и второго ключей соответственно, выходы первой и второй цепейсоединены с первым и вторым входамиосновного измерителя отношения, вторые входы блоков памяти соединеныс выходом делителя частоты, выход основного измерителя отношения подключен к блоку регистрации, а вторыевходы дополнительных измерителейотношения первой и второй цепей предназначены для подключения к источникам опорного напряжения,,ею ФаЛСоставитель Д.111 ирочинТехред Л.Кравчук Корректор В,Гири Дол кт ельский комбинат "Патент", г. Ужг ул. Гагарина, 10 Производственн Заказ 5242/42 Тираж 511 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5