Устройство для измерения параметров распространения ультразвука в жидких средах

СОКИ СОВЕТСКИХ АЛИСТИЧЕСКИ СПУЬЛИН 1)зСО", Н 5 ЕН ЬСТ де за Иф 10нститутеваВ.Зосим.8)етельство СС Н 5/00, 1974 ельство СССР Н 29/02, 197 ИЗМЕРЕНИЯ ПА НИЯ УЛЬТРАЗВУ носится к тев распрострах средах, наимпульсного никеенияриГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ П 4 НТ СССР ПИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ(54) УСТРОЙСТВО ДЛМЕТРОВ РАСПРОСТРАНВ ЖИДКИХ СРЕДАХ(57) Изобретение оизмерений параметрультразвука в жидкмер, к устройствам,80.171991 ления скорости распространения итухания ультразвука в средах. Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей путем измерения затухания колебаний. Устройство снабжено координатной системой 9, выполненной в виде Фермы, на одном из концов которой установлен перемещающийся в направлении, перпендикулярном плоскости фермы, держатель 11 приемного преобразователя 5 с звукопроводящим стержнем 4, жестко закрепленным одним из своих концов на егорабочей грани, а на другом конце Фермы установлен держатель 10 излучающего ненаправленного преобразователя 2, также перемещающийся в направлении, перпендикулярном плоскости фермы. 2 ил.Изобретение относится к технике измерений параметров распространения ультразвука в жидких:средах, например к устройствам импульсного опреде 5 ления скорости распространения и затухания ультразвука в средах.Известно устррфство определения скорости распространения и затухания ультразвука в средах, содержащее последовательно соединенные между собой генератор ультразвуковых импульсов и излучающий преобразователь, акустически связанные с ними через исследуемую среду последовательно соединенные приемный преобразователь, блоки обработки и регистратор сигнала,Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения скорости ультразвука в жидких средах, 20 содержащее соединенные последовательно генератор ультразвуковых импульсов и излучающий преобразователь, соединенные последовательно приемный преобразователь, блоки обработки и 25 регистратор, Выход излучателя через блок синхронизации связан с вторым входом регистратора, а приемный преобразователь установлен с возможно" стью перемещения относительно излуча теля.Однако устройство имеет невысокую точность измерений, связанную с неравномерностью и искажением волнового Фронта сигнала, которую можно повысить путем уменьшения времени измерения за счет повышения их кратности и последующего статистического анализа, но это приводит к существенным аппаратурным усложнениям. Кроме того, 40 устройство требует наличия образцовых средств измерений и образцовых сред, что сужает Функциональные возможности измерений,Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей путем измерения затухания колебаний.Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения параметров распространения ультразвука в жидких средах, содержащее соединенные последовательно приемный преобразователь, блоки обработки, регистратор и блок синхронизации, соединяющий выход генератора ультразвуковых импульсов с вторым входом регистратора, а приемный преобразователь установлен с возможностью перемещения относительно излучателя, снабжено координатной системой, кинематически связывающей приемный и излучающий преобразователи, выполненной в виде Фермы, на одном из концов которой установлен с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости фермы держатель приемного преобразователя, а на другом конце с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости фермы и вдоль нее установлен держатель излучающего преобразо; вателя с звукопроводящим стержнем жестко закрепленным одним из своих торцов на рабочей грани приемного преобразователя, а излучающий преобразователь выполнен ненаправленным.На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - зависимости амплитуды сигнала переднего фронта импульса от угла падения звукового луча на стержень приемника.Устройство (фиг. 1) содержит генератор 1 ультразвуковых импульсов и излучающий преобразователь 2, приемный преобразователь 5 с возможностью перемещения относительно излучающего преобразователя 2, блок 6 обработки, регистратор 7, блок 8 синхронизации Устройство снабжено координатной системой 9, кинематически связывающей приемный и излучающий преобразователи 5 и 2, выполненной в виде фермы, на одном из концов которой установлен с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости Фермы держатель 11 приемного преобразователя 5, а на другом конце фермы 9 с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости фермы и вдоль нее,установлен держатель 10 излучающего преобразователя 2 с звукопроводящим стержнемжестко закрепленным одним из сво= их торцов на рабочей грани приемного преобразователя 5, а излучающий преобразователь 2 выполнен ненаправленным.Устройство работает следующим образом.Генератор 1 импульсов Формирует электрический сигнал, поступающий на излучающий преобразователь 2, который возбуждает упругие волны в исследуемой жидкости 3. Волна, распространяясь в жидкости, достигает звуко- проводящего стержня 4 и по нему пере517199дается к приемному преобразователюПоследний формирует электрическийсигнал, пропорциональный параметрамупругого импульса, который далее по 5ступает на вход Ьлока обработки сигнала (усилитель с регулируемыми фильтрами верхних и нижних частот) и за"тем на регистратор 7, который фиксирует амплитудно-частотные характе-. 10ристики искомого сигнала и время задержки, определяемые с помощью блока8 синхронизации и соответствующеговремени пробега ультразвукового импульса от излучающего преобразователя 52 до приемного преобразователя 5,пГФиксировакных координатах обоих,Измерение скорости распространенияи затухания ультразвука в исследуемой жидкости, а также в звукопроводящем стержне, находящемся в жидкостии атмосфере, производят в следующейпоследовательности, Вначале производятколлинеарное по отношению к оси держателя 11 и полупогруженного в )идкость стержня 4 приемного преобразователя 5 погружение излучающего преобразователя 2 от поверхности жидкости3 в направлении, перпендикулярном плоскости фермы 9, до момента регистрации З 0максимального значения амплитуды импульса, фиксируемой регистратором7 (см, фиг. 2), и определяют соотношение скоростей звука в жидкости ив стержне, находящемся в атмосфере,35по формуле А макс1 п ---(4) В заключительной операции после перемещения излучателя 2 от стержня 4 в направлении вдоль плоскости фермы 9 на расстояниег с/с) -1) с 5) определяют коэффициент затухания ультразвука в жидкости из выражения 50 1 п Ау/А з г+г(б) 40 где С, и Са - скорости распространения звука в жидкости 3 истержне 4 находящемся в .атмосфере;г - расстояние между осями держателей 10 и 11 излучающегои приемного преобразователей2 и 5 соответственно;Ь - глубина погружения излучателя 2. Далее с учетом отношения (1) и известного времени задержки определяют скорости звука в жидкости 3 и материале стержня 4, находящегося в атмос" фере С из уравненияаЛ 1 ж 1 ст. 1)к - длина луча от излучателя2 до точки пересечениястержня 4 с границей раздела жидкость - атмосфера;1., - длина стержня.Затем производят дальнейшее погру" жение излучателя 2 на глубину, равную половине длины стержня 4 в направлении, перпендикулярном плоскости фер- мы 9 и вычисляют скорость звука вУстержне, находящемся в жидкости С ., из выраженияЖЛ 1 Ж 1 ст 1 стС: - +- - -+ - (3)С 2 Сс 2 С ж)с ст стгде ь А, - время задержки в момент репгистрации сигнала после вторичного погружения излучателя 2 на половину длиныстержняДалее определяют коэффициент затухания м, в стержне 4, находящемся в жидкости 3 из выражения где 1 п - натуральный логарифм отношения;Й- амплитуда сигнала, измеренная в момент падения лучана нижний конец стержня 4.В следующей операции производят уже погружение стержня 4 на полную глубину и определяют коэффициент б( поглощения в стержне, находящемустся в атмосфере, из выражения где А - амплитуда сигнала, измеренная при падении звукового луча на середину полностью погруженного стержня 4.1719919 формула изобретения Составитель С,КрючковаТехред 31,Сердюкова Редактор С,Лиси орректор А,Обр Заказ 765 . . Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 нно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гага Производст где Аэ - амплитуда сигнала, измеренная на расстоянии излучателя 2 от стержня 4, равномг+Дг. 5 Устройство для измерения парамет" ров распространения ультразвука в 10 жидких средах, содержащее соединенные последовательно генератор ультразвуковых импульсов и излучающий преобразователь, соединенные последовательно приемный преобразователь, 15 блоки обработки, регистратор и блок синхронизации, соединяющий выход генератора ультразвуковых импульсов с вторым входом регистратора, а приемный преобразователь установлен с 20 возможностью перемещения относительно излучателя, о т л и ц а ю щ е е -с я тем, что, с целью повышенияточности и расширения функциональных возможностей путем измерениязатухания колебаний, оно снабжено кинематицески связывающей приемный .иизлучающий преобразователи координатной системой, выполненной в видефермы, на одном из концов которойустановлен с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярномплоскости формы, держатель приемного преобразователя, а на другом свозможностью перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости фермы и вдоль нее, установлен держательизлучающего преобразователя с звукопроводящим стержнем, жестко закрепленным одним из своих торцов на рабочей грани приемного преобразователя, а излучающий преобразовательвыполнен ненаправленным,