Способ и устройство для измерения скорости распространения звука в твердых телах

Способ и устройство для измерения скорости распространения звука в твердых телах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Класс 47g, 1 № 33710

1

°

АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО НА ИЗОБРЕТЕНИЕ.. г 1

ОПИСАНИЕ. способа и устройства для измерения скоро=ти распространения звука в твердых телах.

К авторскому свидетельству В. 0. Волоцкого, заявленному-17 марта

1932 года (спр. о перв. № 105562).

О выдаче. авторского свнветельства опублиховано 31 декабря 1933.года.

С1 81.М

; Косвенные методы. измерения скорости звука, использующие стоячие волны, неприменимы к сплошным массам твер дых тел любой формы, так как исполь".зовать для измерения стоячие волны

C возможно только в телах весьма огра, ниченного размера и --только в форме струн„ стержней, пластинок и .т. и.

В противоположность косвенным прямые методы, . использующие бегущую волну и определенную .скорость звука с

-; из отношения с= —, где s — путь и время, измеряемые непосредственно, пригодны для всяких .тел любой формы. Но . здесь, при ограниченных размерах твердого тела, скорость звука в котором требуется определить„встречаются большие трудности в Измерении очень ма:лых промежутков времени.

Предлагаемый способ и устройство отличаются тем что для определения скорости звука в .данном теле измеряются расстояния, на которые за одинаковые . аров.ежутки времени распространяются звуковые импульсы в данном теле-,и в: эталонном стержне. Звуковые импуль" сы, вызываемые ударами по испытуемому телу, воспринимаются микрофонами,.

6ереставляя которйе уравнивают- время прохождейия звукового импульса в испытуемом теле и эталонном стержне, ско- рость звука в кОтором Азвестна.

- (279) Уравнение времени происходит при помощ г двух контуров, управляемых указанными микрофонами так, что эти кой- " туры действуют диференциально на тр6тий контур, в который включается изме- рительный прибор. Нулевое показание прибора соответствует равенству вре.мени прохождения звуковым импульсом промежутка на испытуемом теле и.промежутка на эталонном стержне. Иссле-. дуемая скорость с определяется из фор- —, мулы:, где c> — известная скорость в эталонном стержне; s и s, — промежуткй между расположениями микрофонов, на испы-туемом теле и на эталонном стержне

На прилагаемом чертеже фиг. 1 изо-. бражает схему устройства; фиг. 2 — -схему расположения микрофонов.

Микрофоны 1 и 2 соединяются через батареи 3 и, 4 с первичными обмотками повышательных трансформаторов 5 и 6, вторичные обмотки которых через .кенотроны 7 и 8. соединены с сопротивлениями 9 и 1О. Последние соединены с сетками трехэлектродных ламп И и 12, -добавочный потенциал на;которых регулируется при помощи потенциометров 13

5 е и .14.,йноды ламп -11 и 12 соединены через батареи 15 и 16,с колебательными контурами 17 и 18, которые приключены к нитям накала ламп 11 и 12. С контурами 17 и.18 индуктивно связан апериодический контур 19, ток в котором может быль выпрямлен и после усиления может

; регистрироваться измерительным прибором 20. Параллельно сопротивлениям 9 и 10 включены конденсаторы 21 и.22 Микрофон 1 мож@т передвигаться вдоль эталонного стержня 23, укрепленного на испытуемом теле 24,.а микрофон 2 может передвигаться вдоль тела 24.

Твердому телу,.скорость звука,в котором определяют в строго определенном месте на прямой, соединяющей оси, проходящие через микрофоны,. задается ряд звуковых импульсов, вызываемых, например, ударами небольшого молоточка.

Когда импульс от удара достигает микрофона 1, в.цепи последнего возникает пульсация электрического тока; напряжение, этой пульсации повышается I при. помощи трансформатора 5, а затем ток выпрямляется при помощи кенотро— —.на 7 таким образом, под влиянием звукового импульса, воспринятого микрофоном 1, на зажимах сопротивления 9 — на момент появляется импульс тока относительно высокого напряжения и всегда постоянной полярности.

Колебательный контур 17 соединен последовательно с анодной батареей 15 и трехэлектродной лампой 11, причем добавочный потенциал сетки последней, - при помощи потенциометра 13, отрегу. лировывается так, чтобы рабочая точка . характеристики лампы соответствовала началу. появления анодного тока; тогда, при отсутствйи пульсации высокого напряжения на зажимах 9, в цепи 11, 17, 15 проходит электрический ток. Но в тот

:-: . иомент, когда на микрофон 1 попадет звуковой имйульс, сетка лампы 11 получит дополнительный отрицательный заряд, ток в.цепи Л, 17, 15 прервется и контур 17. придет в колебание.

Точно таким же образом,-. под влия. нием звууэвого импульса, упавшего на микрофон 2,- придет в колебание кон: тур 18, ибо схема в, обеих своих частях, правой и левой, .совершенно, одинакова

-и симметрична. .ф

Контуры 17 и 18 имеют, очень большое затухание и настроены на одну и ту же частоту N. йпериодический контур - 19 связан с .,контурами 17 и 18. Очевидно, .что -.-, колебания контура 17 интерферируюгс колебаниями контура 18, причем в контуре 19 будет действовать некоторый результирующий электрический ток, который, будучи выпрямлен и, s случае надобности, усилен, попадает в индикатор 19. Вполне понятно, что показания индикатора будут зависеть от разности фаз интерферцрующих колебаний. Если звуковой импульс попадает.в оба микрофона совершенно одновременно и, следовательно, t = О, где t — промежуток времени между моментом попадания звукового импульса .в микрофон 1 и моментом попадания импульса в микрофон 2, то разность фаз колебаний контуров< 2» Nt,— 0 (запаздывания контуров пока не рассматриваем).

Если катушки контура 19- намотаны противоположно,- то при t=0 разность фаз интерферирующих в нем колебаний = ° и колебания обоих контуров взаимно уничтожаются, а показания индикатора, при рйцных амплитудах колебаний контуров, равны нулю. х

Если 1 = —, то при намотанных противоположно катушках = 2 ° и пока- зания индикатора максимальны.

Так как колебания .контуров.17 и 18 сильно затухающие, то нуль показаний индикатора будет .только при t=О; при всяком другом значении показания индикатора будут отличаться от нуля, напр., при 1 — —,, ф=Зтг, но показания инди- катора далеки от нуля, ибо один из контуров начал свои колебания. раньше. чем другой, .так что прежде- чем произошло взаимное - уничтожение обоих колебаний, этот контур успел совершить первое самое большое по амплитуде; колебание, которое независимо от раз =-.. ности фаз подействует hi индикатор.

Так как звуковые импульсы от ударов молоточка, воспринимаемые микрофоном, повторяются несколько раз в секунду, то весь процесс размыкания це; ятей 11, 17, 15 и 12, 18, 16 и приведения

s :колебание контуров 17 и 18 повто. рится столько же раз в сукунду. В промежутках времени между каждыми двумя звуковыми импульсами конденсаторы 21

:и 22 разряжаются на сопротивления 9 и 70, высокое напряжение на зажимзх ;этих сопротивлений.исчезает, серия затухающих колебаний контуров 17 и 18 успеет окончиться, на-анодах ламп -11 и 12 появляег%я по отношению к нитям потенциал, заданный через потенциометр 13 и 74, а в цепях ll, 17, 15 и

12, 18, 1б снова начинает циркулировать электрический ток, таким образом, за, " время промежутка между каждыми двумя последовательными звуковыми импульсами все приходит в то же исходное положение, как и перед первым импульсом. Очевидно, что в контурах, 17 и 18 в течение секунды возникает столь ко же серий сильно затухающих колебаний; сколько звуковых ймпульсов в секунду задается твердому телу.

В;качестве индикатора может служить гальванометр болвшего периода, -ибо гальванометр должен интегрировать энергию всех поступающих к нему серий

:затухающих колебаний контуров; таким образом, при t=O стрелка гальванометра даст определенное отклонение, зависящее . от, и только при 1 = О стрелка осганется в йское или даст ми. "нимум отклонения (полного нуля достичь невозможно).

Весь процесс измерения скорости

:звука в твердом теле, состоит в сообще.нии ему ряда звуковых импульсов при ,одновременном передвижении микрофо на по эталонному стержню 23 до тех.пор, пока показания гальванометра не све. дутся к-нулю или минимуму; тогда время пробега звуковых импульсов до обоих микрофонов будет одинаково и t=0.

Допустим, что последнее, т.- е. уравне ние времени пробега звуковых импульсов, достигнуто -нами при положении микрофона 1 на стержне 23, которое назовем положением первым, и при положении микрофона 2 на поверхности тела 24, которое назовем также полог

t жение м первым.;Передвинем теперь

"мйкрофон2 из положейия первого в некоторое положение второе так, что расстояние между этими положениями бу дет s Очевидно, что показания инди-катора отойдут от нуля или минимума; чтобы .привести их опять к нулю или к минимуму, необходимо, продолжая задавать твердому телу импульсы, передвинуть микрофон 1 вдоль <:тержня на некоторое расстояние s . Тоща при вторичном уравнейии времени пробега с s .с, s где с — скорость звука в твердом теле, а с, — скорость звука в стержне 23;

s u si измеряем непосредственно с большой точностью, а с1 нам известно.

Предмет изобретения.

1. Способ измерения скорости распространения, звука в твердых телах. отличающийся тем, что измеряют те -расстояния, на, которые распространяются за одинаковые промежутки времени звуковые импульсы, вызываемые ударами . по испытуемому телу, в данном теле и в эталонном стержне и воспринимаемые микрофонами, которые помещены — один на данном теле, а другой — передвижным образом вдоль эталонного стержня, — и которые управляют электрическими пульсациями, возникающими при этом в связанных с ними электрических цепях, действующих диференциально на измерительный прибор.

2. Устройство для осуществления„способа,по и. 1, отличающееся применением двух колебательных контуров 17 и 18, диференциально .действующих на связанный с ними контур 19 измеритель- ного прибора 20 и включенных в анодные цепи двух электронных ламп=трио дов 11 и 12, управление сетками которых осуществляется микрофонами 1 и 2, при-чем электрические импульсы в цепях микрофонов, предварительно выпрямленные, используются для воздействия в качестве добавочньгх импульсс1в на .сетки ламп..:/ °

I

Ф К.авторство .свидетельству В. С. Вовцно о И 33716с

„Фиг.Е

zg П

l. э б

C.

Зксперт И. А. Городинский

Редактор С: 9. Злотников ,у

Ленпромпечатьсовз. Тип. „Печ. Груд". Зак. 2184 — 10Q5.

Г

\ .