Способ измерения скорости ультразвука

Способ измерения скорости ультразвука

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Рвсиубиик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 020779 (21) 2788786/18-28

С ПРИСОЕДИНЕНИЕМ ЗаЯВКИ Йо— (23) Приоритет—

Опубликовано 07„1181 Бюллетень 9 41

Дата опубликования описания 0711.81 (511М. К .з

G 0 1 N 29/00.

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 681, 14 (088 ° 8) (72) Автор изобретения

Н.П.Воробьев

Алтайский политехнический институт имени И.И.ПоЗтэунрва (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА

Изобретение относится к измериI тельной технике и может быть использовано для определения скорости ультразвука и функционально связанных с ней параметров жидких и газообразных веществ.

Наиболее близок к данному техническому решению способ определения скорости ультразвука, при котором в среду излучают ультразвуковые колебания, принимают колебания после прохождения через среду, преобразуют принятые ультразвуковые колебания в электрические импульсы, которыми вновь возбуждают ультразвуковые колебания в среде, à о скорости ультразвука судят по частоте прохождения ультразвуковых импульсов через среду (1).

Недостатки известного способа эак- 2О лючаются в повышенной сложности, малом быстродействии и низкой надежности измерений.

Целью изобретенйя является упрощение и ускорение измерений, а также повышение их надежности.

Указанная цель достигается тем-что дважды отраженные ультразвуковые пульсы выделяют путем детектирования, ограничения, дифференцирования усилен- 30 ных электрических импульсов и выбирают импульсы с максимальной амплитудой, по частоте которых судят о скорости ультразвука.При этом длину измерительной базы,на которой измеряют скорость ультразвука, выбирают согласно соотношению

0,63 |%

1 .у-т-х где С(.— коэффициент затухания колебаний в среде, Х вЂ” частота колебаний.

Описываеьый способ иллюстрируется временными диаграммами циркуляции электроакустических импульсов, изображенными на фиг.1 и 2.

На фиг.1 в масштабе амплитуд A смещения частиц среды при йрохождении ультразвуковых колебаний и времени т, изображен один иэ акустических импульсов у плоскости приемного преобразователя, образованный наложением импульса 1 однократного прохождения, импульсом 2, дважды отраженным от плоскости приемного и излучающего пьеэопреобраэователей, и импульсом

3, четырежды отраженным от упомянутых плоскостей. На фиг.1 Ao — амплитудное значение смещения частиц сре879440 ды от импульса 1; A - и AZ >- аналогично амплитуда импульса 2 и импульса 3; 1 — частота основной гармонической составляющей иэлученных импульсов, ф — длительность фронта результирующего импульса, полученного от интерференции мипульса однократного прохождения импульсов дважды и четырежды отраженных. Для УПрощения графической иллюстрации Форму импульсов принимает близкой к одиночному синусоидальному импульсу, а отражениями более 4-го порядка пренебрегаем.

На фиг.2 в осях времени с 4! по k изображены моменты появления электроакустических импульсов и у плоскости излучателя (слева) и одновременно у плоскости приемника ультразвуковых колебаний (справа). Обозначения соответствуют : 1 — генерируемый электрический импульс, 2 — акустический импульс однократного прохождения, 3 — однократно отраженный акустический импульс, образованный интерференцией импульса однократного прохождения и дважды отраженного импульса (соответствует обычному режиму автоциркуляции, а также импульсу по фиг.1, причем для упрощения графической иллюстрации трижды, четырежды и более раз отраженный импульс на фиг.2 считается равным нулю), 4 — искаженный импульс однократного прохождения, 5 — дважды отраженный акустический импульс.

Осуществление способа основано на следующем.

Известно, что дважды отраженные импульсы и импульсы многократного отражения от плоскости излучателя и приемника ультразвука приходят на приемный преобразователь в каждом цикле автоциркуляций на время

Ь =.)И < где п — порядок отражения, Т. — время прохождения импульса в з ащитной мембране, раньше импульса однократного прохождения (пренебрегая временем задержки импульса в электронной схеме)

В результате для обычного режима автоциркуляцией электроакустических импульсов характерно удлинение переднего фронта принятых импульсов за счет реверберационного наложения многократно отраженных импульсов, что пояснено на фиг.1. После детектирования, ограничения и дефференцирования принятых кслебаний при выполнении соотношения )i05 амплитуда дважды отраженного импульса минимум в 1,27 раза превышает амплитуду искаженного импульса однократного прохождения (в частности, при С!„„1 = 10 Упомянутое превышение равно 2,11) .

С учетом затухания Отраженных импульсОв на двОйнОм пути От излучателя до пРиемника и без учета потерь на отражение энергии длина Г акустической базы, при которой сохраняется минимум 27%-ное.превышение амплитуды дважды отраженного импульса (а тем более амплитуда неискаженного импульса однократного прохождения) над амплитудой искаженного импульса однократного прохождения при выполнении условия (3), определяется из соотношения (1).

Для получения максимального превышения амплитуды дважды отраженных импульсов над искаженными импульсами однократного прохождения постоянную бо времени дифференцирующей цепи целесообразно выбирать исходя из усЩ ловия ý= 2,66Г о 166 в учитывая, что соотношения (3) и (4), как правило, уже имеют место при ультразвуковых автоциркуляционных измерениях, при выполнении условия (1) можно обеспечить необходимое превышение амплитуды дважды отраженных импульсов (а тем более импульсов однократного прохождения, передний фронт которых не искажен реверберационными явлениями! над импульсами однократного прохождения с искаженным передним фронтом. Это позволяет отселектировать дважды отраженные импульсы и неискаженные импульсы однократного прохождения с целью их использования для повторного возбуждения ультразвуковых колебаний в среде и подсчета, т.е. проще и надежней осуществить режим запуска от дважды отраженных ййпульсов, а также от неискаженных импульсов однократного прохождения, Изложенное может быть пояснено с помощью фиг.2 следующим образом.

В момент времени,! генерируют электрический импульс 1 и, преобразовав его в акустический, излучают в сре ду.После прохождения среды в момент времени 6 принимают импульс 2 однократного прохождения, не искаженный реверберационными явлениями, и генерируют в среду второй импульс. В момент времени 4З принимают второй импульс однократного прохождения без искажений, генерируют третий импульс в среду, который оказывается искаженным импульсом 3 однократного отражения. В момент времени(:4 принимают искаженный импульс 4 однократного прохождения, но благодаря амплитудной селекции генерации четвертого электрического импульса не происходит, у плоскости излучателя находится.импульс 3 однократного отраже879440

О,Vr 5 е

Формула изобретения ния. В момент времени принимают дважды отраженный импульс 5, генерируют четвертый электрический импульс, который при преобразовании его в акустический также оказывается искажен импульсом однократного отражения. Поэтому в момент времени принимают искаженный импульс одно6 кратного прохождения также без генерации электрического импульса. В момент

Времени 67на приемник приходит только дополнительно ослабленный четырежды отраженный импульс, который благодаря амплитудной селекции не способен вызвать генерацию акустического импульса. В момент времени

68 принимают дважды отраженный акус- 5 тический импульс и генерируют пятый электрический импульс. В последующие моменты времени процесс излучения и приема колебаний повторяет моменты времени 4 д, 1, т,4 и т.д. 2О

Описываемое техническое решение позволяет определить скорость ультра звука проще, надежней и быстрее по сравнению с известным способом.

1. Способ измерения скорости ульт развука, заключающийся в том, что в среду излучают ультразвуковые колеба" ния,принимают колебания после прохождения через среду, преобразуют принятые ультразвуковые колебания в электрические импульсы, которыми вновь возбуждают ультразвуковые колебания в среде, а о скорости ультразвука судят по частоте прохождения ультразвуковых импульсов через среду, отличающийся тем, что, с целью упрощения и ускорения измерениц дважды отраженные ультразвуковые импульсы выделяют путем детектирования, ограничения, дефференцирования усиленных электрических импульсов и выбирают импульсы с максимальной амплитудой, по частоте которых судят о скорости ультразвука.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что,с целью повышения надежности измерений, длину измерительной базы, на которой измеряют скорость ультразвука, выбирают согласно соотношению где о — коэффициент затухания колебаний в среде частота колебаний.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Колесников A.E. Ультразвуковые измерения. М., "Издательство стандартов", 1970, с. 85 (прототип).

Составитель A. Чистяков

Редактор И.Гохфельд,; Техред T. Èàòî÷êà КоРРектоР С.Шекмар

Заказ 9708/12 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4