Акустический способ определения амплитуд пульсационных скоростей потока жидкости или газа

 

Использование: в измерительной технике для определения параметров пульсационных скоростей потоков жидкостей или газов. Сущность изобретения: способ основан на использовании эффекта, заключающегося в нелинейном взаимодействии гидродинамического поля со слабыми акустическими волнами. В результате такого взаимодействия происходит искажение амплитудно-фазовых характеристик акустического сигнала, несущих информацию о пульсациях скорости потока. С помощью акустических колебаний на несущей частоте с волновым числом K_a облучают поток жидкости сначала без пульсационных скоростей и измеряют уровень звукового давления акустических колебаний. Затем измеряют уровень звукового давления акустических колебаний на различных спектральных составляющих пульсационных скоростей потока. Для этого проводят демодуляцию и спектральный анализ выходного сигнала акустического приемника, установленного в поле акустической волны и в гидродинамическом поле. Амплитуды пульсационных скоростей на каждой спектральной составляющей определяют из математического выражения, приведенного в описании. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения параметров пульсационных скоростей потоков жидкостей и газов.

Известны способы аналогичного назначения, заключающиеся в измерении параметров пульсационных скоростей с помощью ультразвуковых колебаний путем регистрации изменений частоты фазы или времени распространения колебаний вдоль и против потока жидкости [1] Недостатками известных способов являются сложность практической реализации и зависимость результатов измерений от длины задаваемой базы измерения.

По технической сущности и количеству совпадающих признаков наиболее близким к заявляемому относится акустический способ определения амплитуд пульсационных скоростей потока газа, заключающийся в обучении исследуемой среды вдоль потока акустическими колебаниями на несущей частоте с волновым числом К_а, приеме акустических колебаний акустическим приемником, демодуляции принятого на несущей частоте акустическим приемником колебаний и проведении спектрального анализа демодулированного сигнала [2] Недостатками известного способа являются зависимость результатов измерений от величины базы измерения, от частоты акустических колебаний, а также сложность практической реализации.

Цель изобретения получение результатов измерений параметров пульсационных скоростей, независимых от величины базы измерений, а также упрощение практической реализации способа.

Цель достигается тем, что в способе определения амплитуд пульсационных скоростей, заключающемся в облучении исследуемой среды вдоль потока акустическими колебаниями на несущей частоте с волновым числом К_а, приеме акустических колебаний акустическим приемником, демодуляции сигнала, принятого на несущей частоте акустическими приемниками колебаний, и проведении спектрального анализа демодулированного сигнала, с помощью акустического приемника дополнительно измеряют уровень звукового давления Р_о акустических колебаний в отсутствие пульсационных скоростей в потоке, а при проведении спектрального анализа демодули- рованного сигнала измеряют уровень звукового давления Р_а на каждой спектральной составляющей _д выходного сигнала, при этом амплитуды пульсационных скоростей V_д на каждой спектральной составляющей определяют из математического выражения v_д ln (1) На чертеже представлена упрощенная схема устройства для реализации способа.

В гидроканале 1 с пульсационным потоком жидкости устанавливают гидроакустический излучатель 2 акустических колебаний на несущей частоте _a, связанной с волновым числом К_а через скорость звука с соотношением К_{а a}/с. Излучатель 2 подключен к генератору 3 электрических колебаний. На определенном расстоянии от излучателя 2 вдоль по потоку устанавливают отградуированный в единицах давления акустический приемник 4 (гидрофон), выход которого через усилитель 5 подключен к детектору 6 амплитудно-модулированных колебаний, выход которого соединен со спектроанализатором 7.

В состав устройства для реализации способа также входит микроЭВМ 8, определяющая по алгоритму (1) амплитуды V_д пульсационных скоростей для каждой из спектральных составляющих пульсационной скорости _д. Способ основан на новом эффекте нелинейного взаимодействия между гидродинамическим полем и слабыми акустическими волнами. Гидродинамические пульсации производят значительные искажения амплитудно-фазовых характеристик акустического сигнала.

Способ реализуется следующим образом. Сначала в отсутствие потока пульсационных скоростей с помощью отградуи- рованного гидрофона 4 определяют уровень звукового давления Р_о. В присутствии пульсационных скоростей происходит амплитуда модуляции акустических колебаний с несущей частотой _a по закону изменения амплитуды пульсационных скоростей. С помощью детектора 5 выделяют огибающую модулированного сигнала и направляют продетектированный сигнал в спектроанализатор 7, в котором осуществляется спектральный анализ принятого продетекти- рованного сигнала. При этом определяют уровень звукового давления Р_а на каждой спектральной составляющей _д. Полученные данные вместе со значением волнового числа К_а звуковых колебаний на несущей частоте направляют в микроЭВМ 8, в которой по алгоритму (1) определяют значение пульсационных скоростей V_д для каждой спектральной составляющей. На микроЭВМ 8 с помощью обратного преобразования Фурье можно также определить временные изменения пульсационной скорости в потоке жидкости.

В предлагаемом способе результаты измерений параметров пульсационных скоростей не зависят от длины базы измерения (расстояние между излучателем и приемником). Аппаратура, реализующая способ, отличается простотой.

Формула изобретения

АКУСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУД ПУЛЬСАЦИОННЫХ СКОРОСТЕЙ ПОТОКА ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА, заключающийся в облучении исследуемой среды вдоль потока акустическими колебаниями на несущей частоте с волновым числом K_а, приеме акустических колебаний акустическим приемником, демодуляции сигнала принятого на несущей частоте акустическим приемником колебаний и проведении спектрального анализа демодулированного сигнала, отличающийся тем, что с помощью акустического приемника дополнительно измеряют уровень звукового давления P₀ акустических колебаний в отсутствии пульсационных скоростей в потоке, а при проведении спектрального анализа демодулированного сигнала измеряют уровень звукового давления P_а на каждой спектральной составляющей _д выходного сигнала, при этом амплитуды пульсационных скоростей V_д на каждой спектральной составляющей _д определяют из математического выражения

РИСУНКИ

Рисунок 1