Способ измерения скорости звука
30I556 И Е
Союз Соввтскик
Социалистическит
Рвспуолик
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Зависимое от авт. свидетельства №
МПК G 0111 5/00
Заявлено 25,Ч11.1969 (¹ 1351776!18-10) с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 21 IV.1971. Вюллетень № 14
Дата опубликования описания 4Х1.1971
Комитет по делам изаоретвний и открытий при Совете Министров
СССР
УДК 534.22(088.8) Авторы изобретения
Б. В. Гуменюк, l0. Г. Дерябин и Г. М. Кузнецов
Заявитель
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА
Изобретение может быть использовано для контроля за ходом химических процессов, в ультразвуковых расходомерах и т. д.
Известные способы измерения скорости звука обладают тем недостатком, что при измерении возникает дополнительная фазовая погрешность, а следовательно, и погрешности измерения скорости звука за счет многократных отражений ультразвуковых колебаний от поверхностей излучающего и приемного пре- 10 образователей.
llo предлагаемому способу напряжение генератора модулируют по фазе с частотой модуляции, период которой сравним со временем распространения звука в контролируемой 15 среде, замеряют мгновенную разность фаз и усредняют по периоду модуляции.
Указанные отличия позволяют повысить точность измерения.
Предлагаемый способ заключается в следу- 20 ющем.
Высокочастотное напряжение с выхода генератора модулируется по фазе и преобразуется в ультразвуковые колебания, которые вводятся в контролируемую среду. Полагая, 25 что коэффициент отражения от поверхности раздела контролируемая среда — приемник или излучающий преобразователь мал, можно представить, что кроме основного сигнала на вход приемного преобразователя приходит З0 только первый отраженный сигнал, фаза и амплитуда которого отличны от основного.
Результирующсе колебание, преобразованное в напряжение, будет иметь фазу, отличную от фазы основного сигнала, что приводит к возникновению ошибки измерения, величина которой меняется при изменении фазы основного сигнала за счет удвоенного пути для отраженного сигнала. При наложении фазовой модуляции вектор основного сигнала колеблется относительно среднего положения с частотой модуляции и амплитудой, определяемой амплитудой фазовой модуляции.
При низкой модуляционной частоте, период которой намного больше времени распрострапения звука в контролируемой среде, вектор отраженного колебания колеблется почти синхронно с колебаниями основного сигнала и между ними будет постоянный сдвиг фаз, определяющий реверберационную погрешность. Для модуляционной частоты, период которой соизмерим со временем распространения звука в контролируемой среде, вектор отраженного сигнала не успевает за колебаниями вектора основного сигнала. Это приводит к тому, что разность фаз между ними так>ке колеблется около своего среднего значения с амплитудой, которая определяется как амплитудой фазовой модуляции, так и модуляционной частотой. Если представить, что вектор
301556
1о(2 sin Q/p) = О
Предмет изобретения
Составитель В. Карбачинский
Редактор С. И. Хейфиц Техред E. Борисова Корректор Н. Рождественская
Заказ 1367/14 Изд. лй 616 Тираж 473 Подписное
ЦНИИЛИ Комитета по делам изобретений и открытий прп Совете Министров СССР
Москва, 7К-36, Раушская наб., д. 4/6
Типография, пр. Сапунова, ? сновного сигнала неподвижен, то вектор от>аженного сигнала будет колебаться около .воего среднего значения, приближаясь по ме1е роста амплитуды фазовой модуляции и ча .тоты к вектору основного колебания, занихая все максимально возможные положения .лева и справа от него.
При усреднении мгновенной разности фаз
1апряжения с выхода генератора и приемноо преобразователя по периоду модуляции по- 10
1ученный результат будет близок к значению разы основного сигнала, если между модуля ионной частотой, временем распространения
:вука и амплитудой фазовой модуляции бутет выполнено следующее соотношение: 15 де: 1о — цилиндрическая функция нулевого порядка, 20 тр — амплитуда фазовой модуляции, Й вЂ” модуляционная частота, /о — время распространения звука в контролируемой среде.
На чертеже показана блок-схема реализации предлагаемого способа.
На блок-схеме показаны генератор 1, фазовый модулятор 2, излучающий 8 и приемный 4
4 преобразователи, фазоизмерительное устройство 5 и интегрирующее устройство б. Высокочастотное напряжение от генератора 1, модулированное по фазе, преобразуется в преобразователе 8 в ультразвуковые колебания, которые вводятся в исследуемую среду. B приемном преобразователе 4 ультразвуковые колебания преобразуются в высокочастотное напряжение, которое подается на вход фазометра 5. На другой вход фазометра подается высокочастотное напряжение с выхода генератора 1. Выходное напряжение фазометра, пропорциональное мгновенному значению разности фаз, после усреднения в интеграторе б является мерой скорости звука, свободной от реверберационной ошибки.
Способ измерения скорости звука, основанный на сравнении фаз напряжения с выходов генератора и приемного преобразователя, отличаюи ийся тем, что, с целью повышения точности измерения, напряжение генератора модулируют по фазе с частотой модуляции, период которой сравним со временем распространения звука в контролируемой среде, замеряют мгновенную разность фаз и усредняют по периоду модуляции.
