Частотно-фазовий спосіб вимірювання швидкості звуку в матеріалах

УКРАЇНА (19) UA (11) 45913 (13) U (51) МПК (2009) G01N 29/04 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС видається під відповідальність власника патенту ДО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ (54) ЧАСТОТНО-ФАЗОВИЙ СПОСІБ ВИМІРЮВАННЯ ШВИДКОСТІ ЗВУКУ В МАТЕРІАЛАХ 1 2 (13) 45913 (11) вання отримують результат усереднений у широкому і не регульованому діапазоні частот. Невизначеність частоти, до якої слід віднести результати вимірювання, породжує додаткову похибку вимірювання. Для зменшення цієї похибки необхідно зменшити різницю значень частот вимірювання, що є неможливим для відомого способу. Для зразків середньої довжини не може бути ефективно застосований і фазовий спосіб вимірювання швидкості звуку. Метою корисної моделі є вимірювання швидкості звуку на зразках довільної довжини і у вибранім діапазоні частот. Досягнення такої мети дозволяє для зразка довільної довжини вибирати дві частоти для проведення вимірювань, з урахуванням вимог мінімізації сумарної похибки вимірювання або інших критеріїв. Поставлена мета досягається тим, що вимірювання проводять на двох довільних частотах, знаходять різницю зсувів фаз у зразку на цих частотах, а швидкість звуку знаходять як добуток бази прозвучування на відношення різниці частот вимірювання до різниці зсуву фаз на базі прозвучування на цих частотах, виражену у долях періоду. Можливість проведення такого вимірювання підтверджується наступними розрахунками. Запишемо вирази для зсуву фаз на базі прозвучування і проведемо їх перетворення: f *L j1 = 2 * p * 1 (1) c f *L j2 = 2 * p * 2 (2) c UA Корисна модель належить до матеріалознавства і може бути використана для дослідження методом неруйнівного контролю фізико-механічних параметрів матеріалів. Відомий фазовий спосіб вимірювання швидкості звуку при якому в одному січені зразка матеріалу збуджують зондуючий акустичний сигнал, а в другому на відомій відстані приймають, вимірюють частоту і різницю фаз коливань в точках збудження і прийому, а швидкість звуку знаходять по результатах вимірювань [1]. Фазовий спосіб дозволяє виміряти швидкість звуку з великою точністю, але цей спосіб не може бути використаним для зразків, довжина яких перевершує довжину хвилі акустичного сигналу. Найближчим аналогом є двохчастотний спосіб вимірювання швидкості звуку в матеріалах, при якому вимірюють частоту і різницю фаз коливань в точках збудження і прийому, знаходять другу частоту, найближчу до першої, з таким самим зсувом фаз, а швидкість звуку знаходять множенням різниці отриманих частот на відстань між січеннями [2]. Двохчастотний спосіб дозволяє проводити фазове вимірювання швидкості звуку у зразках значно більших за довжину хвилі акустичного сигналу. Але, в результаті дисперсії швидкості звуку за частотою, у середніх за довжиною зразках, що перевершують довжину хвилі не більше як у декілька раз, вимірювання займають відносно широкий діапазон частот, що може становити половину більшої частоти вимірювання. Швидкість звуку у такому випадку на першій і другій частоті може суттєво відрізнятись. Тому в результаті вимірю U яким проводять вимірювання зсуву фаз у зразку на двох частотах та визначають різницю цих частот, який відрізняється тим, що вимірювання проводять на двох довільних частотах, знаходять різницю зсувів фаз у зразку на цих частотах, а швидкість звуку знаходять як добуток бази прозвучування на відношення різниці частот вимірювання до різниці зсуву фаз на базі прозвучування на цих частотах, виражену у долях періоду. (19) (21) u200907894 (22) 27.07.2009 (24) 25.11.2009 (46) 25.11.2009, Бюл.№ 22, 2009 р. (72) БОРИСОВ ВІКТОР МИХАЙЛОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ ЛІСОТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ (57) Частотно-фазовий спосіб вимірювання швидкості звуку в матеріалах на базі прозвучування, за 3 45913 f -f j1 - j2 = 2 * p * L * 1 2 c f1 - f2 f1 - f2 c = 2* p *L * = L* j1 - j2 (j1 - j2 ) / (2 * p) (3) (4) де j1 - зсув фаз коливань першої частоти на базі прозвучування; p - число p =3,1415...; f1 - значення першої частоти коливань; L - база прозвучування; с - швидкість звуку; j2 - зсув фаз коливань другої частоти на базі прозвучування; f2 - значення другої частоти коливань; Комп’ютерна верстка М. Ломалова 4 ( j1 - j2 ) /(2 * p ) - різниця зсуву фаз виражена у долях періоду. Пропонований спосіб не накладає якихось умов на величину різниці зсуву фаз на вибраних частотах, як це вимагає спосіб прототип. Різниця зсуву фаз на базі прозвучування на частотах f1 і f2 виражена у долях періоду може бути як меншою одиниці, так і значно більшою. Це дає можливість вибирати частоти вимірювань за критеріями технологічними абометрологічними, що було неможливо за використання відомих способів. Джерела інформації: 1. Патент 31823. Україна 2. Патент 40118. Україна Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601