Двочастотний широкосмуговий спосіб вимірювання швидкості звуку в матеріалах

УКРАЇНА (19) UA (11) 46295 (13) U (51) МПК (2009) G01N 29/00 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС видається під відповідальність власника патенту ДО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ (54) ДВОЧАСТОТНИЙ ШИРОКОСМУГОВИЙ СПОСІБ ВИМІРЮВАННЯ ШВИДКОСТІ ЗВУКУ В МАТЕРІАЛАХ 1 де dс відносна похибка визначення швидкості звуку; dL відносна похибка визначення бази прозвучування; df1 відносна похибка визначення першої частоти; df2 відносна похибка визначення другої часто y1 = 2 * p * L * f1 = 2* p*n+j c , (2) y2 = 2 * p * L * f2 = 2* p*m+ j c , (3) (13) 46295 (11) L база прозвучування; l1 довжина хвилі коливання першої частоти; l2 довжина хвилі коливання другої частоти. Технічні засоби дозволяють проводити випробування для яких відношення L/l1 та L/l2 може дорівнювати десяткам тисяч і більше. У стільки ж разів відповідно до (1) збільшується складова похибки вимірювання швидкості звуку, що зумовлена похибками визначення частот df1 та df2. Метою корисної моделі є зменшення складової похибки вимірювання швидкості звуку, зумовленою похибкою визначення частот, у випадку багатократного перебільшення довжиною об'єкту довжини хвилі акустичного сигналу. Поставлена мета досягається тим, що зсув фаз на частотах вимірювання відрізняється на ціле число періодів k більше одиниці, а швидкість звуку знаходять діленням добутку різниці отриманих частот і відстані між січеннями на число періодів k. З умови однакового за модулем (2*p) значення зсуву фаз першої та другої частот мають місце наступні рівності: U ти; UA Корисна модель відноситься до матеріалознавства і може бути використана для дослідження методом неруйнівного контролю фізикомеханічних параметрів матеріалів. Відомий двочастотний спосіб вимірювання швидкості звуку в матеріалах [1], при якому в одному січені зразка матеріалу збуджують зондуючий акустичний сигнал, а в другому на відомій відстані (базі прозвучування) приймають, 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. Відомий спосіб дозволяє проводити вимірювання швидкості звуку фазовим способом у зразках більших за довжину хвилі акустичного сигналу. Недоліком відомого способу є велика похибка вимірювання у випадку багатократного перебільшення довжиною об'єкту довжини хвилі акустичного сигналу. Відповідно до [1, 2]: L L dc = dL + df1 * + df2 * l1 l2 , (1) відстані від першого - приймають, вимірюють частоту та зсув фаз коливань у цих перерізах на двох вибраних частотах, зсув фаз на яких відрізняється на задану величину, швидкість звуку знаходять за різницею отриманих частот і відстані між перерізами, який відрізняється тим, що зсув фаз на частотах вимірювання відрізняється на ціле число періодів k більше одиниці, а швидкість звуку знаходять діленням добутку різниці отриманих частот і відстані між перерізами на число періодів k. (19) (21) u200907901 (22) 27.07.2009 (24) 10.12.2009 (46) 10.12.2009, Бюл.№ 23, 2009 р. (72) БОРИСОВ ВІКТОР МИХАЙЛОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ ЛІСОТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ (57) Двочастотний широкосмуговий спосіб вимірювання швидкості звуку в матеріалах, при якому в одному перерізі зразка матеріалу збуджують зондуючий акустичний сигнал, а в другому на відомій 2 3 46295 n=m+k; (4) L * (f2 - f1 ) =k c (5) c =L* (f2 - f1) (6) k де y1 - зсув фаз коливання першої частоти на базі прозвучування; L - база прозвучування; f1 - значення першої частоти коливань; с - швидкість звуку в матеріалі зразка; n - кількість повних довжин хвиль першої частоти на базі прозвучування; j - значення зсуву фаз першої та другої частот за модулем 2*p; y2 - зсув фаз коливань другої частоти на базі прозвучування; f2 - значення другої частоти коливань; m - кількість повних довжин хвиль другої частоти на базі прозвучування; k - різниця кількості повних довжин хвиль першої та другої частот на базі прозвучування. У порівнянні з аналогом складова відносної похибки вимірювання швидкості звуку, що залежить від похибки визначення частот у рівнянні (1), зменшується у k разів: dc = dL + df1 * L L + df2 * l1 * k l2 * k (7) де dc відносна похибка визначення швидкості звуку; Комп’ютерна верстка І.Скворцова 4 dL - відносна похибка визначення бази прозвучування; df1 - відносна похибка визначення першої частоти; df2 - відносна похибка визначення другої частоти; L база прозвучування; l1 - довжина хвилі коливання першої частоти; l2 - довжина хвилі коливання другої частоти. Пропонований спосіб дозволяє зменшити похибку вимірювання швидкості звуку у випадку проведення вимірювань такими ж приладами, що і за способом аналогом, або досягти такої ж точності вимірювань, що способом аналогом, за умови використання приладів нижчого класу точності (7). Останнє суттєво впливає на вартість задіяних засобів вимірювання. Пропонований спосіб використовує такі ж операції, що і спосіб-аналог, за виключенням підрахунку числа k, числа, що відповідає різниці у кількості повних довжин хвиль першої та другої частот на базі прозвучування. Під час плавної перестройки частоти від f1 до f2 зсув фаз у зразку буде періодично мінятися проходячи усі значення від нуля до 2*p. Число k легко визначити підрахунком кількості періодів зміни зсуву фаз під час такої перестройки. Джерела інформації: 1. Патент України 40118, Двохчастотний спосіб вимірювання швидкості звуку в матеріалах. 2. Поліщук Є.С., Дорожовець М.М., Яцук В.О. та ін., Метрологія та вимірювальна техніка, Підручник За ред. проф. Є.С. Поліщука., - Львів, "Бескид Біт", 2003. 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