Пристрій для вимірювання швидкості звуку

Изобретение относится к технике акустического контроля и может быть использовано для измерения скорости звука в жидких средах. Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения скорости звука, содержащее последовательно соединенные генератор и усилитель импульсов, выполненные по общей схеме в виде мультивибратора, пьезоэлектрический преобразователь и находящийся на фиксированном расстоянии от него отражатель. В устройстве-прототипе скорость звука. Определяется путем измерения частоты. следования импульсов на выходе мультивибратора с помощью стандартных электронносчетных частотомеров, например, прибором 43-44. Получаемая при этом относительная погрешность измерения частоты of, а следовательно, и относительная погрешность измерения скорости звука бс оказываются взаимосвязанными с временем счета ten. (см. формулу [ф "Частотомер электронно-счетный 43-44". Техническое описание и инструкция по эксплуатации 2.721.030 ТО. - М.: Машприборинторг СССР, Внешторгиздат, Изд. N; 18923 ЭС. - с. 3 - 4), а именно где dкв - относительная погрешность частоты внутреннего генератора или частоты внешнего источника опорного сигнала, используемого вместо внутреннего кварцевого генератора; Іти - значение измеряемой частоты, кГц; tc4 - время счета, мс. Как видно из формулы (1), для повышения точности измерений необходимо увеличивать время счета ten, что в свою очередь приводит к уменьшению быстродействия и отрицательно сказывается на точности измерений скорости звука в быстропрохекаю-щих процессах. В основу настоящего изобретения поставлена задача создания устройства для измерения скорости звука, а именно привносимыми изменениями в функциональную схему устройства, в которой бы устранялась взаимосвязь достижимой относительной погрешности измерений и временем счета. В результате осуществления изобретения получен следующий технический эффект: - преобразован сигнал, поступающий с выхода мультивибратора в строб-импульс за счет деления частоты исходных импульсов, что дало возможность заполнить их импульсами высокой частоты от внешнего задающего генератора и получить код, пропорциональный временному интервалу, исключив тем самым взаимосвязь времени счета с погрешностью измерений, и повысив при этом точность измерений в быстропротекающих процессах. Эта задача решается устройством для измерения скорости звука, содержащим последовательно соединенные мультивибратор, пьезоэлектрический преобразователь и отражатель, согласно изобретению, оно снабжено последовательно соединенными времяимпульсным преобразователем, подключенным к выходу мультивибратора, интерфейсом вводавывода, первые информационные выходы которого соединены с индикатором, а вторые - с микроэвм, при этом время-импульсный преобразователь выполнен из последовательно соединенных делителя частоты, вход которого является входом время-импульсного преобразователя, схемы совпадений, ко второму входу которой подключен выход генератора высокочастотных импульсов, и счетчика, выход которого является выходом время-импульсного преобразователя. Совокупность всех существенных признаков предлагаемой конструкции устройства для измерения скорости звука, включая отличительные, а именно введение в схему устройства последовательно соединенных время-импульсного преобразователя, входом подключенного к выходу мультивибратора, интерфейсом ввода-вывода, первые информационные выходы которого соединены с индикатором, а вторые - с микро-ЭВМ, где время-импульсный преобразователь выполнен в виде последовательно соединенных делителя частоты, схемы совпадений, второй вход которой подключен к выходу генератора высокочастотных импульсов, и счетчика, позволяет за счет преобразования периода следования импульсов с выхода мультивибратора в код устранить взаимосвязь относительной погрешности измерений с временем счета и тем самым повысить быстродействие и точность измерений. Суть преобразования периода следования импульсов в код заключается в следующем. Выходной сигнал мультивибратора с периодом следования T(t) умножается на коэффициент деления К>1. В результате можно сформировать длительность импульса, численно равной времени счета где t - время. Импульс длительностью t(К,t) является разрешающим для подсчета в счетчике числа импульсов N(t) высокочастотного сигнала с частотой Fоп>>1/T(t). В результате за время счета τ (K,t) число импульсов N(t) буде т равно Учитывая, что период следования импульсов T(t) на вы ходе мультивибратора определяется как где I - расстояние между отражателем и пьезоэлектрическим преобразователем; C(t)- скорость звука в исследуемой среда. Решая совместно (3) и (4), получим уравнение для измерения скорости звука Скорость звука по формуле (5) вычисляется в микроЭВМ и выдается на индикатор в реальном времени. Найдем предельную относительную погрешность измерений скорости звука dС при использовании время-импульсного преобразователя. При изменении скорости звука C(t) на величину АС изменение показаний счетчика составит величину ΔΝ. Величину ΔΝ можно найти из уравнений (ЗН5). а именно откуда где С о - среднее значение скорости звука. Учитывая, что точность счета в микро-ЭВМ составляет ΔΝ-1 из (6), получим Из (7) следует, что при использовании время-импульсного преобразования относительная погрешность измерения dс может быть уменьшена путем увеличения частоты F>[T(t)]- 1. В результате на информационных выходах счетчика 11 за время счета t(K,t)=KT(t) будет зарегистрирован код Код N(t) по командам от микроЭВМ 6 через интерфейс 5 ввода-вывода считывается в память и проводится вычисление скорости звука C(t) по формуле где A=2KIFon - константа, хранящаяся в памяти микроЭВМ. По окончании процесса вычислений от микроЭВМ 6 по командам через интерфейс 5 вводавывода на индикатор 7 выдается информация об измеряемой скорости звука в реальном масштабе времени. В предлагаемом устройстве скорость звука определяется в микроЭВМ путем осреднения импульсов с выхода мультивибратора на основе время-импульсного преобразования, причем быстродействие оказывается не связанным с точностью измерений. Наиболее успешно предлагаемое устройство для измерения скорости звука может быть использовано в практике океанологических исследований для изучения мелкомасштабной пространственно-временной изменчивости скорости звука, изучения характера движения объектов в жидких средах; в др уги х областя х науки и те хники, где необходимо измерение скорости звука, например при исследовании теп-ломассообменных процессов в расходометрии и др.