Кореляційний спосіб вимірювання швидкості звуку в матеріалах

Кореляційний спосіб вимірювання швидкості звуку в матеріалах, при якому в одному перерізі 3 37774 4 фронт прийнятого сигналу робить результати винюється величиною порядку 1/4 періоду заповненмірювання чутливими до рівня шумів. ня радіоімпульсу [7]. Додатковим джерелом похибки УІМ є дисперПро суттєвість впливу частотної залежності сія швидкості звуку в досліджуваному матеріалі, в властивостей матеріалів на результати вимірюнаслідок якої не всі частотні компоненти сигналу вань швидкості звуку УІМ свідчить, наприклад, одночасно досягають приймача. Вона виникає в наявність в приладі УК-14 режиму вимірювання наслідок фізичних властивостей середовища, при„довжини фронту першої півхвилі прийнятого сигсутністю неоднорідних включень і наявністю граналу” [6]. Таким чином частотні спотворення серениць тіла, в якому розповсюджується хвиля [5]. довища і вплив дисперсії швидкості звуку визнаДисперсія швидкості звуку спостерігається також в ються такими, що відбивають властивості капілярних трубках [5]. Це явище призводить до матеріалів і є помітними навіть на фоні частотних спотворення форми кожного немонохроматичного спотворень п'єзокерамічних пластин, але все одно сигналу. не враховуються УІМ при вимірюванні швидкості Якщо профіль хвилі міняє свою форму, то позвуку. няття швидкості такої хвилі у строгому розумінні не Пропонується час проходження звуку визначамає сенсу [5, «гр упова швидкість»]. В УІМ в якості ти затримкою максимуму взаємної кореляційної часу проходження акустичної хвилі вимірюється функції коливань в точках збудження та прийому. затримка між простими елементами різних за фоТакому критерію відповідає момент проходження рмою сигналів - фронтом імпульсу збудження викрізь січення приймача максимального потоку промінювача і переднім фронтом на заданому виенергії від випромінювача. браним критерієм рівні коливання резонансної На Фіг.1 показано схему реалізації такого споп'єзокерамічної пластинки на прийомній стороні собу. Сигнал генератора 1 періодично збуджує зразка. коливання випромінювача 2, який передає їх у Імпульсний метод визначає час проходження зразок 3. Давач 4 перетворює механічні коливанчерез зразок не визначених наперед, а залежних ня, що пройшли через зразок в електричний сигвід матеріалу та конструкції зразка спектральних нал, який подається на перший вхід корелометра складових звуку. Час проходження, у такому тлу5. На другий вхід якого підключений сигнал з вимаченні, визначається тими частотними компоненпромінювача 2. Корелометр 5 отримує функцію тами сигналу збудження, котрі в більшій мірі взаємної кореляції сигналів, що були збуджені у пройшли через випромінювач, приймач та зразок, і зразку, і тих ,що пройшли крізь нього. Затримка, до того ж розповсюджуються швидше за інші яка відповідає максимуму взаємної кореляційної складові. функції, є часом проходження максимального поНеобхідність виміряти затримку між сигналами току енергії від випромінювача до приймача. різної форми: призводить до чисельності критеріїв У пропонованому способі порівнюються за довизначення моменту приходу імпульсу в різних помогою корелометра реалізації сигналу збуджеприладах УІМ. Серед таких критеріїв зустрічаємо: них у зразку коливань і тих, що пройшли через - момент перевершення сигналом рівня шумів; зразок. Ці сигнали порівнюються не по одному - момент перевершення масштабованим приелементу форми, а по всій реалізації, на протязі йнятим сигналом наперед встановленого рівня; всього часу поки сигнали відрізняються від нуля. У - точку перегину осцилограми прийнятого сигтакій спосіб лишаються не визначеними момент налу; початку і кінця прозвучування, рівні сигналів в ці - момент перевершення першою похідною симоменти, зате з найбільшою точністю вимірюється гналу рівня (першої похідної) шумів затримка розповсюдження енергії коливань у зразАле жоден з цих критеріїв не враховує різницю ку. Врахування значення сигналів не в один з мочастотних характеристик матеріалів, різне затументів, а на протязі певного проміжку часу, дозвохання коливань у зразках та спектру коливань на ляє зменшити випадкову складову похибки прийомній стороні, які зумовили появу сигналу на вимірювання швидкості звуку. приймачі. Цей критерій лишається одним і тим Зміни спектрального складу сигналу під час самим для всіх матеріалів, форм і розмірів зразків, проходження через зразок, як і дисперсія швидкощо призводить до фактично різних умов вимірюсті звуку, змінюють значення максимуму взаємної вання часу проходження звуком кожного зразка. А кореляційної функції, але не визначають положенз другого боку різноманіття критеріїв моменту приня цього максимуму на осі затримки - тобто не ходу сигналу в різних приладах ускладнює поріввпливають на результат вимірювання часу прохоняння результатів їх вимірювань. дження коливань через зразок. Неузгодженість Корекція систематичної похибки приладів УІМ частотних характеристик випромінювача і приймаздійснюється за допомогою комплекту зразків з ча також відбивається на максимальному значені органічного скла [6]. Такий спосіб не враховує відвзаємної кореляційної функції і не впливають на мінності рівня прийнятого сигналу і частотної зарезультати вимірювання затримки [1]: лежності параметрів досліджуваного матеріалу і Dw 1 органічного скла. r12 ( t) max = * w2 - w1 Якщо моментом приходу акустичного сигналу s2 1+ n вважати перевершення певного фіксованого рівня, s2 (6) c то похибка виміру часу буде визначатися в основному кінцевою крутизною фронтів радіоімпульсу і r12 (t ) max де - максимальне значення взаємрівнем шуму в сигналі приймача. Ця похибка оціної кореляційної функції; 5 37774 6 вимірювання швидкості звуку пропонованим споDw частотна смуга сигналу, що пройшов через собом до дії перешкод. зразок і приймач; Джерела інформації: w2 - вер хня частота сигналу, що був поданий 1. А.К. Новиков. Статистические измерения в на зразок; судовой акустике, Л, С удостроение. 1985. w1 -нижня частота сигналу, що був поданий на 2. Поліщук Є.С., Дорожовец М.М., Яцук В.О., зразок; Метрологія та вимірювальна техніка, Львів, Бескид sп - середнє квадратичне значення перешкоБіт, 2003. ди; 3. Сиберт У.M., Цепи, сигналы, системы: в 2-х sс - середнє квадратичне значення сигналу на частях. Пер. с английского ,M., Мир, 1988 прийомній стороні. 4. Ультразвук, под ред. И.П. Голямина Усереднення перешкод під час розрахунку ко5. ЩЮ2.777.006 РЭ. Прибор ультразвуковой реляційної функції, зменшує інтенсивність впливу УК-14. Руководство по эксплуатации. шумів на результати вимірювання в залежності від 6. О.Я.Шмелёв Относительное измерение вибраних меж інтегрування [1]. На Фіг.2 наведено скорости и затухания ультразвука в сильнопоглоприклади сигналу з шумами на приймачі, а на щающи х жидкостях, "Измерительная техника", Фіг.З - взаємної кореляційної функції цього сигналу №1,1995, с.66-67. з сигналом поданим у зразок за умови інтегруван7. Боровиков А.М., Уголев Б.И., Справочник по ня по семидесяти точкам реалізації. У цьому придревесине, M, Лесн. пром. 1989. кладі вибрано рівень шумів значно вищий за реальний для демонстрації стійкості результату Комп’ютерна в ерстка А. Крижанівський Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601