Спосіб виміру швидкості звуку і пристрій для його виконання

Номер патенту: 14170

Опубліковано: 25.04.1997

Автори: Бабій Маргарита Василівна, Бабій Владлен Іванович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ измерения скорости звука, заклю­чающийся в том, что излучают акустические им­пульсы в исследуемую среду и регистрируют время прохождения ими заданного расстояния, по кото­рому определяют скорость звука, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, регистра­цию времени прохождения акустических импуль­сов осуществляют по моментам изменения фазы световой волны сфокусированного когерентного излучения, перпендикулярного направлению аку­стического излучения.

2. Устройство для измерения скорости звука, со­держащее измерительную камеру, установленные в ней электроакустический излучатель и отража­тель звука и последовательно соединенные изме­ритель временного интервала, вычислительный блок и регистратор, отличающееся тем, что оно снабжено оптическим интерферометром Майкельсона и подключенным к выходу его фотоприемникафильтром верхних частот, выход которого связан с входом измерителя временных интервалов, а из­мерительное плечо интерферометра Майкельсона выполнено из короткофокусного объектива и вог­нутого сферического зеркала, имеющих общий фо­кус и установленных на одной оптической оси, перпендикулярной к оси электроакустического из­лучателя.

Текст

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения скорости звука Цель изобретения - повышение точности за счет исключения погрешности от дифракции звука в точке приема. В исследуемую среду излучают звуковые импульсы излучателем, регистрируют время прохождения ими заданного расстояния по моментам изменения фазы световой волны сфокусированного на оси излучателя когерентного излучения, перпендикулярного направлению излучения, по времени прохождения определяют скорость звука в среде. 2 с.п ф-лы, 1 ил. (Л Изобретение относится к акустическим измерениям, а именно к прецизионным измерениям абсолютных значений скорости распространения звука в жидкостях в частности в морской воде, а также в газах Цель изобретения - повышение точности измерения скорости звука за счет исключения погрешностей от дифракции звука в точке его приема. На чертеже представлено устройство, реализующее способ измерения Устройство состоит из измерительной камеры 1, представляющей собой, например, сосуд из коррозионностойкого материала, подвижного штока 2 с укрепленным на нем отражателем звука 3 уплотнителей (направляющих) 4, в которых перемещается шток 2 и механизма 5 продольного перемещения штока 2, например, винтовой пары, приводимой в движение электромотором через редуктор. Шток 2 связан с измерителем 6 продольного перемещения штока 2, в качестве измерителя 6 может быть исполь зован, например, серийно выпускаемый лазерный измеритель перемещений типа ИПЛ-ЗОК В камере 1 установлен электроакустический излучатель 7, например, выполненный в виде диска из пьезокерамики типа ЦТС или пьезокварца В состав устройства также входит оптический интерферометр 8 Майкельсона с фотоэлектрической регистрацией. Оптический интерферометр 8 в свою очередь состоит из источника 9 когерентного непрерывного монохроматического света (например, гелий-неонового лазера с расширителем пучка), светоделителя 10 (например, светоделительного куба с полупрозрачным слоем ВВ), короткофокусного объектива 11 (например, фотообъектива с фокусным расстоянием «50 мм), вогнутого сферического зеркала 12 (например, с наружным покрытием) и с таким же фокусным расстоянием и углом раскрыва, как и у объектива 11, и зеркала 13 установленного в опорном плече Для смещения зеркала 13 служит блок 14, выполненный в С 8 ел > 1670425 виде пьезоэлектрического или магнитострикционного столбика. Интерферометр 8 также содержит фотоэлектрический приемник 15 (например, фотодиод или ФЭУ), фильтры низких 16 и высоких 17 частот (на- 5 пример, RC-фильтры), усилитель 18 низких частот (операционный усилитель), усилитель-формирователь 19 (например, операциоьный усилитель с компаратором), измеритель 20 временного интервала (меж- 10 ду импульсами, поступающими с выхода усилителя-формирователя 19) в цифровом коде. В состав устройства входят вычислительный блок 21 и регистратор 22 (напри- 15 мер, цифропечать или графопостроитель). Позицией 23 показан схематически акустический импульс, распространяющийся от преобразователя 7 до отражателя 3 и обратно, ПОЗЕІЦИЄЙ U o обозначено опорное 20 напряжение смещения усилителя 18. Позицией L обозначено продольное перемещение штокэ 2, Позицией 24 обозначена исследуемая среда - газ или жидкость, например морская вода. Позицией F обозна- 25 чен фокус (фокальное пятно) в рабочем плече оптического интерферометра, образованном объективом 11 и зеркалом 12. Генератор 25 подключен к излучателю 7. Позициями а и б обозначены крайние поло- 30 жения отражателя 3 звука. Фотоэлектрический приемник 15 соединен с входами фильтров 16, 17, выход фильтра 16 соединен с входом усилителя 18, выход усилителя 18 соединен с блоком 14, а 35 выход фильтра 17 соединен с входом усилителя 19, выход усилителя 19 соединен с входом блока 20, выход блока 20 подключен к вычислительному блоку 21. Измерительное плечо оптического ин- 40 терферометра 8 размещено в исследуемой среде 24 в камере 1 между преобразователем 7 и отражателем звукз 3 и образовано лежащими на одной оптической оси один против другого короткофокусным объекти- 45 вом 11 и вогнутым сферическим зеркалом 12 так, что фокусы объектива 11 и зеркала совмещены, этот их общий фокус F размещен на оси акустического пучка, а оптическая ось этого плеча интерферометра 8 ориенти- 50 рована нормально оси акустического пучка, при этом ширина акустического пучке не превышает расстояние между объективом и сферическим зеркалом для устранения отражений. 55 Позицией "Сброс" обозначена цепь, соединяющая первый вход усилителя 18 с "землей", т.е. "обнуляющая" его потенциал по сигналу с аыхода зычмсяитеяй 2Ї Она выполнена в еиде ключа управляющий вход Которого соединен с отдельным выходом вычислителя 21. Способ осуществляют следующим образом. В исследуемую среду излучают акустические импульсы и регистрируют время прохождения или заданного расстояния по моментам изменения фазы световой волны, сфокусированного на оси акустического излучения когерентного излучения, перпендикулярного направлению акустического излучения. Устройство работает следующим образом. Источник 9 излучает параллельный пучок когерентного монохроматического света длиной волны XQ Н вакууме. Этот пучок света направляется на светоделитель 10, где делится на две части. Одна часть проходит через светоделитель 10 прямо к короткофокусному объективу 11, посредством которого пучком фокусируется в исследуемой среде в точке F на акустической оси преобразователя 7'. Пройдя фокус F в рабочем измерительном плече оптического интерферометра 8, пучок света попадает на поверхность сферического зеркала ^.отразившись от которой он снова собирается в фокусе F, проходит в обратном направлении через объектив 11 и возвращается в светоделитель 10, где отразившись от полупрозрачного слоя ВВ, направляется в фотоприемник 15. Другая часть светового пучка от источника 9 направляется светоделителем Ю на зеркало 13, установленное в опорном плече интерферометра. Отраженный от зеркала 13 опорный пучок света направляется обратно через светоделитель 10 в фотоприемник 15. В плоскости фотоприемника 15 опорное оптическое излучение интерферирует с пучком света, поступившим из рабочего плеча Фотоприемник 15 преобразует интенсивность света в электрическийсигнал, который поступает на вход фильтра 16 низкой частоты с полосой пропускания, например 0-1 кГц. С выхода фильтра 16 электрический сигнал поступает на один из входов операционного усилителя 18, на другой вход которого подается опорное напряжение U o . Выходное напряжение усилителя 18 посредством устройства ^ у п равляет положением зеркала 13 в опорном плече интерферометра, образуя оптикоэлектрическую цепь отрицательной обрэтной связи. Напряжение U o устанавливают такой величины, чтобы при замкнутой контакте "Сброс" перед началом цикла измерений средняя интенсивность і света, регистрируемая фотоприемником 15, соот 1670425 ветствовала середине линейного участка интерференционной картины, т.е. 0,5 (Imax + + I min), что соответствует случаю, когда интерферирующие опорный и рабочий световые пучки находятся в квадратуре (сдвиг по фазе л/2 или 90°). Таким образом, эта оптикоэлектрическая цепь отрицательной обратной связи автоматически компенсирует медленные изменения рззности оптических длин рабочего и опорного плеч интерферометра, поддержиаая ее постоянней на уровне л 12, Пусть в начале цикла измерений скорости звука в исследуемой жидкости 24, например воде, механизм 5 перемещает шток 2 в направляющих А и устанавливает отражатель звука 3 в исходное положение а, например верхнее После этого возбуждается излучатель 7, от излучающей поверхности которого в исследуемой среде 24 распространяется в сторону отражателя 3 короткий акустический импульс 23, например, биимпульс длительность Ги ~ 1 мкс. Распространяясь в среде 24 от излучателя 7 в сторону отражателя звука 3 в прямом направлении, звуковой импульс 23 пересекает обьем, занимаемый сфокусированным световым пучком в рабочем плече интерферометра (обозначен штриховыми линиями) При прохождении звуковым импульсом фокальной области F изменяется показатель преломления Д п света в исследуемой среде за счет воздействия на нее звукового давления. Это изменение описывается соотношением An = где (д п дР 5 дар 35

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for measurement of sound velocity and appliance for its implementation

Автори англійською

Babii Vladlen Ivanovych, Babii Marharyta Vasylivna

Назва патенту російською

Способ измерения скорости звука и устройство для его выполнения

Автори російською

Бабий Владлен Иванович, Бабий Маргарита Васильевна

МПК / Мітки

МПК: G01N 29/07, G01H 9/00, G01F 1/66, G01H 5/00

Мітки: виконання, виміру, пристрій, швидкості, спосіб, звуку

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/6-14170-sposib-vimiru-shvidkosti-zvuku-i-pristrijj-dlya-jjogo-vikonannya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб виміру швидкості звуку і пристрій для його виконання</a>

Подібні патенти