Измеритель скорости звука в неоднородных средах

Авторы патента:

G01H5 - Измерение скорости распространения ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых колебаний

Владельцы патента RU 2328706:

Калинина Елена Петровна (RU)

Изобретение относится к области импульсной акустической измерительной техники и может быть использовано для измерения скорости звука в неоднородных средах, преимущественно для томографии. Измеритель скорости звука в неоднородных средах содержит приемоизлучающий акустический преобразователь 1, импульсный генератор 3, приемный усилитель 4, аналого-цифровой преобразователь 5, блок микропроцессора 6 и блок выдачи данных 7. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей. Устройство обеспечивает получение значений скоростей звука в каждой из однородных сред, составляющих исследуемую неоднородную среду, путем использования единственного зондирующего акустического импульса. 1 ил.

Известно устройство для измерения скорости ультразвуковых колебаний в образцах [1], содержащее в качестве исследуемой среды однородный образец, синхронизатор, возбуждающий генератор, линию задержки, пьезоизлучатель, измерительный триггер, пьезоприемник, усилитель, селектор, амплитудный дискриминатор, схему запоминания, преобразователь время-напряжение, индикатор и самописец. Недостатком устройства является невозможность измерения скорости звука в неоднородных средах.

Известно устройство для измерения времени распространения ультразвуковых колебаний [2], содержащее в качестве исследуемой среды однородную среду с флюктуирующими акустическими параметрами, генератор, излучатель, приемник ультразвуковых колебаний, два селектора, схему памяти, амплитудный дискриминатор и измеритель временного интервала. Недостатком устройства является невозможность измерения скорости звука в неоднородных средах.

Известен измеритель скорости звука в жидких средах [3], содержащий в качестве исследуемой среды однородную жидкую среду с флюктуирующими акустическими параметрами, импульсный генератор, приемоизлучающий акустический преобразователь, акустический отражатель, приемный усилитель, временной селектор, аналого-цифровой преобразователь, схему памяти, цифровое вычислительное устройство, тактовый генератор, блок управления и блок выдачи данных. Недостатком устройства является невозможность измерения скорости звука в неоднородных средах.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым устройством, состоит в расширении функциональных возможностей за счет получения значений скоростей звука в каждой из однородных сред, составляющих исследуемую неоднородную среду, путем использования единственного зондирующего акустического импульса.

Технический результат обеспечивается тем, что в устройстве, содержащем последовательно соединенные приемоизлучающий акустический преобразователь и приемный усилитель, импульсный генератор, выход которого соединен с входом приемного усилителя, аналого-цифровой преобразователь и блок выдачи данных, приемный усилитель выполнен с возможностью управления его коэффициентом усиления, блок выдачи данных выполнен по меньшей мере с двумя индикаторами значений скоростей звука, вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом приемного усилителя, введен блок микропроцессора, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, первый порт выхода соединен с управляющим входом импульсного генератора, второй порт выхода соединен с управляющим входом приемного усилителя, а третий порт выхода соединен с входом блока выдачи данных.

Структурная схема устройства приведена на чертеже.

Устройство содержит в качестве исследуемой среды неоднородную среду 1, приемоизлучающий акустический преобразователь 2, импульсный генератор 3, приемный усилитель 4, аналого-цифровой преобразователь 5, блок 6 микропроцессора и блок 7 выдачи данных.

Измеритель скорости звука в неоднородных средах работает следующим образом. На исследуемую неоднородную среду 1, состоящую из слоев однородных материалов, например "металл-керамика-металл" или "мягкие биоткани-кость-биоткани", направляется по нормали к ее поверхности зондирующий акустический импульс приемоизлучающего акустического преобразователя 2, возбужденного видеоимпульсом импульсного генератора 3 в момент времени t0 по управляющему сигналу с соответствующего выхода блока 6 МП. Зондирующий акустический импульс проходит последовательно со скоростями v1, v2, v3, ... слои однородных материалов, толщина которых b1, b2, b3, ..., причем от каждой границы слоев часть энергии зондирующего акустического импульса отражается, поступает на приемоизлучающий акустический преобразователь 2, на выходе которого формируются в моменты времени t1, t2, t3, ... электрические радиоимпульсы, которые усиливаются в приемном усилителе 4 с коэффициентом усиления, определяемым управляющим сигналом с соответствующего выхода блока 6 МП, и после оцифровки в АЦП 5 поступают на вход блока 6 МП, в котором производятся вычисления скоростей звука v1, v2, v3, ... в соответствующих однородных материалах, значения которых поступают для индикации на блок 7 выдачи данных. Для повышения точности измерений расчеты в блоке 6 МП могут производиться по нескольким последовательным зондирующим импульсам с использованием статистических методов.

Измеритель скорости звука в неоднородных средах может быть выполнен из типовых модулей и на доступной элементной базе. Конструктивное выполнение ряда блоков может совпадать или включать конструкции того же функционального назначения прототипа и аналогов. Например, блоки 2, 3, 5 могут совпадать по конструкции с блоками 2, 1, 6 прототипа. Блоки 4 и 7 могут в основном совпадать с конструкциями блоков 4 и 12, дополненными указанными выше возможностями. Конструкция блока 6 МП и его программное обеспечение определяются функциональным назначением и являются типовыми, известными либо очевидными из уровня техники в применяемых временном и частотном диапазонах. Например, вычислительная часть программы блока 6 МП может быть выполнена с применением стандартной программы Minerr:

1.	v1o:=1540	v2o:=4080	v3o:=1540
2.	b1:=0.02	b2:=0.01	b3:=0.01
3.	t1:=0.00002597	t2:=0.00003087	t3:=0.00004386
4.	v1:=1000	v2:=1000	v3:=1000
5.	Given
6.
7.	Z:=Minerr(v1, v2, v3)
8.
9.

Программа предназначена для исследования неоднородной среды, состоящей из трех слоев материалов, например, "биоткань-кость-биоткань" (условно - "запястье руки"). Операторы в строках программы имеют следующее содержание.

1. v1o, v3o - скорость звука в м/с табличная в биотканях; v20 - в кости.

2. b1, b2, b3 - толщина слоев в метрах.

3. t1, t2, t3 - моменты времени поступления отраженных от границ слоев импульсов (относительно t0) в с.

4. v1, v2, v3 - начальные значения для искомых скоростей в м/с.

5. Начало процедуры решения системы уравнений.

6. Система уравнений.

7. Вывод результатов решения: Z₀ - оценка v1, Z₁ - оценка v2, Z₂ - оценка v3.

8, 9. Расчет относительных погрешностей оценок скоростей по сравнению с табличными значениями.

Библиографический список

1. А.с. №402734. Устройство для измерения скорости ультразвуковых колебаний в образцах / Т.С.Лебедев и др. // БИ №42. 1973.

2. А.с. №640221. Устройство для измерения времени распространения ультразвуковых колебаний / В.Т.Адов и др. // БИ №48. 1978.

3. Патент №2208223 (RU). Измеритель скорости звука в жидких средах / К.И.Полканов и др. // БИ №19. 2003.

Измеритель скорости звука в неоднородных средах, содержащий последовательно соединенные приемоизлучающий акустический преобразователь и приемный усилитель, импульсный генератор, выход которого соединен с входом приемного усилителя, аналого-цифровой преобразователь и блок выдачи данных, отличающийся тем, что приемный усилитель выполнен с возможностью управления его коэффициентом усиления, блок выдачи данных выполнен по меньшей мере с двумя индикаторами значений скоростей звука, вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом приемного усилителя, введен блок микропроцессора, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, первый порт выхода соединен с управляющим входом импульсного генератора, второй порт выхода соединен с управляющим входом приемного усилителя, а третий порт выхода соединен с входом блока выдачи данных.

Изобретение относится к гидроакустике, а именно к устройствам для измерения скорости звука в текущих жидкостях и в воде, и может быть размещено как на стационарных объектах, так и на подвижных объектах, движущихся с большими скоростями.

Устройство для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах // 2319116

Изобретение относится к устройствам для акустических измерений. .

Способ измерения скорости распространения звука в морской воде на больших глубинах с подводного носителя // 2313769

Способ измерения скорости ультразвука в углеродных жгутах и нитях и устройство для его осуществления // 2281464

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля и может быть использовано для определения скорости ультразвука в углеродных нитях и жгутах и других функционально зависящих от скорости параметров, например динамического модуля упругости.

Способ непрерывной регистрации положения, профиля и скорости движущейся поверхности // 2250434

Изобретение относится к технике регистрации быстропротекающих однократных процессов (быстрое горение, взрыв, высокоскоростное взаимодействие материалов, распространение ударных волн и т.п.).

Измеритель скорости звука в жидкой среде // 2244270

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для определения скорости звука в жидкостях и воде при исследованиях Мирового океана на движущихся объектах, а также в текущих жидкостях и сыпучих средах.

Способ и устройство для измерения времени распространения сигнала, в частности, ультразвукового сигнала // 2243513

Изобретение относится к средствам контроля времени распространения ультразвуковых сигналов, которые распространяются между двумя датчиками. .

Способ определения скорости звука // 2221224

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в самых разных областях науки и техники для определения скорости звука в прозрачных жидкостях и твердых телах.

Измеритель скорости звука в жидких средах // 2208223

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для измерения скорости звука в естественных водоемах. .

Способ измерения скорости распространения поперечных акустических волн в электропроводящих материалах при одностороннем доступе с помощью бесконтактного излучения и приема поперечных акустических волн с горизонтальной поляризацией // 2207521

Изобретение относится к технике измерения скорости распространения акустических волн в материалах при дефектоскопии. .

Устройство для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах // 2330248

Изобретение относится к устройствам для акустических измерений и может быть использовано для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах

Способ определения скорости звука в моно- и поликристаллах // 2354940

Изобретение относится к области испытания физических свойств материалов и предназначено для определения скорости звука в моно- и поликристаллах

Способ определения скорости звука в жидких средах // 2436050

Изобретение относится к акустическим измерениям и предназначено для использования в ультразвуковой технике

Способ измерения распределения скорости звука в жидкой среде // 2456554

Изобретение относится к области акустических измерений и может быть использовано для измерения вертикального распределения скорости звука в естественных водоемах

Способ измерения скорости поверхностной ультразвуковой волны // 2490606

Способ оценки полного профиля вертикального распределения скорости звука // 2498354

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при формировании оценки полного профиля вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ) по его измеренному в некотором диапазоне глубин фрагменту. Сущность: в способе осуществляется достраивание полного профиля ВРСЗ на основе текущего замера ВРСЗ с привлечением априорной информации из базы данных многолетних измерений ВРСЗ, представленной в статистической форме. Для измеренного фрагмента ВРСЗ находится максимально правдоподобное априорное ВРСЗ из базы данных, после чего происходит достраивание точек ВРСЗ для глубин, лежащих выше и ниже границ замера ВРСЗ. При этом производится коррекция априорного профиля с учетом текущей глубины района плавания и, в случае необходимости, линейная интерполяция реперных точек на интересующие глубины. Технический результат: повышение достоверности гидрологических моделей, повышение точности решения прогнозных задач гидроакустики - расчета дальности действия гидроакустических систем, расчета оптимальной мощности излучения сонаров и т.п. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ определения скорости звука // 2515125

Изобретение относится к области гидроакустической метрологии и может быть использовано для построения современных многолучевых эхолотов. Производят ненаправленное излучение зондирующего сигнала в сторону дна, прием отраженного сигнала веером статических характеристик направленности (ХН), измерение скорости звука на глубине их излучения, сигнал, отраженный от дна, принимают двумя парциальными ХН под углами меньше, чем 40 градусов от нормали, а их оси разнесены на углы порядка 2 градуса, измеряют углы направленности выбранных парциальных ХН, измеряют времена прихода сигналов, отраженных от дна, в выбранные парциальные ХН, определяют отношение времен распространения принятых сигналов, производят последовательный перебор возможных значений скорости звука на глубине у дна в диапазоне 30% от скорости звука, измеренной на глубине излучения с шагом 0,5 м/сек, а за оценку скорости звука на глубине принимают то значение, которое обеспечивает минимум разности. Техническим результатом является повышение точности измерения глубины многолучевым эхолотом. 1 ил.

Времяпролетный способ определения скорости звука в жидкой среде и устройство для его осуществления // 2529734

Изобретения относятся к области гидроакустической метрологии. Процедура измерения скорости звука времяпролетным способом предполагает задание базы измерения с помощью специальной меры длины, выполненной в виде прямоугольного параллелепипеда с двумя полированными звукоотражающими поверхностями. Прямоугольный параллелепипед закрепляют вертикально на юстируемом основании рабочего измерительного объема, ограниченного крышкой в виде плоскопараллельной пластины. Напротив звукоотражающего торца прямоугольного параллелепипеда и звукоотражающего основания устанавливают приемно-передающие пьезопреобразователи, подключенные к генератору электрических импульсов и измерителю временных интервалов. Пьезопреобразователи закрепляют на наружной поверхности плоскопараллельной пластины, а юстировочные элементы располагают на основании, связанном с верхней частью устройства беличьим колесом. Процедура измерения предполагает многократное переотражение звуковых импульсов. Оценка скорости звука производится по интервалам времени от начала формирования звуковых импульсов, создаваемых формирователем, до момента приема звуковых импульсов с учетом поправки на допускаемую недоюстировку. Технический результат - повышение точности измерения скорости звука. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Способ измерения скорости звука в воде // 2545065

Изобретение относится к области гидроакустических измерений и может быть использовано для измерения вертикального распределения скорости звука в естественных водоемах. Сущность: производят зондирование акустическим импульсным сигналом одиночного относительно сильного естественного акустического рассеивателя, находящегося в водном объеме, ограниченным характеристиками направленности акустических излучателя-приемника и двух приемников, оси характеристик направленности которых пересекаются на одном горизонте с осью характеристики направленности акустического излучателя-приемника. Последовательно изменяют углы наклона характеристик направленности первого и второго акустического приемников, которые расположены на фиксированных расстояниях от излучателя-приемника на одном горизонте с ним. Измеряют времена прихода принятых сигналов, определяют по их значениям, значению скорости звука на горизонте акустических источника и приемников, известным расстояниям между ними значения скорости звука в водоеме на заданных горизонтах. Излучают или монохроматический импульсный акустический сигнал малой длительности, или сложный импульсный акустический сигнал с гиперболической частотной модуляцией, при использовании которой времена прихода принятых сигналов определяют по временному положению максимумов взаимнокорреляционных функций излучаемого и принятых сигналов. Технический результат - повышение точности и глубины измерения скорости звука на заданных горизонтах в естественных водоемах дистанционным акустическим способом на ходу носителя аппаратуры. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство для измерения параметров срабатывания непервичного капсюля-детонатора в подрывном электродетонаторе // 2555742

Изобретение относится к области измерения параметров срабатывания средств инициирования детонации зарядов взрывчатых веществ при взрывных работах, а именно подрывных электродетонаторов (ЭД), имеющих в составе непервичный капсюль-детонатор (КД) на основе бризантных взрывчатых веществ (БВВ) и стандартный электровоспламенитель (ЭВ) с жестким или эластичным креплением мостика накаливания. Устройство для измерения параметров срабатывания непервичного капсюля-детонатора в подрывном электродетонаторе состоит из муфеля для подрыва электродетонатора на свинцовой пластине, узла задействования мостика накаливания постоянным или импульсным токами, измерителя времени срабатывания с запуском начала отсчета времени от момента задействования, ионизационного датчика фиксации детонации, ионизационного датчика фиксации момента срабатывания электровоспламенителя, узла регистрации сигналов от датчиков и выдачи сигнала на измеритель времени срабатывания. Приведенная конструкция устройства позволяет полностью обеспечить комплексное измерение всех параметров срабатывания КД как непервичного, так и первичного типов в составе подрывного ЭД, при этом впервые в рамках одного испытания. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.,1 табл.