RU1816970C - Method and device for measuring sound velocity in different media - Google Patents

Method and device for measuring sound velocity in different media

Info

Publication number
RU1816970C
RU1816970C SU4947871A RU1816970C RU 1816970 C RU1816970 C RU 1816970C SU 4947871 A SU4947871 A SU 4947871A RU 1816970 C RU1816970 C RU 1816970C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sound
output
amplifier
series
input
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Иванович Гончаренко
Валерий Александрович Гордиенко
Original Assignee
МГУ им.М.В.Ломоносова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by МГУ им.М.В.Ломоносова filed Critical МГУ им.М.В.Ломоносова
Priority to SU4947871 priority Critical patent/RU1816970C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1816970C publication Critical patent/RU1816970C/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

ми соединенный с выходами сумматоров, а выходом - с управл ющим входом процессора , второй вход первого сумматора 10 соединен с выходом усилител  7 с регулируемым коэффициентом усилени , а второй вход второго сумматора 14 соединен с выходом интегратора 9.connected to the outputs of the adders, and the output to the control input of the processor, the second input of the first adder 10 is connected to the output of an amplifier 7 with an adjustable gain, and the second input of the second adder 14 is connected to the output of the integrator 9.

Существенной особенностью изобретени   вл етс  измерение мгновенных значений звукового давлени  и его градиента практически в одной точке. Это достигаетс  тем, что используетс  акустический преобразователь , в котором совмещены приемник звукового давлени  и приемник градиента давлени . Приемна  система располагаетс  от излучател  на таком рассто нии г, чтобы выполн лось условие плоской звуковой волны,.при использовании точечного излучател  должно выполн тьс  условие , где к - волновое число.An essential feature of the invention is the measurement of instantaneous values of sound pressure and its gradient at almost one point. This is achieved by using an acoustic transducer in which the sound pressure receiver and the pressure gradient receiver are combined. The receiver system is located at a distance r from the emitter so that the condition of a plane sound wave is fulfilled. When using a point emitter, the condition where k is the wave number must be fulfilled.

В плоской звуковой волне давление и градиент звукового давлени  св заны следующим известным соотношением.In a plane sound wave, the pressure and sound pressure gradient are related by the following known relationship.

c /fЈdt p,c / fЈdt p,

где с - скорость звука в среде.where c is the speed of sound in the medium.

Учитыва  это, можно записать сумму и разность между звуковым давлением и его градиентом в среде с неизвестной скоростью звука в следующем видеTaking this into account, we can write down the sum and difference between the sound pressure and its gradient in a medium with an unknown speed of sound in the following form

р - сх dt - a; р + Сх b.p - cx dt - a; p + Cx b.

Константа выбираетс  из услови , когда среднее проинтегрированное значение ра в- но нулю. Далее усредн   квадраты этих значений за врем  т, кратное или существенно больше периода колебаний, чем врем  Т. Отношение этих величин будетThe constant is selected from the condition when the average integrated value of pa is zero. Next, the squares of these values are averaged over time t that is a multiple or substantially larger than the oscillation period than time T. The ratio of these values will be

(P-Cx/| dt) (P+cx/f dt)(P-Cx / | dt) (P + cx / f dt)

Это отношение с учетом (1), если с Со известна  скорость звука в заданной среде, можно преобразовать к следующему видуThis relation, taking into account (1), if the speed of sound in a given medium is known with Co, can be converted to the following form

Сх Со г dpCx co r dp

Р-ТГ/ г-Ч# 1 +R-TG / g-H # 1 +

схcx

с;with;

(p+ /ffdt r -1-g(p + / ffdt r -1-g

Тогда искомую величину сх можно определить из следующего соотношени  с учетом того, что она может принимать значени  как больше известной скорости звука в сре- де, так и меньше.Then, the desired value of cx can be determined from the following relation, taking into account the fact that it can take values either more than the known speed of sound in the medium or less.

1 ±УД1 ± UD

ТтЖTTZh

(2)(2)

Ю Верхние знаки в числителе и знаменателе выбираютс  в случае, если разность фаз между суммой и разностью мгновенных значений звукового давлени  и проинтегрированным значением градиента давлени The upper signs in the numerator and denominator are selected if the phase difference between the sum and the difference in the instantaneous sound pressure values and the integrated pressure gradient value

15 равна л, в противном случае выбираютс  нижние знаки в числителе и знаменателе.15 is equal to l, otherwise the lower signs in the numerator and denominator are selected.

Работа устройства дл  осуществлени  способа определени  скорости звука в среде заключаетс  в следующем.The operation of the device for implementing the method for determining the speed of sound in a medium is as follows.

20 Частота, на которой осуществл етс  изме- , рение, и горизонтальное рассто ние между излучателем и приемной системой выбираютс  из услови  существовани  плоской звуковой волны или дальнего пол  (kr20 The frequency at which measurement, measurement, and the horizontal distance between the emitter and the receiving system are selected from the condition of the existence of a plane sound wave or a far field (kr

25 3). Приемна  система состоит из совмещенного в одном корпусе ненаправленного приемника 4 звукового давлени  и приемника 6 градиента звукового давлени , имеющего, косинусную характеристику направленно30 сти и ориентированного максимумом характеристики направленности на излучатель, В среде с известной скоростью звука с, например , в водной среде прин тый сигнал с приемников 4 и 6 поступает соответственно на ;25 3). The receiving system consists of an omnidirectional sound pressure receiver 4 combined in one housing and a sound pressure gradient receiver 6 having a cosine directivity characteristic 30 and oriented with a maximum directivity characteristic to the emitter. In an environment with a known sound velocity with, for example, in an aqueous medium, a received signal from receivers 4 and 6, respectively;

35 интегратор 9 и инвертор 13 и далее на сум- маторы 10 и 14, на выходе которых образуетс  сигнал, пропорциональный разности и сумме между давлением и его градиентом. С учетом характеристик направленности35 integrator 9 and inverter 13 onwards to adders 10 and 14, at the output of which a signal is generated proportional to the difference and the sum between the pressure and its gradient. Given directional characteristics

40 приемников 4 и б на выходе сумматора формируетс  характеристика направленности кардиоидного типа с минимумом, направленным на излучатель. Предварительным усилителем с регулируемым коэффициен 5 том усилени , добиваютс  минимума (практически нулевого значени  сигнала) напр жени  на выходе блока делени  12. Следует отметить, что экспериментальное значение отношени  разности между звуко50 вым давлением и его градиентом к их сумме на фиксированной частоте звукового сигнала при кардиоидной характеристике направленности может достигать 35-40 дБ. Именно этой величиной определ ютс  по55 тенциальные возможности способа определени  скорости звука в среде. С выходов сумматоров сигнал поступает на фазометр 16, который измер ет разность фаз мгно венных значений между суммой и разно40 receivers 4 and b at the output of the adder, a directivity characteristic of the cardioid type is formed with a minimum directed at the emitter. Using a preamplifier with an adjustable gain factor of 5, a minimum (practically zero signal value) of the voltage at the output of the division unit 12 is achieved. It should be noted that the experimental value of the ratio of the difference between the sound pressure and its gradient to their sum at a fixed frequency of the sound signal with a cardioid directivity can reach 35-40 dB. It is this quantity that determines the potential possibilities of the method for determining the speed of sound in a medium. From the outputs of the adders, the signal is fed to a phase meter 16, which measures the phase difference of the instantaneous values between the sum and different

стью звукового давлени  и проинтегрированным значением его градиента. Измеренное значение разности фаз подаетс  на процессор, с учетом которого вычисл етс  искома  величина. В среде с неизвестной скоростью звука будет другое значение отношени  разности между звуковым давлением и его градиентом к их сумме, с учетом которого в соответствии с формулой (2) в процессоре определ етс  искомое эначе- ние скорости звука. На фиг.2 приведена теоретическа  зависимость значений Л, выраженных в децибелах, от изменени  отношени  Сх/Со. Как следует из приведенного графика наибольша  точность определени  скорости звука в среде предложенным способом реализуетс  при изменении Сх/Со в пределах 0.4 сх/с0 3так, например, при изменении Сх/Со на 10% величина А измен етс  на 7-10 дБ, что в реальных услови х вполне измер ема  величина .by the sound pressure and the integrated value of its gradient. The measured value of the phase difference is supplied to the processor, taking into account which the desired value is calculated. In an environment with an unknown sound velocity, there will be a different value of the ratio of the difference between the sound pressure and its gradient to their sum, taking into account which, in accordance with formula (2), the desired sound velocity variation is determined in the processor. Figure 2 shows the theoretical dependence of the values of A expressed in decibels on the change in the Cx / Co ratio. As follows from the graph, the greatest accuracy in determining the speed of sound in the medium by the proposed method is realized when Cx / Co varies within 0.4 cx / s0 3 so, for example, when Cx / Co changes by 10%, the value of A changes by 7-10 dB, which real conditions are quite measurable.

Claims (2)

Формула изобретени  1. Способ определени  скорости звука в среде, заключающийс  в том, что в среду излучают звуковой сигнал, принимают прошедший через нее сигнал, измер ют звуковое давление и сигнал, пропорциональный колебательной скорости, по которым суд т о контролируемом параметре, отличающийс  тем, что, с целью повышени  достоверности, измер ют разность фаз между звуковым давлением и сигналом, пропорциональным колебательной скоро- сти, формируют зависимости разности иSUMMARY OF THE INVENTION 1. A method for determining the speed of sound in a medium, which consists in emitting an audio signal into a medium, receiving a signal transmitted through it, measuring the sound pressure and a signal proportional to the vibrational velocity, according to which a controlled parameter is judged, characterized in that, in order to increase the reliability, measure the phase difference between the sound pressure and the signal proportional to the vibrational velocity, form the dependence of the difference and суммы измеренных параметров с учетом разности фаз между ними, измер ют разность фаз сформированных зависимостей, а скорость звука в среде определ ют с учетом отношени  сформированных зависимостей и разности фаз между ними.the sum of the measured parameters, taking into account the phase difference between them, measures the phase difference of the formed dependencies, and the sound speed in the medium is determined taking into account the ratio of the formed dependencies and the phase difference between them. 2. Устройство определени  скорости звука в среде, содержащее последовательно соединенные звуковой генератор, усилитель мощности и излучатель звукового сигнала, последовательно соединенные приемник звукового давлени  и усилитель, последовательно соединенные приемник градиента звукового давлени , ориентированный максимумом направленности на излучатель звука; и усилитель с регулируемым коэффициентом усилени  и процессор, о т- личающеес  тем, что, оно снабжено подключенными к выходу усилител  последовательно соединенными интегратором, первым сумматором, первым квадратичным детектором и блоком делени , выходом соединенным с входом процессора, подключенными к выходу усилител  с регулируемым коэффициентом усилени  последовательно соединенными инвертором, вторым сумматором и вторым квадратичным детектором/соединенным с вторым входом блока делени /и фазометром, входами соединенным с выходами сумматоров, а выходом - с управл ющим входом процессора , второй вход первого сумматора соединен с выходом усилител  с регулируемым коэффициентом усилени , а второй вход второго сумматора соединен с выходом интегратора .2. A device for determining the speed of sound in an environment, comprising a series-connected sound generator, a power amplifier and a sound emitter, a series-connected sound pressure receiver and an amplifier, a series-connected sound pressure gradient receiver oriented with a maximum directivity to the sound emitter; and an amplifier with adjustable gain and a processor, characterized in that it is provided with an integrator connected in series to the output of the amplifier, a first adder, a first quadratic detector and a dividing unit, an output connected to the processor input, connected to an output of the amplifier with an adjustable coefficient amplification in series connected by an inverter, a second adder and a second quadratic detector / connected to the second input of the division unit / and a phase meter, inputs connected to the output E adders, and output - to the control input of the processor, the second input of the first adder connected to the output of the amplifier with adjustable gain factor and the second input of the second adder connected to the output of the integrator. Фиг.}Fig.} j---tCj --- tC fe.fe. Ри8,2Ri 8.2
SU4947871 1991-03-20 1991-03-20 Method and device for measuring sound velocity in different media RU1816970C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4947871 RU1816970C (en) 1991-03-20 1991-03-20 Method and device for measuring sound velocity in different media

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4947871 RU1816970C (en) 1991-03-20 1991-03-20 Method and device for measuring sound velocity in different media

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1816970C true RU1816970C (en) 1993-05-23

Family

ID=21580553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4947871 RU1816970C (en) 1991-03-20 1991-03-20 Method and device for measuring sound velocity in different media

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1816970C (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5392258A (en) Underwater acoustic intensity probe
JPS5952780A (en) Intrusion detector
JPH04218779A (en) Method and apparatus for monitoring flow speed of fluid
JP2005524063A (en) Ultrasonic Doppler effect velocity measurement method
RU1816970C (en) Method and device for measuring sound velocity in different media
JPH039405B2 (en)
JPS582620B2 (en) Bubble detection method and device
JPH06504129A (en) Noise-rejecting vortex flowmeter
Davis et al. Laser-Doppler measurement of complex acoustic impedance
JPS5918642B2 (en) Strange thing
RU1140571C (en) Method of measuring power of low-frequency hydroacoustic irradiator with internal air cavity
JPS6055934A (en) Ultrasonic blood flow meter
JP3141965B2 (en) Fish finder for weighing
SU447561A1 (en) Ultrasonic Flowmeter
SU794531A1 (en) Ultrasonic phase meter of flow rate
SU1732501A1 (en) Method of calibration of receiver of pressure gradient
SU564601A1 (en) Medium flow rate ultrasound meter
SU1744475A1 (en) Device for measurement of gas-air flow velocity
SU587388A1 (en) Device for measuring ultrasound velocity in liquid media
SU862398A1 (en) Electrical acoustic path graduation method
RU2068543C1 (en) Method of measurement of mass flow rate of liquid and gaseous media
JPH0476050B2 (en)
SU1404836A1 (en) Device for determining absorption factor of energy in objects under vibrations
JP2765117B2 (en) Vibration type signal converter
RU2039368C1 (en) Method of distance measurement and device for its implementation