Устройство для измерения скорости ультразвука

Устройство для измерения скорости ультразвука

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА, содержащее последовательно соединенные генератор, камеру с пьезоизлучателем и пьезоприемником , блок усиления и формирования и блок настройки частоты, выходом соединенный с вторым входом генератора , последовательно соединенные и подключенные к выходу генератора делитель частоты, селектор и счетчикиндикатор , связанньй с селектором выходом , блок базы времени и соединенный с выходом генератора блока введения поправки фазового сдвига, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности в широком диапазоне частот, блок введения поправки выполнен в виде последовательно соединенных преобразователя частота-напряжение , первого двухполюсника, ум ,ножителя тока и второго двухполюсника , при этом выход умножителя тока подключен к входу блока базы времени , а. параметры двухполюсников выбраны из условия I j-ic-tsju / -. (Л где и - напряжение на выходе двухпос люсника, 1 - коэффициент передачи двухпо§ люсника, I 3 - входной ток.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

О,ИЦИЮ

РЕСПУБЛИН

69 01) (д) Q 01 М 29/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3575976/18-28 (22) 31.03 ° 83 (46) 07.07.84. Бюл. Ф .25 (72) В.А.Сукацкас и В.К.Армошка (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (53) 620.179.16(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 684435, кл. Ci.01 М 29/00, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР и - 654892, кл. Я 01 и 29/00, 1976 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА, содержащее последовательно соединенные генератор, камеру с пьезоизлучателем и пьезоприемником, блок усиления и формирования и блок настройки частоты, выходом соединенный с вторым входом генератора, последовательно соединенные и подключенные к выходу генератора делит ель частоты, селектор и счетчикиндикатор, связанный с селектором выходом, блок базы времени и соединенный с выходом генератора блока введения поправки фазового сдвига, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности в широком диапазоне частот, блок введения поправки выполнен в виде последовательно соединенных преобразователя частота-напряжение, первого двухполюсника, ум,ножителя тока и второго двухполюсника, при этом выход умножителя тока подключен к входу блока базы времени, а параметры двухполюсников выбра- ны из условия е

3=М U где 0 — напряжение на выходе двухполюсника, С:

k — - коэффициент передачи двухполюсника, 3 — входной ток.

1101727

Изобретение относится к средствам для акустических измерений и может быть использовано для измерения скорости распространения ультразвука

В мщцкостях при исследовании свойств 5 и контроле качества материала в различных областях техники.

Известен ультразвуковой интерферометр постоянной длины, содержащий последовательно соединенные генератор, камеру с пьезоизлучателем и пьеэоприемником, блок усиления и формирования и блок управления, частотомет, подключенный к выходу генератора, генератор-делитель меток времени, tS частотный демодулятор, интегратор, исполнительный блок, триггер, делитель с выходами в позиционном коде и переключателем, индикатор, основной и дополнительный высокочастотные клю- 20 чи, основной и дополнительный ключи меток и двухпозиционный переключатель. Устройство позволяет измерять скорость распространения ультразвука на двух частотах и усреднить получен- 2S ные результаты с определенными весовыми коэффициентами, что позволяет уменьшить систематическую погрешность измерения, вызванную фазовым сдвигом ультразвука при отражении от пьезо- Зр преобразователей 1 g.

Однако эффективное уменьшение погрешности возможно только на частотах, .близких к резонансной частоте преобразователей или.к частоте, меньшей в З два раза. На других частотах зависимость фазового сдвига от частоты сильно отличается от линейной и компенсация погрешности получается неполной. Кроме того, для получения 40. одного значения измеряемой скорости необходимы два измерения на различных частотах.

Наиболее близким ло технической сущности к изобретению является устройство для измерения скорости ультразвука, содержащее последовательно соединенные генератор, камеру с пьезоизлучателем и пьеэоприемником,®0 блок усиления и формирования и блок настройки частоты, выходом соединенный с вторым входом генератора, последовательно соединенные и подключенные к выходу генератора делитель частоты, селектор и счетчик-индикатор, связанный с селектором выходом, блок базы времени и соединенный с выходом генератора блок введения поправки фазового сдвига.

Известным устройством получают два приближенных значения скорости, содержащих систематические погрешности, вызванные фазовым сдвигом ультразвука при отражении от пьезопреобразователей, на основе которых блок введения поправки фазового сдвига вырабатывает поправку для компенсации погрешности f 21., Недостатком известного устройства является то, что повышение точности за счет компенсации погрешности невозможно в широком диапазоне час-. тот, а только на двух определенных частотах, находящихся в области резонансной частоты преобразователей и частоты в два раза меньшей.

Цель изобретения — повышение точности в широком диапазоне частот.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения скорости ультразвука, содержащем пос-. ледовательно соединенные генератор, камеру с пьезоизлучателем и пьезоприемником, блок усиления и формирования и блок настройки частоты, выходом соединенный с вторым входом генератора, последовательно соединенные и подключенные к выходу генератора делитель частоты, селектор и счетчикиндикатор, связанный с селектором выходом, блок базы времени и соединенный с выходом генератора блок введения поправки фазового сдвига, блок введения поправки выполнен в виде последовательно соединенных преобразователя частота-напряжение, первого двухполюсника, умножителя тока и вто-. рого двухполюсника, при этом выход умножителя тока подключен к входу блока базы времени, а параметры двухполюсников выбраны из условия где Π— напряжение на выходе двухполюсника, — коэффициент передачи двухполюсника;

3 — входной ток.

На чертеже изображена -структурная схема устройства.

Генератор 1 подключен к пьезоизлучателю 2, вмонтированному. в изме- . рительную камеру 3, напротив которого встроен пьезоприемник 4, подключенный к входу блока S усиления и фор27 4 вому значению скорости t . Сигнал длительностью Т вырабатывается блоком 10 базы времени.

Известно, что величина фазового сдвига и поправка связаны следующей зависимостью:

2 (2!

1 «3f

27i 1.

q „„ 21 - 0 и о где Ч—

L о

С о

Если ны, то (4) о =2о л

2Е„Е и-а

3 . 11017 мирования. Выход блока 5 через блок

6 настройки частоты соединен со вторым входом генератора 1. Выход генератора 1 через делитель 7 частоты и селектор 8 связан со счетчиком-инди- катором 9. Управляющий вход селектора 8 соединен с выходом блока 10 базы времени. Выход генератора 1 связан также со входом блока 11 введения поправки фазового сдвига, состоя- 1О щим из последовательно соединенных преобразователя 12 частота-напряжение, первого двухполюсника 13, умножителя

14 тока и второго двухполюсника 15.

Выход бока 11 введения поправки фазо- 15 вого сдвига, которым является вход второго двухполюснйка 15, подключен к входу блока 10 базы времени.

Устройство работает следующим образом. 20

Генератор 1 вырабатывает высоко1частотное напряжение, которое пьеэоизлучателем 2 преобразуется в ультразвуковые волны. Они распространяются в исследуемом веществе в камере 3 и частично отражаются от пьеэорриемника 4, частично преобразуются им в электрические колебания. Когда частота ультразвука равна частоте акустического резонанса камеры 3, напря- ЗО жения пьезоприемйика 4 возрастает до максимального значения. Это напряжение усиливается блоком 5 усиления и формирования, при этом блок 6 настройки частоты обеспечивает непрерыв35 ную динамическую настройку генератора 1 на акустический резонанс.

Скорость ультразвука С выражается следующей формулой фазовый сдвиг ультразвуковой волны при отражении от преобразователя толщина преобразователя; скорость ультразвука в преобразователе; частота ультразвука, удельное акустическое сопро" тивление материала преобразователя, нормированное относительно исследуемой среды. оба преобразователя идентич2 "о п

В устройстве величина

Со определяется следующим образом.

Импульсы частотой f„ подаются на преобразователь 12 частота-напряжение блока 11 введения поправки. На выходе преобразователя 12 появляется зависящее от частоты и пропорциональ2> о „ ное величине напряжение. о

Это напряжение подается ка первый двухполюсник 13,- параметры которого выбраны иэ условия где „вЂ” частота резонанса, на которой в камере 3 длиной 1 размещается и полуволн ультразвука, 45

0 — поправка, вызванная, частотноэависимым сдвигом фазы при отражении ультразвуковых колебаний от преобразователей (пьезоиэлучателя 2 50 и льеэоприемника 4) на частоте п

Сигнал генератора 1 через делитель

7 частоты и селектор 8 с частотой поступает на вход счетчика-индика-55 тора 9. При определенном времени Т замыкания селектора 8 показания счетчика-индикатора 9 будут равны число-, g =k4qu где U — напряжение на выходе двухполюсника, — коэффициент передачи двухполюсника, . 3 — входной ток.

Это означает, что ток через двухполюсник 13 в этом случае пропорцио2" -о п нален - о " . данный ток проСо пускается через умножитель 14 тока, где умножается в Z раз (Z — нормированное удельное акустическое сопротивление преобразователей 2 и 4), и поступает на второй двухполюсник 15, аналогичный первому. Так как на дву::— полюсник 15 поступает заданный .ток, откуда (6), Т„ = 21

ВНИИПИ Заказ 4756/28 Тираж 823 . Подписное

Фялкал НПП "Патевт", г.Ужгород, уа.Проектмаа, 4

5 1101727 то напряжение на нем будет соответствовать зависимости

Ця „мгс1 3.

Первый двухполюсник 13 работает в ре- 5 жиме заданного напряжения, второй (15) - в режиме заданного тока.

Таким образом, на выходе блока 11 введения поправки фазового сдвига (на входе второго двухполюсника 15) имеется сигнал, пропорциональный модулю фазового угла "о и

I-vl="с1Ф z4% с "

Этот сигнал подается на вход коррекции блока 10 базы времени, поэтому при изменении частоты п в преС делах 0 -„ о, где Хо = „- резоо „20 нансная частота преобразователей, блок 10 базы времени вьфабатывает интервал времени 1, изменяющийся в пределах, т т

1-и(ь 1 +effn

Интервал Т„ выбран из условия цифрового измерения скорости ультразвука. Если коэффициент деления делителя 7 частоты равен и, то указанное условие имеет вид

С- - =Т и, (Г1 (5)

2К„. Е и и

Т1, и и в формулах (5) и (6) соответствуют случаю идеального интерферометра.

Таким образом блок 11 введения поправки обеспечивает компенсацию фазовой погрешности на любой частоте в диапазоне частот от ..нуля до и тем самым повышает точность измерения.

Устройство позволяет измерять не только скоРость, но и частотную дисперсию скорости ультразвука, при этом каждое значение скорости получается однократным измерением.