Устройство для измерения коэффициента поглощения и скорости распространения ультразвука

Устройство для измерения коэффициента поглощения и скорости распространения ультразвука

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для анализа свойств и состава растворов по их акустическим параметрам . Целью изобретения является повьшение точности измерений. В устройстве генератор возбуждает излучающий ультразвуковой преобразователь , который излучает ультразвуковые волны в исследуемую среду, заполняющую измерительную камеру. Последние принимаются приемным ультразвуковым преобразователем и через линейный усилитель поступают на второй вход фазового детектора, на первый вход которого подается сигнал генератора, сдвинутый по фазе дискретным и аналоговым фазовращателями . С выхода фазового детектора сигнал поступает на вход генератора. Дискретный фазовращатель периодичес ки по сигналам таймера генерирует скачки фазы величиной 7Т/2, которые компенсируются за счет перестройки генератора по цепи отрицательной обратной связи. Уровни амплитуд, соответствующие различным состояниям дискретного фазовращателя, вьделяются с помощью амплитудного детектора и фиксируются с помощью управляемого от таймера коммутатора и фиксатора уровней. На выходах дифференциального усилителя образуется сигнал разности амплитуд, который поступает на управляющий вход аналогового фазовращателя в качестве сигнала отрицательной обратной связи, в результате чего аналоговый фазовращатель устанавливается в положение, а при котором сигналы на выходе дифференциального усилителя равны нулю. С/ При этом среднее арифметическое знас чение двух частот, соответствующих двум состояниям дискретного фазовращателя , измеряемых частотомером, точно соответствует середине пика амплитудно-частотной характерстики 1ч: резонаторной ячейки. Измеряемое знач Is: чение частоты однозначно связано со скоростью распространения ультразвука пи/21, где f - измеряемое к; значение частоты для п-го резонанск: ного пика, и - скорость ультразвука, 1 - расстояние между ультразвуковыми преобразователями. Величина девиации частоты 2f однозначно связана с коэффициентом поглощения ol. следующим соотношением: 2д /fn d/l/TI+B, где А длина ультразвука, В - постоянная, которая характеризует потери энергии в резонаторной ячейке.. 1 ил.

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU;„, 1272122 (59 4 С О(Н 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3639325/25-28 ,(22) 08.09.83 . (46) 23.11.86. Вюл. Р 43 (71) Институт биологической физики

АН СССР (72) А.П. Сарвазян (53) 534.321(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 587389, кл. 6 01 И 29/00, 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ И СКОРОСТИ

РАСПРОСТРАНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для анализа свойств и состава растворов по их акустическим параметрам. Целью изобретения является повьппение точности измерений. В устройстве генератор возбуждает излучающий ультразвуковой преобразователь, который излучает ультразвуковые волны в исследуемую среду, заполняющую измерительную камеру. Последние принимаются приемным ультразвуковым преобразователем и через линейный усилитель поступают на второй. вход фазового детектора, на первый вход которого подается сигнал генератора, сдвинутый по фазе дискретным и аналоговым фазовращателями. С выхода фазового детектора сигнал поступает на вход генератора.

Дискретный фазовращатель периодически по сигналам таймера генерирует скачки фазы величиной ТГ/2, которые компенсируются за счет перестройки генератора по цепи отрицательной обратной связи. Уровни амплитуд, соот— ветствующие различным состояниям дискретного фазовращателя, выделяются с помощью амплитудного детектора и фиксируются с помощью управляемого от таймера коммутатора и фиксатора уровней. На выходах дифференциального усилителя образуется сигнал разности амплитуд, который поступает на управляющий вход аналогового фаэовращателя в качестве сигнала отрицательной обратной связи, в результате чего аналоговый фазовращатель устанавливается в положение, при котором сигналы на выходе дифференциального усилителя равны нулю.

При этом среднее арифметическое значение двух частот, соответствующих двум состояниям дискретного фазовращателя, измеряемых частотомером, точно соответствует середине пика амплитудно-частотной характерстики реэонаторной ячейки. Измеряемое значение частоты однозначно связано со скоростью распространения ультразвука 1„ =и П/21, где f„ — измеряемое значение частоты для п-го резонансного пика, U — скорость ультразвука, 1 — расстояние между ультразвуковыми преобразователями. Величина девиации частоты 2f однозначно связана с коэффициентом поглощения Н следующим соотношением: 2ьГ/f„ =d8/H+B, где A длина ультразвука,  — постоянная, которая характеризует потери энергии в резонаторной ячейке,. 1 ил.

1272122

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для анализа свойств и состава растворов по его акустическим параметрам.

Известно устройство для измерения коэффициента поглощения и скорости распространения ультразвука, содержащее измерительную камеру постоянной длины с излучающим и приемным ультразвуковыми преобразователями, генератор, выход которого соединен с излучающим ультразвуковым преобразователем, частотомер, вход которого соединен с выходом генератора, измеритель девиации частоты, вход которого соединен с выходом генератора, дискретный фаэовращатель, вход которого соединен с выходом генератора, и фазовый детектор (1) .

Недостатком известного устройства является низкая точность измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения коэффициента поглощения и скорости распространения ультразвука, содержащее измерительную камеру постоянной длины с излучающим и приемным ультразвуковыми преобразователями, генератор, выход которого соединен с излучающим ультразвуковым преобразователем, частотомер, вход которого соединен с выходом генератора, измеритель девиации частоты, вход которого соединен с выходом генератора, дискретный фазовращатель, вход которого соединен с выходом генератора, и фазовый детектор, снабжено аналоговым фазовращателем, вход которого соединен с выходом дискретного фаэовращателя, а выход — с первым вхоцом фазового детектора, последовательно соединенными линейным усилителем, вход которого соединен с выходом приемного ультразвукового преобразователя, амплитудным детектором, коммутатором, фиксатором уров ней и дфференциальным усилителем, выход которого соединен с управляющим входом аналогового фазовращателя, и таймером, выход которого соединен с входами частотомера, измерителя девиации частоты, дискретного фазовращателя и коммутатора, второй вход фазового детектора соединен с выходом линейного усилителя, а выход — с входом генератора.

На чертеже изображена структурная схема устройства для измерения коэффициента поглощения и скорости распространения ультразвука.

Устройство содержит измерительную камеру 1 постоянной длины с излучающим 2 и приемным 3 ультраэву1О ковыми преобразователями, генера тор 4, выход которого соединен с излучающим ультразвуковым преобразователем 2, частотомер 5, вход которого соединен с выходом генератора 4, измеритель 6 девиации часто- ты, вход которого соединен с выходом генератора 4, дискретный фаэовращатель 7, вход которого соединен с выходом генератора 4, фазовый детектор

20 8, аналоговый фаэовращатель 9, вход которого соединен с выходом дискретного фазовращателя 7, а выход — с первым входом фазового детектора 8, последовательно соединенные линейный усилитель 10, вход которого соединен с выходом приемного ультразвукового преобразователя 3, амплитудный детектор 11, коммутатор 12, фиксатор

13 уровней и дифференциальный усили30 тель 14, выход которого соединен с входом аналогового фаэовращателя

9, и таймер 15, выход которого соединен с входами. частотомера 5, измерителя 6 девиации частоты, дискретного фазовращателя 7 и коммутатора

12. Второй вход фазового детектора 8 соединен с выходом линейного усилителя 10, а выход — с входом генератора 4.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение генератора 4 возбуждает излучающий ультразвуковой,преобразователь 2, который излучает

4 ультразвуковые волны, распространяющиеся в исследуемой среде, заполняющей измерительную камеру 1. Ультразвуковые волны преобразуются в электрические колебания приемным ультразвуковым преобразователем 3, усиливаются линейным усилителем 10 и поступают на второй вход фазового детектора 8, на первый вход которого подается сигнал генератора 4, сдвинутый по фазе дискретным фазовращателем 7 и аналоговым фазовращателем 9.

С выхода фазового детектора 8 сигнал уровня., пропорциональный разности фаэ входных сигналов, поступа1272122

f =и—

27 с1Л

=- — + В и

1 где

3 ет на вход генератора 4 в качестве сигнала отрицательной обратной связи, обеспечивающей автоматическое поддержание режима, при котором разности фаз сигналов, поступающих на входы фазового детектора 8, равны нулю. Дискретный фазовращатель 7 периодически по сигналам таймера 15 генерирует скачки фазы величиной

Х/2, которые компенсируются эа <о счет перестройки генератора по цепи отрицательной обратной связи. Уровни амплитуд, соответствующие различным состояниям дискретного фазовращателя 7, выделяются с помощью амплитудного детектора 11 и фиксируются с помощью управляемого от таймера 15 коммутатора 12 и фиксатора 1З.уровней на соответствующих входах дифференциального усилителя 14. 20

На выходе дифференциального усилителя 14 образуется сигнал разности амплитуд, который поступает на управляющий вход аналогового фаэовращателя 9 в качестве сигнала отрицательной обратной связи, в результате чего аналоговый фазовращатель 9 устанавливается в положение, при котором сигнал на выходе дифференциального усилителя 14 равен нулю. При этом среднее арифметическое значение двух частот, соответствующих двум состояниям дискретного фазовращателя 7, измеряемых частотомером 5, точно соответствует середине пика амплитудно-частотной характеристики резонаторной ячейки. Измеряемое значение частоты однозначно связано со скоростью распространения ультразвука следующим соотношением: где f — измеряемое значение частоты и . 45 для и-ro резонансного пика;

U — скорость ультразвука, м/с;

1 — расстояние между ультразвуковыми преобразователями

2 и 3, которое постоянно.

Величина. девиации частоты 2f одно о значно связана с коэффициентом поглощения o(ультразвука в исследуемой жидкости следующим соотношением:

2ef

A — длина ультразвуковой волны;

 — постоянная, которая характеризует потери энергии в реэонаторной ячейке, не обусловленные поглощением ультразвука в жидкости, Введение отрицательной обратной связи, осуществляющей автоматическую настройку на середину пиков реэонаторной ячейки по признаку равенства амплитуд, измеряемых на противоположных крупных склонах амплитудно-частотной характеристики, фиксация двух точек, в которых измеряются частоты, отстоящие на величину полосы пропускания резонаторной ячейки, и осуществление жесткой синхронизации таймером 15 частотомера 5, измерителя 6 девиации частоты, дискретного фазовращателя 7 и коммутатора 12 позволяет повысить точность измерений при использовании предлагаемого устройства.

Формула изобретения

Устройство для измерения коэффициента поглощения и скорости распространения ультразвука, содержащее измерительную камеру постоянной длины с излучающим и приемным ультразвуковыми преобразователями, генератор, выход которого соединен с излучающим ультразвуковым преобразователем, частотомер, вход которого соединен с выходом генератора, измеритель девиации частоты, вход которого сое-динен с выходом генератора, дискретный фазовращатель, вход которого соединен с выходом генератора, и фазовый детектор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено аналоговым фазовращателем, вход которого соединен с выходом дискретного фазовращателя, а выход — с первым входом фазового детектора, последовательно соединенными линейным усилителем, вход которого соединен с выходом приемного ультразвукового преобразователя, амплитудным детектором, коммутатором, фиксатором уровней и дифференциальным усилителем, выход которого соединен с управляющим входом аналогового фазовращателя, и таймером, выход которого соединен с входами частотомера, измерителя девиации частоты, дискретноСоставитель Г. Рыжакова

Техред 3I.Ñåðäâêîâà Корректор В. Бутяга

Редактор Н. Тупица

Заказ 6327/37 Тираж 507 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 1272122 а го фазовращателя и коммутатора, вто- с выходом линейного усилителя, а вой вход фазового детектора соединен выход — с входом генератора.