Устройство для дифференциального измерения скорости распространения ультразвука

Устройство для дифференциального измерения скорости распространения ультразвука

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области ультразвуковых измерений. Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерений за счет исключения взаимного влияния электронных каналов, сокращения интервала счета и исключения погрешности температурного дрейфа. При подключении измерительной камеры спустя интервал настройки частота генератора соответствует средней частоте ближайшего по отношение к предыдущей частоте резонанса. В течение интервала установления резонанса запрещается счет генератора и фиксируется код разности частот за время предыдущего периода измерения. После окончания первого интервала измерительная камера отключается и подключается опорная с камера. Код числа периодов генератора сл второго интервала счета вычитается из первого и регистрируется частотомером . Для устранения температурных дрейфов на измеряемую разность частот число интервалов подключения определяется коэффициентом деления цифрового делителя реверсивного частотомера. 1 ип.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. Ю„, 1272214 (594 601 М 29 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Ъ (Ъ ° f . P

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ11ц(Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1

Мьь. счет исключения взаимного влияния (21) 3857249/25-28 (22) 18. 02. 85 (46) 23. 11.86. Бюп. № 43 (71) Институт биологической физики

АН СССР (72) В.Н.Шестимиров и А.П.Сарвазян (53) 620. 179 ° 16(088.8) (Se) Гейвиш и др. Прибор для дифференциального измерения скорости звука при исследовании растворов белков.—

Приборы для научных исследований, 1983, ¹ 12, с. 165.

Сарвазян А.П. и др. Дифференциальный интерферометр малого объема для измерения скорости и поглощения ультразвука. Приборы и техника эксперимента. — М., 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО

ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ

УЛЬТРАЗВУКА (57) Изобретение относится к области ультразвуковых измерений. Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерений за электронных каналов, сокращения интервала счета .и исключения погрешности температурного дрейфа. При подключении измерительной камеры спустя интервал настройки частота генератора соответствует средней частоте ближайшего по отношенью к предыдущей частоте резонанса. В течение интервала установления резонанса запрещается счет генератора и фиксируется код разности частот за время предыдущего периода измерения. После окончания первого интервала измерительная камера отключается и подключается опорная камера. Код числа периодов генератора второго интервала счета вычитается из первого и регистрируется частотомером. Для устранения температурных дрейфов на измеряемую разность частот число интервалов подключения опреде:ляется коэффициентом деления цифрового делителя реверсивного частотомера.

1 иле

1272214

Изобретение относится к области ультразвуковых измерений и может быть использовано в химической промышленности, в научно-исследовательских и заводских лабораториях для анализа свойств и состава растворов по их акустическим параметрам.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измерений за счет исключения взаимного влияния электронных каналов, сокращения интервала счета и исключения погрешности температурного дрейфа.

На чертеже приведена блок-схема устройства для дифференциального измерения скорости распространения ультразвука, Устройство содержит управляемый генератор 1, два канала, состоящих из последовательно акустически соединенных излучающих преобразователя 2 и 3, акустической камеры 4 и 5 и приемного преобразователя 6 и 7, ключ 8 и реверсивный частотомер 9, первый коммутатор 10, сигнальным входом подключенным к выходу управляемого генератора 1, выходами — к излучающим преобразователям 2 и 3 каждого канат ла, последовательно соединенные второй коммутатор 11, первым и вторым сигнальными входами подключенными к выходам приемных преобразователей 6 и 7 каждого канала, первый усилительогранкчитель 12 и цифровой фазовый детектор 13, выходом подключенным к управляющему входу управляемого генератора 1, второй усилитель-ограничитель 14, входом подключенный к выходу управляемого генератора 1, а выхо— дом — к второму входу цифрового фазового детектора 13, последовательно соединенные таймер 15 и счетный триггер t6, выходом подключенный к управляющим входам первого и второго коммутаторов 10 и 11 и реверсивного частотомера 9 и к нормально разомкнутому контакту ключа 8, и схему 17 совпадения, первым и вторым входами подключенную к нормально замкнутому и общему контактам ключа 8, третьим входом — к выходу управляемого генератора 1, а выходом — к счетному входу реверсивного частотомера 9.

Устройство работает следующим об" разом.

Коммутаторы 10 и 11 подключают излучающий 2 и приемный 6 преобразователи измерительной камеры 4 соответ2 ственно к выходу генератора 1 и к входу первого усилителя-ограничителя

12. Синусоидальные колебания с выхода генератора 1 поступают на излучающий преобразователь 2, который излучает ультразвуковые волны, распространяющиеся в исследуемой среде, заполняющей измерительную камеру 4. Ультразвуковые волны воздействуют на приемный преобразователь 6, на выходе которого образуются электрические колебания, поступающие через второй коммутатор 11 на вход первого усилителя-ограничителя 12, с выхода которого после усиления и ограничения до цифровых уровней они поступают на первый вход цифрового фазового детектора 13, на второй вход которого поступает входной сигнал первого коммутатора 10, проходящий через второй усилитель-ограничитель 14, который преобразует синусоидальный сигнал в цифровой и обеспечивает фазовую задержку сигнала, равную паразитному! временному сдвигу коммутаторов 10 и

11 и первого усилителя-ограничителя

12. В результате этого разность фаз

Ч„ сигналов, поступающих на первый

41 и второй входы цифрового фазового детектора 13, соответствует разности фаз сигналов между выходом приемного

6 и входом излучающего 2 преобразователей, которая промодулирована эа счет свойств камеры 2, заполненной исследуемым раствором.

Фазочастотная характеристика такой камеры представляет собой спадающую в сторону увеличения частоты кривую с резким увеличением крутизны в точках, близких к средней частоте резонанса.

Напряжение сигнала U,1„ на выходе цифрового фазового детектора 13 удовлетворяет соотношению

= ) Kldt (1) о где % — часть разности фаз Ч,, полученная путем исключения из

М„ целого числа ю, 1

К вЂ” к оэ ффицие нт пр е о бр аз ов а ния разности фаз Ч в напряжение.

Это напряжение поступает на управляющий вход генератора 1 в качестве сигнала отрицательной обратной связи, который подстройкой частоты генератора 1 стремится обеспечить условие равенства нулю подинтегрального выражения в формуле (1). Это условие выпол1272214 няется в точках Аазочастотной характеристики с М„, ", равной нулю или кратной 2, соответствующих средней частоте резонансов. Поэтому при подключении измерительной камеры спустя 5 интервал настройки, в течение которого заканчивается переходной процесс установления стоячих волн в акустической камере, частота генератора 1 соответствует средней частоте ближайшего по отношению к предыдущей частоте резонанса. Интервал установления резонанса выбирается больше наибольшего времени настройки на резонанс вновь подключенной камеры с учетом времени установления стоячих волн °

В течение интервала установления резонанса запрещается счет частоты генератора 1 и фиксируется код разности частот, подсчитанный за время пре- 20 цыдущего периода измерения. В течение интервала счета происходит счет частоты генератора 1. После окончания первого интервала измерительная камера 4 отключается,и через коммутаторы 10 и 5

11 подключается опорная камера 5 с излучающим 3 и приемным 7 преобразователями. При этом повторяются все операции, перечисленные при описании первого интервала подключения. Код щ числа периодов генератора 1, подсчитываемый за второй интервал счета, вычитается из кода, накопленного за первый интервал счета. Если за период измерения укладывается более двух интервалов подключения, что необходимо для устранения влияния быстрых температурных дрейфов на изменяемую разность частот, то перечисление операции повторяются число раз, определяе-4О мое коэффициентом деления цифрового делителя реверсивного частотомера 9.

Реверсивный частотомер можно представить в виде блок-схемы, содержащей

„45 последовательно соединенные цифровой делитель 18, вход которого является управляющим входом реверсивного частотомера 9, линию 19 задержки, укора,.чивающую схему 20, реверсивный счет50 чик 21, счетный вход которого является счетным входом реверсивного частотомера 9, буферный регистр 22 и схему

23 отображения.

Для измерения разности hf резонансных частот ключ 8 переводят в выключенное состояние, в котором с помощью контактов ключа 8 закорачиваются первый и второй входы схемы 17 совпадения, и на ее выход проходит сигнал генератора 1 как при единичном, так и при нулевом уровнях измеряемого

-сигнала. При единичном уровне сигнала в

Линия 19 задержки обеспечивает за > держку сигнала, необходимую для записи информации с выходов реверсивного счетчика 2 1 в буферный регистр 22.

Укорачивающая схема 20 преобразует задержанный на линии 19 задержки спад сигнала в короткий импульс, обеспечивающий сброс кода в реверсивном счетчике 21 ° Она включает, например, дифференцирующую цепь и инвертор.

Схема 23 отображения обеспечивает отображение содержимого буферного регистра 22.

Реверсивный счетчик 21 обеспечива1ет суммирование числа периодов, поступающих на счетный вход. с выхода схемы 17 совпадения. Положительный знак суммирования соответствует единичному, отрицательный — нулевому уровню сигнала, поступающему на управляющий вход счетчика 2 1 с выхода счетного триггера 16.

Буферный регистр 22 обеспечивает запоминание кода реверсивного счетчика 21 по спаду сигнала на время всего периода измерения.

Кроме описанного режима устройство может находиться в режиме измерения абсолютного значения резонансной частоты f измерительной камеры, который включается ключом 8, замыкающим общий контакт с нормально разомкнутым контактом. При этом на первый вход схемы

17 совпадения поступают сигнал с выхода таймера 15, на второй вход— сигнал с выхода счетного триггера 16.

Сигнал с выхода генератора 1 проходит через схему 17 совпадения только на время длительности интервалов счета, совпадающих с единичными уровнями с сигналов с выхода счетного триггера

16. К моментам спада сигнала измерения в реверсивном счетчике 2 1 накапливается код, соответствующий частоте измерительной камеры, который по спаду сигнала переписывается в буферный регистр 22 для отображения значения кода частоты на схеме 23 отображения. Спустя время, определяемое линией 19 задержки, код, накопленный в реверсивном счетчике 21, сбрасывается сигналом, поступающим единичным коротким импульсом на вход сброса.

1272214

5 подключается измерительная камера 4 и по истечении интервала установления резонанса на протяжении интервала счета происходит счет частоты в реверсивном счетчике 21. При переключении на .нулевой уровень сигнала подключается опорная камера 5 и по истечение интервала установления резонанса в течейие последующего интервала счета происходит, вычитание числа периодов колебаний генератора 1, прошедших через схему 17 совпадения. В результате повторения таких операций число раз, определяемое коэффициентом деления цифрового делителя 18, эа пе- 15 риод измерения в реверсивном счетчике 2 1 накапливается код, соответству- . ющий разности резонансных частот измерительной 4 и опорной 5 камер.

Скорость ультразвука в исследуемом 2б растворе С определяют из следующего соотношения

Си — Ср hfdf — hfр

« (2)

Ср Кр где С вЂ” скорость распространения

Р ультразвука в растворителе, которая известна;

f — абсолютное значение резонан-

P сной частоты и-го резонанса, измеренное для измерительной камеры 4, заполненной растворителем,, ьf разность резонансных частот измерительной камеры, заполненной исследуемым раствором З5 и опорной камеры, заполненной .опорной средой, характеризуемой близким температурным коэффициентом скорости ультразвука по сравнению с 4О исследуемым раствором; f - разность„резонансных частот

P измерительной камеры, заполненной растворителем и опорной камеры, заполненной

45 опорной средой.

Величины hf u f достаточно измерить один раз для данной температуры и акустических камер, при этом измерения приращений скорости ультра-5О звука в исследуемом растворе практически сводятся к измерению величины ьЕ„ .

Использование устройства для диА ференциального измерения скорости распространения ультразвука обеспечит автоматическое измерение частот разности резонансных частот между измерительной и опорной камерой, расширение нижней границы диапазона измеряемых разностей частот до нуля, более чем десятикратное повышение точности измерений и сокращение времени измерения.

Формула изобретения

Устройство для дифференциального измерения скорости распространения ультразвука, содержащее управляемый генератор, два канала, состоящих 1 каждый из последовательно акустически соединенных излучающего преобразователя, акустической камеры и приемного преобразователя, ключ и реверсивный частотомер, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, оно снабжено первым коммутатором, сигнальным входом подключенным к выходу управляемого генератора, а выходами— к излучающим преобразователям каждого канала, последовательно соединенными вторым коммутатором, первым и вторым сигнальными входами, подключенными к выходам приемных преобразователей каждого канала, первым усилителемограничителем и цифровым фазовым детектором, выходом подключенным к управляющему входу управляемого генератора, вторым усилителем-ограничителем, входом подключенным к выходу управляемого генератора, а выходом— к второму входу цифрового фазового детектора, последовательно соединенными таймером и счетным триггером, выходом подключенным к управляющим входам первого и второго коммутаторов и реверсивного частотомера и к нормально разомкнутому контакту ключа, и схемой совпадения, первым и вторым входами подключенной к нормапьно замкнутому и общему контактам ключа, третьим входом — к выходу управляемого генератора, а выходом — к счетному входу реверсивного частотомера, 1272214

Составитель Л. Иванов-Шиц

Техред Л. Сердюкова Корректор О. Луговая

Редактор Н.Рогулич

Заказ 6332/42

Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4