Измеритель скорости распространения ультразвуковых колебаний в материалах

Измеритель скорости распространения ультразвуковых колебаний в материалах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1298643 А 1 (S11 4 С 01 М 29/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ й

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3983275/25-28 (22) 28. 11. 85 (46) 23.03.87. Бюл. и 11 (72) Д.Д. Балданов и С.Ц. Будаев (53) 620. 179. 16 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 629493, кл. G 01 N 29/00, 19?8. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ

В МАТЕРИАЛАХ (57) Изобретение относится к средствам иеразрушающего контроля и может быть использовано для исследования и контроля физико-химических свойств и состава различных сред, веществ и материалов. Ультразвуковой измеритель предназначен для измерения абсолютной скорости, отношения скоростей и процентного отклонения скорости ультразвуковых колебаний.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет возможности измерения относительного изменения скорости и повышения надежности измерений. Электрические импульсы от генераторов 20 и

24 зондирующих импульсов, пройдя измерительную и эталонную среды, поступают на входы формирователей 23 и 27 интервалов времени, у которых длительность выходных импульсов пропорциональна скорости распространения ультразвуковых колебаний в соответствующих средах. Заполняя зти импульсы счетными импульсами и считая йх на счетчиках 8 и 9 с предварительной установкой необходимого кода до

1298643

25 момента появления импульса переполнения на соответствующем вь1ходе счетчиков, на индикаторе 6 регистрируются измеряемые параметры, Эти параметры зависят от режима измерения, определяемого положением переключателя 13: измерение абсолютной скорости, измерение отношения скоростей, !

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля, может быть использовано для исследования и контроля физико-химических свойств и состава различных сред, веществ и 5 ,материалов и предназначено для измерения абсолютной. скорости, отношения скоростей и процентного отклонения скорости ультразвуковых колебаний. fO

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей за счет возможности измерения относительного изменения скорости и повышение надежности измерений.

На чертеже изображена структурная схема измерителя скорости распространения ультразвуковых колебаний в материалах.

Устройство содержит блок 1 управ- 2О ления, измерительный канал 2, эталонный канал 3, реверсивный счетчик 4, генератор 5 счетных импульсов, индика1ор 6, задатчик 7 начального кода, счетчики 8 и 9 с предустановкой начального кода, элементы И 10 и 11, элемент ИЛИ 12 и многопозиционный переключатель 13 на три направления (с тремя входами), Кроме этого, блок 1 управления содержит тактовый генератор 14, генератор 15 цикла, RS-триггеры 16 и 17, элементы И 18 и 19, а измерительный и эталонный каналы 2 и 3 содержат генераторы 20 и 24 зондирующих импуль35 сов„ излучающие преобразователи 21 и

25, приемные преобразователи 22 и 26, формирователи 23 и 27 временных интервалов, измерительную и эталонную сре- 40 ды 28 и 29.

Устройство работает следующим образом. измерение относительного изменения скоростей. Благодаря примененному решению повышается универсальность устройства за счет расширения функциональных возможностей, а результаты измерений без промежуточных измерительных преобразований представляются в принятых единицах измерения 1 ил.

Многопозиционный переключатель 13 на три направления определяет режим работы ультразвукового измерителя: в первом положении, когда подвижные его контакты соединены с нижними неподвижными контактами, производится измерение абсолютной скорости, во втором, "среднем" положении измеряется отношение скоростей, а в третьем положении, когда подвижные контакты соединены с верхними неподвижными контактами, измеряется относительное изменение скорости.

При первом положении переключателя

13 в блоке 1 управления импульс тактового генератора 14 устанавливает на выходе RS-триггера 16 состояние логической "i", которое разрешает прохожцение импульсов генератора 15 циклов через элемент 18 И. Одновременно импульс тактового генератора 14 устайавливает s нулевые состояния счетчики

4 и 9 и производит перепись числа (N -fL 10 ) с задатчика 7 начальноо го кода в счетчик 8, где М вЂ” полный объем счетчика 8, L — базовое расстояние в контролируемой среде, через которое проходит ультразвук в процессе измерения его скорости, f — частота следования импульсов генератора 5 счетных импульсов, r — целое число, определяющее цену деления наименьшего разряда результата и точность измерения скорости.

Импульсы генератора 15 цикла через элемент И 18 поступают в измери.тельный канал 2 на генератор 20 зондирующих импульсов и одновременно через замкнутые контакты переключателя 13, элемент ИЛИ 12 на суммирующий вход "+1" счетчика 9, в котором записывают число "1", Генератор 20 зон1". 98643 дирующих импульсов возбуждает излучающий преобразователь 21, от которого через контролируемую среду 28 распространяется ультразвуковой импульс. Этот импульс, достигнув приемного преобразователя 22, преобразуется последним в электрический импульс.

Электрические импульсы от генератора 20 зондирующих импульсов и при- 10 емного преобразователя 22 поступают на входы формирователя 23 интервалов времени, у которого длительность выходного импульса равна Т и зависит от скорости распространения ультра- 15 звуковых колебаний в контролируемой среде. Эти импульсы поступают на вход элемента И 1О и заполняются счетными импульсами генератора 5. С выхода элемента И 10 число импульсов,20 равное Т,f записывается в счетчик

8. В результате в счетчик 8 записано число N -fL .10 + Т f. о к к

В следующем цикле измерения работой управляет генератор 15 цикла.

Импульс генератора 15 цикла через открытый элемент 18 И запускает генератор 20 зондирующих импульсов и через замкнутые подвижные (входной) и первый (выходной) неподвижный кон- 30 такты переключателя 13 элемент ИЛИ

12 записывает в счетчик 9 еще одну единицу, таким образом в счетчик 9 записано число 2.

Импульс с выхода генератора 20 зондирующих импульсов возбуждает излучающий преобразователь 21 и включает формирователь 23 временных интервалов. Импульс ультразвуковых колебаний от излучающего преобразо- 40 вателя 21, пройдя через контролируемую среду 28, достигает приемного преобразователя 22, с которого электрический импульс поступает на формирователь 23 временных интервалов.45

С выхода последнего импульса длительностью Т в элементе И 10 заполняется импульсами генератора 5 счетных импульсов, которые записываются в счетчик 8. В результате в счетчи- 50 ке 8 записано число, равное

N — fL, 10+ 2Т f. о K k

Описанный циркуляционный процесс продолжается до формирования на вы55 ходе счетчика 8 импульса переполнения. При этом в счетчике 8 записано число

N — fL „10" + mT,„f - 1 „ (1) а в счетчике 9 — число ш.

Из неравенства следует (2) mT fL 10 к

Тогда число m, записанное в счетчш 9 и выводимое на индикатор 6 равно

Л. 10 1, .

fT Т

m = к = — - 10" =У„. 10 (3) Ф к К и после запятой в индикаторе 6 присутствуют r значащих цифровых разрядов.

Таким образом, выбором необходимого значения r определяется цена деления наименьшего цифрового разряда индикатора 6. Например, если выбрать r=2, то в индикаторе 6 после где 0 = -ь- — скорость ультразвука

Т, в контролируемой среде.

Из равенства (3) видно, что число m является переменной величиной и однозначно определяется-скоростью ультразвука в контролируемой среде.

Импульс Перенос" с выхода счетчика 8 поступает в блок 1 управления и переключает RS-триггер 16 в состояние "0", à RS-триггера 17 — в сос1 оянии 1 1. Выходной сигнал RSтриггера 16 закрывает элемент И 18 а

RS-триггера 17 открывает элемент И 19.

Импульсы генератора 15 циклов не проходят через закрытый элемент И 18, а,пройдя через открытый элемент И 19, поступают на разомкнутые контакты переключателя 13. И таким образом процесс измерения скорости ультразвука прекращается. При поступлении следующего импульса от тактового генератора процесс измерения скорости ультразвука повторяется, Результат измерения скорости т ультразвука — число m = 0 10 с выК хода счетчика 9 выводится на индикатор 6 для отсчета. Однако следует отметить, что согласно уравнения (3) измерения устройства число m отличается от значения 1 на коэффициент

Поэтому для представления результата измерения скорости (м/с) в зависимс сти от выбранного значения г запятая в индикаторе 6 переключается на r цифровых разрядов, что является зналогом деления на число 10 . Тогда

m результат измерения скорости, =О

1298643 г

N — — - 10 + nT f о к

Э (7) N. - 10 э (8) (4) (5) N — — к 10 +2Т f

0

К

Э (6) запятой присутствуют два цифровых разряда, т,е. цена деления 0,01 м/с, При втором положении переключателя 13 — режиме измерения отношения скоростей в блоке 1 управления, импульс тактового генератора 14 устанавливают на выходе RS-триггера 16 состояние логической "1", что разрешает прохождение импульсов генератора 15 циклов через элемент И 18, Од,новременно импульс тактового генератора 14 устанавливает в нулевые состояния счетчики 4 и 9 и производит перепись с задатчика 7 начального кода на счетчик 8 числа где L э — базовое расстояние в эталонной среде через которое проходит ультразвук.

Импульс генератора 15 цикла через открытый элемент И 18 поступает в измерительный канал 2. Одновременно через загнутые контакты переключателя 13 на суммирующий вход "+1" счетчика 4, в который записывается число "1".

Описание работы измерительного канала 2 приведено. Импульс длительностью Т„ с выхода измерительного канала 2 поступает на элемент И 10, в котором он заполняется импульсами генератора 5, и подается на суммирующий вход счетчика 8. К содержимому счетчика 8 прибавляется число Т f.

К

Теперь в счетчике 8 записано число

В следующем цикле работы импульс генератора 15 циклов через элемент

И 18, замкнутые контакты переключателя 13 записывает в счетчик 4 еще одну единицу, теперь в счетчике 4 записана цифра "2", одновременно этот импульс поступает на вход измерительного канала 2, выходной сигнал которого с помощью элемента И 10 заполняется импульсами генератора 5,, и поступает на счетчик 8. Теперь в счетчике 8 записано число:

Описанный циркуляционный процесс продолжается до некоторого п-го цикла, при котором на выходе счетчика

8 формируется импульс переноса, который переключает RS-триггеры 16 и

17 и останавливает этот процесс.

В результате в счетчик 8 записывается число а в счетчике 4 — число и.

1ð При этом число п — это такое минимально возможное число, при котором суммарный результат п-кратного измерения длительности Т записанный

K в счетчик 8, должен достичь числа

N,, т.е.

N — — "10 +nTt> N

L„ о < о э

Из этого неравенства определяется

20 число п:

1О (9)

L Т f

Импульс переноса с выхода счетчи25 ка 8 устанавливает на выходе RS-триггера 16 состояние "0", которое дает запрет на работу элемента И 18, и устанавливает на выходе RS-триггера

17 состояние "1", которое открывает

30 элемент И 19. Импульс с генератора

15 цикла. через элемент И 19, замкнутые контакты переключателя 13 ° 2 поступает на вычитающий вход "-1" реверсивного счетчика 4 и в последнем остается записанным .число п-1, одновременно поступает на вход эталонного канала 3 и запускает генератор 24 зондирующих импульсов. Его выходные импульсы поступают на первый вход щ формирователя 27 временных интервалов и на излучающий преобразователь

25. Импульс ультразвуковых колебаний проходит сквозь эталонную среду

29 длиной L и поступает на приемный э преобразователь 26, с. которого уже электрические импульсы подаются на второй вход формирователя 27 временных интервалов. С выхода последнего импульс длительностью Т,, зависящий от скорости ультразвуковых колебаний в эталонный среде, на элементе И 11. заполняется импульсами генератора 5 счетных импульсов и через элемент

ИЛИ 12 поступает на суммирующий вход "+1" счетчика 9. Таким образом в счетчик 9 записывается число Т f.

Э

В следующем цикле измерения импульс генератора 15 цикла через элемент И 19, замкнутые контакты пере7 1 ключателя 13 поступает на вычитающий

11 11 вход - 1 реверсивного счетчика 4 и н а вход эталонного канала 3 . В и оследнем, работа которого описана, вновь формируется импульс дли т ельнос тью Т, заполняемый импульсами генератора 5 счетных импульсов на элементе И 1 1 и через элемент ИЛИ 1 2 подается на суммирующий вход "+ 1 " счетчика 9 .

Таким образом, в счетчике 4 остается записанным число и- 2, а в счетчике 9 — число 2Т, f .

Такой цир куляцио нный процесс продолжается до тех пор, пока на выходе счетчика 4 не сформируется импульс э аимств ов ания, который переключа ет RS-триггер 1 7 . Состояние "0" на выходе RS-триггера 1 7 запирает элемент И 1 9, и импульсы генератора

t 5 цикла не проходят через элемент

И 1 9 .

При этом в реверсивном счетчике

4 э аписано число п-п=0, а в счетчи, ке 9 — число пТ и . Подставляя значение и из формулы (9 ), тогда

nT f= - т, f = -"- 10 = —" 10, т. 10 L„T r LI5 э т, Т f э (10) так как

29864 3 в контролируемый канал 2 и через замкнутые контак гы ITt.реключателя 13 на суммирующий вход "+1" счетчика 4, в который записывается число "1".

Описание работы измерительного канала 2 приведено.

С выхода измерительного канала 2 импульс длительностью Т поступает к на элемент И 10, в котором он за10 полняется импульсами генератора 5 и подается на суммирующий вход "+1" счетчика 8. К содержимому счетчика

8 прибавляется число Т f. Теперь в к счетчнке 8 записано число

N — — "-.10 + Т f. с к э

В следующем цикле работы импульс генератора 15 циклов через элемент

20 И 18 и замкнутые контакты переключателя 13 записывает в счетчик 4 еще одну единицу, т.е. в счетчике 4 записана цифра "2", одновременно этот импульс поступает на вход измерительного канала 2, выходной сигнал которого на элементе И 10 заполняется импульсами генератора 5 счетных импульсов и поступает на вход счетчика 8. Теперь в счетчике 8 записаЗ0 но число ц . э

L Т 1

Т„ ЬЦ

Таким образом, в счетчик 9 запи- 35 о сано число, численно равное значению отношения скоростей ультразвука в измерительной и эталонной средах, которое выводится на индикатор 6 для отсчета. При этом число r определяет количество значащих цифровых разрядов после запятой в индикаторе 6.

В третьем положении переключателя

13 — режиме измерения относительного изменения скорости в блоке 1 управ- 45 пения импульс тактового генератора 14 устанавливается на выходе RS-триггера 16 состояние -"1",, что разрешает прохождение импульсов генератора 15 циклов через элемент И 18. Одновременно импульс тактового генератора

14 устанавливает в нулевое состояние счетчики 4 и 9, производит перепись с задатчика 7 начального кода на счет? г 55 чик 8 числа No — 10

Импульс генератора 15 циклов через открытый элемент И 18 поступает

N — — -10 + 2Т f.

? г а к э

Вышеописанный циркуляционный процесс продолжается до некоторого и-го цикла, при котором на выходе счетчика 8 формируется импульс переноса, переключающий в блоке 1 управления RS-триггеры 16 и 17, а через замкнутые контакты переключателя 13 записывающий в счетчик 9 число — 10

При этом в счетчике 8 записано число (7), а в счетчике 4 — число п.

Аналогично описанному на основе неравенства (8) определяется число ив выражение (9).

Ф

После переключения на выходе RS- триггера 16 состояние "0", которое запирает элемент И 18, а на выходе

RS-триггера 17 состояние "1", которое открывает элемент И 19. Теперь импульс генератора 15 цикла через открытый элемент И 19, замкнутые контакты переключателя 13 поступает на вычитающий вход "--1" счетчика 4 и на вход эталонного канала 3. При этом в счетчик 4 зап сывается число п-1.

Импульс Т, с выхода эталонного каl 29864

ВНИИПИ Заказ 882/4б Тираж 777

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 наля 3, описание работы которого приведено, на элементе И 11 заполняется импульсами генератора 5 и через элемент ИЛИ 12 поступает на суммирующий вход "+1" счетчика 9. При этом в счетчике 9 записано число

Т f — 10 э

В следующем цикле измерения в счетчике 4 остается записанным число п-2, а в счетчике 9 записывается число 2Т f — 10 .

Такой циркуляционный процесс продолжается до тех пор, пока на выходе счетчика 4 не сформируется импульс заимствоВания, который устанавливает на выходе RS-триггера 17 состояние

"0". При этом запирается элемент И

19, который перестает пропускать импульсы генератора 15 цикла.

В итоге в счетчик 4 записано чис- 20 ло п-п=0, а в счетчике 9 — число

nT f 1 0 ". Подставляя из выражения (10) значение nT,f, тогда п г V Чд г пт f-10 = — 10 -10 =- — — 10 =5V10 . 25

17э э

Отсюда видно, что со счетчика 9 на индикатор 6 выводится число, равное значению относительного изменения скорости ультразвука в измерительном канале 2 по отношению к эта- 30 лонному каналу 3.

Формула и з о б р е т е н и я

Ъ

Измеритель скорости распространения ультразвуковых колебаний в материалах, содержащий блок управления, измерительный и эталонный каналы, каждый из которых содержит последо1 вательно электро-акустически соединенные генератор зондирующих импуль- 40 сов, излучающий и приемный преобразователь и формирователь, соединенныи вторым входом с выходом генератора зондирующих импульсов, генератор счетных импульсов, первый и второй 45 счетчики, задатчик кода и индикатор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения относительного изменения скорости и повы- 50 шения надежности измерений, он снабжен реверсивным счетчиком, двумя элементами И, элементом ИЛИ и переключателем, первый выход блока управле1 10 ния соединен с входами сброса счетчиков, выход генератора счетных импульсов подключен к первым входам элементов

И, выход задатчика кода соединен с вторым входом первого счетчика, третий вход которого через первый элемент И подключен к выходу формирователя измерительного канала, а выход соединен с первым входом блока управления, выход формирователя эталонного канала подключен к второму входу второго элемента И, выходом соединенного с входом элемента ИЛИ, второй выход блока управления подключен к входу генератора зондирующих импульс, в измерительного канала и первому входу .переключателя, первый выход переключателя соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выходом подключенного к второму входу второго счетчика, второй и третий выходы переключателя объединены и соединены с суммирующим входом реверсивного счетчика, выходом подключенного к второму входу блока управления, третий выход которого подключен к .второму входу переключателя, четвертый и пятый выходы переключателя соединены с вычитающим входом реверсивного счетчика, и входом генератора зондирующих импульсов эталонного канала, третий вход переключаетля соединен с выходом первого счетчика, шестой выход переключателя подключен к вычитающему входу второго счетчика, соединенного выходом с индикатором, а блок управления выполнен.из последовательно соединенных тактового генератора, выход которого является первым выходом блока управления, первого RS-триггера и элемента И, выход которого является вторым выходом блока управления, последовательно соединенных второго RS-триггера, первый вход которого является первым входом блока управления и соединен с первым входом первого.RSтриггера, и вторым элементом И, выход которого является третьим выходом блока управления, второй вход второго RS -триггер является вторым входом блока управления, и генератора циклов, подключенного к вторым входам элементов И.