Устройство для измерения скорости распространения ультразвука
Патент 599206
Авторы
Классы МПК
Устройство для измерения скорости распространения ультразвука
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (11) 599206 (61) Дополнительное к авт, свид-ву (221 Заявлено11.05.76 (21)2359843/10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.03.78. Бюллетень ¹11 (45) Дата опубликования описания Ьб. O S.
2 (51) М. Кл.
Ст 01 Й 29/00
Государственный комитет
Соввта Министров СССР оо делам изобретений . и отнрытий (53) УДК 534 22 531 .767(088.8) (T2) Авторы изобретения
И. А. Чернобай и А. И. Шатковский (71) Заявитель
Белорусский институт механизации сельского хозяйства (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ
РАСПРОСТРАНЕНИЯ УЛЪТРАЗВУКА
Изобретение относится к акустическим измерениям. ОНо может быть использовано для автоматического измерения скорости рас«редсления ультразвука в жидких, твердых или газообразных срсдах и може найти применение в химической, гидрометяллургической, машиностроительной, сельскохозяйственной и других отраслях промышленности для анализа состава веществ, для измерения взаимных концентраций, абсолютных тем«ератур, уровней, расходов рязли-IHhlx сред.
Ближайшим техническому решению к предлагаемому является устройство для измерения скорости распространения ультразвука, содержашс. последовательно включенные генератор им«ульсов, согласующий каскад, акустический преобразователь с излучающим и и:гиемным пьезоэлементами, широкополосный усилитель, формирователь коротких импульсов, формирователь интервальных импульсов. например триггер, вторы;I входом подключенный ко второму выходу генератора импульсов, преобразователь временных интервалов, а также временной селектор, задерживающее устройство « IIII Ièêàтор, например частотомер (1) ..
Это стр >йство не обладает достаточно высокой помехоустойчивостью, имеет cIIcxeiIaIIIческие погрешности «a счет преобразователя временных интервалов и не обеспечивает достаточно высокой точности измерений.
1Яель изобретения — увеличение помехь устойчивости схемы, устранение систематичес.; ких погрешностей преобразователя временных интервалов и повышение точности измерений.
Указанная цель достигается тем, что в устройстве применен преобразователь напряжения в частоту, вход которого связан с выходом преобразователя временных интервалов в на10 «ряженис -reI) 3 интегрирующий каскад, а выход связан со входом генератора импульсов, в качестве которого применен ждущий генератор импульсов, который третьим выходом подключен к частотомеру и через задерживающее устройство ко второму входу временного селектора, включенного в тракт формирования, сигналя, например между усилителем и формирователем коротких импульсов.
На фиг. 1 изображен один из возможных вариантов структурной схемы предлагаемого устройства; на фиг. 2 — диаграммы его работы.
Устройство содержит последовательно соединенные ждуший генератор 1 импульсов; согласующий каскад 2; излучающий преобразов;пель 3 и приемный преобразователь 4, между которыми включена акустически контролируем яя среда 5; широкополосный уси.питель 6;
Формула изобретения
599206 временной селектор 7; формирователь 8 коротких импульсов; формирова ель 9 интервальных импульсов, например триггер, вторым входом подключенный ко второму выходу ждущего генератора 1 импульсов. В устройстве применен преобразователь 10 напряжения в час- 5 тоту, вход которого связан с выходом формирователя 9 интервальных импульсов через преобразователь 11 временных интервалов в напряжение и интегрирующий каскад 12, а выход — с входом ждушего генератора 1 им10 пульсов, который третьим выходом подключен к частотомеру 13 и через зедерживаюгцее устройство 14 ко второму входу временного селектора 7.
Устройство работает следующим образом.
Ждущий генератор 1 импульсов запускается сигналом с выхода преобразователя 10 напряжения в частоту и вырабатывает короткие запускающие импульсы (см. фиг. 2а), которые через согласующий каскад 2 возбуждают излучающий преобразователь 3. Период возбуждения Т„, - излучателя 3 для разных режимов
2Е работы устройства в 2 — 3 раза больше времени действия реверберационных помех, что обеспечивает стабильность измерений.
Акустический сигнал проходит через контролируемую среду 5 и преобразуется преобразователем 4 в электрический сигнал (см. фиг. 2б), который усиливается до определенного уровня широкополосным усилителем 6 и подается на формирователь 8 коротких импульсов (см. фиг. 2в) через временной селектор
7, запускаемый по второму в оду от ждущего ЗО генератора 1 импульсов через задерживаюшее устройство 14. Временной селектор 7 пропускает сигнал прямого прохождения и запрещает пропуск паразитных и реверберационных сигналов, что обеспечивает помехозащищенность устройства в целом. При необходимости временной селектор может пропускать кратноотраженные сигналы, что определяется величиной задержки в устройстве 14.
С формирователя 8 короткие импульсы поступают на быстродействующий формирователь
9 интервальных импульсов, например триггер, запускаемый импульсами со ждушего генератора 1. Длительность импульса формирователя
9 равна времени распространения Т,,., акустического сигнала через среду 5 (см. фиг. 2г).
Интервальные импульсы с быстродействующе- 45 го формирователя 9 подаются на преобразователь 11 временных интервалов в напряжение, который на своем выходе обеспечивает величину напряжения 1„„(см. фиг. 2д), средний уровень которого одйовременно пропорционален времени Т ...-., и частоте F повторения импульсов, т. е. / пр= К Т ".ñ ñ:;p Г, (1 ) где К вЂ” коэффициент пропорциональности.
При изменении например увеличении, скорости распространения ультразвука уменьшается длительность интервального импульса
Т„,.„, что вызывает уменьшение напряжения
17„, на выходе преобразователя 11 временного интервала в напряжение и соответственно уменьшение напряжения U.; на выходе интегрирующего каскада 12. Незначительному уменьшению (А соответствует значительное увеличение частоты F преобразователя 10 напряжения в частоту. Увеличение частоты F зондируюших импульсов, в свою очередь, вызывает по цепи обратной связи увеличение U<. Таким образом, в предложенном устройстве для измерения скорости распространения ультразвука устанавливается четкое равновесие, критерием которого является
U<-const.
Исходя из этого и на основании выражения (1), длительность интервального импульса
Т„..„, обратно пропорциональна частоте повторения импульсов.
Следовательно, преобразователь 11 временных интервалов в напряжение работает строго определенное время за любые достаточно большие, но равные промежутки времени при разных скоростях распространения ультразвука, и напряжение на его выходе является постоянной величиной. Этим устраняются систематические погрешности преобразователя временного интервала, например нелинейность, увеличивается четкость работы за счет того, что нагрузочная способность преобразователя остается постоянной. Точность измерений так же повышается за счет того, что, с одной стороны, информация о скорости распространения ультразвука представляется в частотном виде, и, с другой стороны, длительная нестабильность работы преобразователя напряжения в частоту не имеет никакого значения, так как устройство автоматически корректируется по цепи обратной связи.
Для повышения разрешаюшей способности по скорости распространения ультразвука необходимо сформировать интервальный импульс меньшей длительности. Для этого формирователь 9 интервальных импульсов запускают не импульсами ждущего генератора 1, а задержанными импульсами, поступаюгцими, например, со второго выхода устройства 14 задержки.
В этом случае устройство 14 целесообразно выполнить в виде высокостабильной линии временной задержки сигналов с соответствуюшими отводами. В этом случае диапазон измерения скорости распространения ультразвука ограничивается сверху до определенной величины.
Величина данного напряжения усредняется интегрируюшим каскадом 2 до величины (см. фиг. 2е), где U<, в свою очередь, пропорционально средней величине U„,, Напряжение управляет преобразователем 10 напряжения в частоту, который запускает ждуший генератор
1 импульсов.
Устройство для измерения скорости распространения ультразвука, содержащее последовательно включенные генератор импульсов, согласующий каскад, акустический преобразователь с излучающим и приемным пьезоэлементами, широкополосный усилитель, формирователь коротких импульсов, формирователь интерваль599206
<<иип
D пр о
Ю
Уф
Р ИИо
Фиг.1
Составитель Н. Фомичев
Техред О. Луговая Корректор А. Гриценко
Тираж 11! 2 Подписное
Редактор F. Киселева
Заказ 1401/35
I IHI IIIIlII Государственного комитета Совета Минис< роп С< СР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раугцская нао. д. 4 5
Филиал П11П «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4
5 ных импульсов, вторым входом подключенный ко второму выходу генератора импульсов, преобразователь временных интервалов, а также временной селектор, задерживающее устройство и индикатор, например, частотомер, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и защиты схемы от реверберационных помех, в нем между входом генератора испульсов и выходом преобразователя временных интервалов включена последовательная цепочка, состоящая из преобразователя напряжения в
6 частоту и интегрируюшего каскада, а генератор импульсов выполнен по схеме ждущего генератора и своим третьим выходом подключен к частотомеру и через задерживаюшее устройство ко второму входу временного селек5 тора, включенного между усилителем и формирователем коротких импульсов.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Авторское свидетельство № 402734, кл. G 01 N 29/00, 16.02.71.