Цифровой измеритель скорости ультразвука

Цифровой измеритель скорости ультразвука

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

It АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТВУ (61) Д0полнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 01.02.77(21) 2447994/18 -10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 05.04.795юллетень № 13

Дата опубликования описания 08.04.79

01 М 29/00

Гавударатвв«нвй «ан«тат

СССР аа диан «жбрете««1

«атхрыт«« у 5З4.2Зг

° °

088.8) (72) Автори иэобретения

Р.-И. Ю. Кажис и С. И. Лнтанайтис

Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (71) Заявитель (54) БИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ

УЛЬТРАЗВУКА

Изобретение относится к технической акустике и может найти применение в измерительной технике и технике контроля параметров сред.

Известны измерители скорости ультразвука, скованные на принципе измерения 5 времени прохождения импульсов через среду (11. Однако они. не обладают доотаточной точностью.

Наиболее близким по технической сущности является измеритель скорости ультразвука, содержащий генератор импульсов, два ультразвуковых преобразователя и два триггера t2j. Однако этот измеритель сложен и не обладает !

5 высокой точностью, что вызвано применением ультразвукового эхолокатора, работающего через слой воздуха, В случае необходимости применения переходного

26 слоя между излучателем и контролируемым материалом (что вполне реально для данного ряда материала), измеритель необхо; димо было бы снабдить дополнительным эхолокатором, что еще более усложнит конструкцию.

Белью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель скорости ультразвука введены два диода, два се лектора отраженных импульсов, три клича, схема ИЛИ ., каскад задержки, делитель частоты, третий триггер, генератор стабильной частоты, селектор, разност ный счетчик и блок измерения. При этом генератор импульсов через диоды подклн чен к первым управляющим входам пер вого, второго и третьего триггеров и к входу сброса разностного счетчика и к ультразвуковым преобразователям, соединенным соответственно с первым и вторым селекторами отраженных импульсов, выходы которых соединены Со вторыми управляющими входами первого и второго триггеров, выходы которых подключены к управляющим входам пер655959 вого и второго ключей, выход генератора стабильной частотъ подключен к третьему ключу и к делителю частотъ, выход которого непосредственно подключен к первому ключу, а также через каскад задержки - ко BTopoh у ключу, выходы первого и второго ключей подсоединены к схеме ИЛИ, выход которой подключен к вычитаюшему входу разностного счетчика, выходы которого соединены с блоком измерения, а суммирующий вход разност ного счетчика подключен к выходу третьего ключа, второй вход которого соединен с выходом третьего ..триггера, второй управляющий вход которого через селектор подключен к одному из ультразвуковых преобразователей.

На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового измерителя скорости ультразвука; на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу иэмерителяе

Измеритель содержит генератор импульсов 1, подключенный через диоды

2 и 3 к двум ультразвуковым преобразователям с переходными слоями 4 и 5, а также к. первым управляющим входам первого 6, второго 7 и третьего 8 триггеров и к входу "сброс разностного счетчика 9. К первому и второму преобразователям 4 и 5 подключены соответственно первый 10 и второй 1 1 селекторы отраженных импульсов, выходы которых соединены со вторыми управляющими входами первого и второго триггеров, выходы которых подключены к управляющим входам первого 12 и второго 13 ключей.

Измеритель также включает генератор стабильной частоты 14,. выход которого подключен к третьему ключу 15 и к делителю частоты 16. Выход делителя частоты непосредственно подключен к перво му ключу, а также через каскад задерж ки 17 — ко второму ключу, причем выходы первого и второго ключей подсоединены к схеме ИЛИ 18, выход которой подключен к вычитаюшему входу разностного счетчика 9. Выходы счетчика 9 соединены с блоком измерения 19, а суммирующий вход раэностного счетчикавыходом третьего ключа 15. Второй вход ключа 15 соединен с выходом третьего триггера 8,. второй управляющий вход которого через селектор 20 подключен к одному иэ ультразвуковых преобразователей.

Измеритель работает следующим образом.

В начальный момент времени 1о (фиг. 2, а) генератор импульсов 1 через диодные цепочки, предназначенные для развязки ультразвуковых преобраэовате лей по отраженным и принятъ1м сигна- лам возбуждает оба ульчраэвуковые преобразователи 4, 5 и одновременно по первым управляющим входам приводит и единичные состояния первый 6, второй

7 и третий 8 триггеры, а раэностный счетчик 9 - в нулевое состояние. Во время действия электрического импульса ультразвуковые преобразователи возбуждают в переходных слоях ультразвуковые

1S волны (фиг. 2, б), которые распространяются по ним, проходят исследуемую среду и через переходные слои возбуждают ультразвуковые преобразователи (фиг. 2, в). Некоторая часть энергии излучаемых в исследуемую среду ультразвуковых колебаний иэ-за различия акустических импедансов слоев и среды отражается от границ переходных слоев— исследуемая среда. Отраженные ультразвуковые импульсы (фиг. 2, г, д.) преобразутотся ультразвуковыми преобразователями в,электрические и селектируют ся при помощи селекторов 10 и 11. ь

При этом время и длительность селекции выбраны такими, чтобы селектировались только импульсы, отраженные от ,границ слой — среда.

Отраженные импульсы, имеющие меньщую амплитуду, чем зондирующие, из- а потерь в переходных слоях и частичного отражения не изменяют состояния триггеров 6 и 7. Проселектированные отраженные сигналы в селекторах 10 и 11 преобразуются в короткие импульсы и с их выходов поступают на вторые управляющие входы триггеров 6 и 7, переводя их в нулевое состояние (фиг. 2, е, ж.).

Таким образом, длительности импульсов на выходах триггеров 6 и 7 равны временам двойных задержек ультразвука

2Т< и 2Ф в переходных слоях ультразвуковых преобразователей.

Непрерывные колебания.с выхода генератора стабильной частоты 14 (фиг. 2,я) с периодом повторения, равным, например„, = 1 мкс, поступают на дели1

TGJ1h частоты 1 6 с коэффициентом деления = 2. С выхода делителя импульсы (фиг. 2, к) поступают непосредственно на первый ключ 12 и через каскад задержки 17 - на второй ключ

13. Время задержки Т1 каскада 17 выбирается из условия 0 < Т < 4c .

655959

Последовательность импульсов с выхода ключа 12, состоящая из N = — т- — - 4

2С<

1 г1, импульсов (фиг, 2, л), и другая последователвность с выхода ключа 13, сос г гояшая из и =, +1 импульсов о (фиг. 2, м), подаются на схему ИЛИ, на выходе которой получается последова- tg тельность, состоящая из М = N + N импульсов. Эти импульсы поступают на вычитаюший вход счетчика 9.

Триггер 8, селектор 20 и ключ 15 выделяют сигнал прямого прохождения 35 через исследуемую среду (фиг. 2, в).

Импульсы с выхода ключа 15 поступают на суммирующий вход разностного счетчика 9. Число импульсов, поступивших

20 на суммирующийвход (фиг. 2,п),йо —, У (7 .(! 1 где З = С„+ С + „— время распространения ультразвуковой волны через исследуемую среду. Суммарное число импульсов, записанных в разностном счетчике 9 (фиг. 2, р), Н = No- N g или Н (+4 Ф гд- о <(ие С11 С22

О

Таким образом, из результата измерения исключается время прохождения ультразвуковой волны через переходные слои. В результате этого, в счетчик записывается число импульсов, равное численному значению длительности изма

35 ряемого временного интервала в микросекундах С выходов разностного счетчика 9 код поступает на входы блока 19. измерейия, в котором по известной базе измерения вычисляется скорость ультразвука.

Цифровой измеритель скорости ультразвука исключает погрешность измерения, вызванную нестабильностью акустических свойств переходных слоев ультразвуковых преобразователей в процессе измерения, поэтому обладает повышенной точностью.

Кроме того, предлагаемый измеритель позволяет получить цифровое значение скорости ультразвука при однократных и многократных измерениях, что создает возможность автоматизировать системы контроля, основанные на определении скорости ультразвука в контролируемой среде, а также расширяет область применс ния ультразвуковых контрольно-измерительных приборов.

Ф о р м у л а изобретения

Цифровой измеритель скорости ультразвука, содержащий генератор импульсоВ, два ультразвуковых преобразователя и два триггера, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены два диода, два селектора отраженных импульсов, три ключа, схема ИЛИ, каскад задержки, делитель частоты, третий триггер, генератор стабильной частоты, селектор, разностный счетчик и блок измерения, при этом генератор импульсов через диоды подключен к первым управляющим входам первого, второго и третьего триггеров н к входу сброса раэностного счетчика и к ультразвуковым преобразователям, соединенным соответственно с первым и вторым селекторами отраженных импульсов, выходы которых соединены со вторыми управляющими входами первого и второго триггеров, выходы которых подключены к управляющим входам первого и второго ключей, выход генератора стабильной частоты подключен к третьему ключу и к делителю частоты, выход которого непосредственно подключен к первому ключу, а также через каскад задержки - ко второму ключу, выходы первого и второго ключей подсоединены к схеме ИЛИ, выход которой подключен к вычитающему входу разностного счетчика, выходы которого соединен с блоком измерения, а суммирующий вход разностного счетчика подключен к выходу третьего ключа, второй вход которого соединен с выходом третьего триггера, второй управляющий вход которого через селектор подключен к одному из ультразвуковых преобразователей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 532807, кл. Я 01 Й 29/ОО, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 502324, кл. G 01 8 33/34, 1974.

g55959 фис. 1

Составитель, В. Пирогов

Редактор О. Филиппова Техред К. Гавроц Корректор Л. Веселовская

Заказ 1507/34 Тираж 1089 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4