Цифровой измеритель скорости ультразвука
Иллюстрации
Реферат
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕДЬСТВУ
Союз Советскнк
Социалистических
Республик (1 792131 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 24А178 (21) 2698049/25-10 с присоединением заявки Ио(23) Приоритет—
Опубликовано 30.12.80, Бюллетень 149 48
Дата опубликования описания 301280 (51}М. Кл.
С 01 к 29/00
G 01 к 5/00
Государственны Я комитет
СССР по делам изобретениЯ и открыти Я (S3} У4К534.232 (088.8) (72) Автор изобретения.
М.И. Клименко (71) Заявитель
Винницкий политехнический институт
РГ Т Б
2 (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА
Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для неразрушающего контроля качества материалов по скорости распространения ультразвука в химической, металлургической, строительной,пищевой и других отраслях промышленности
Известен измеритель скорости ультразвука в материалах, содержащий синхронизатор, генератор возбуждаюцих импульсов, излучаюций и приемный преобразователи, усилитель, два формирователя, селекторный блок, генератор импульсов калибровочной длитель- !5 ности, счетный блок и блок цифровой индикации, причем выход первого формирователя через переключатель соединен со входом селекторного блока, ко входу которого также через пере- 20 ключатель подключен генератор импульсов калиброванной длительности, а ко второму входу селекторного блока подключен выход второго формирователя, выполненного в виде генератора 25 перестраиваемой частоты (1) .
Недостаток данного измерителя заключается в том, что в нем для ввода в устройство базы измерений необходимо с помоцью импульсов пер" 30 вого формирователя установить частоту второго формирователя, соответствующую базе измерения, что снижает производительность и ке позволяет автоматизировать процесс измерений.
Известен также измеритель скорости распространения ультразвука колебаний в материалах, содержащий синхронизатор, генератор ультразвуковых колебаний, приемный и излучающий преобразователи, широкополосный усилитель, формирователь, генератор калиброванной частоты. Этот измеритель снабжен ключами, счетчиком импульсов, кодируюцим устройством с включенными на входах декадными переключателями задания базы измерения частоты и делителем частоты с дробными коэффициентами деления, при этом вход делителя частоты через ключ соединен с выходом генератора калибровочной частоты, кодовые входы ввода числителя коэффициента деления подключены к кодовым входам счетчика импульсов, а кодовые входы ввода знаменателя коэффициента деления соединены с кодовым выходом кодирующего устройства 12 .
Недостаток указанного иэ мерителя заключается в том, что в нем для
792131
50
65 непосредственного измерения скорости требуется применение частотомера, что усложняет схему измерения и снижает быстродействие.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому измерителю является цифровой измеритель скорости ультразвука, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, излучатель, приемник, усилитель и формирователь, последовательно соединенные первый триггер, первую схему совпадения и умножитель, выполненный н виде первого и второго счетчиков, первые входы которых объединены и подключены к выходу синхронизатора, а также генератор калиброванной частоты и последовательно соединенные схему сброса, третий счетчик, второй триггер, вторую схему совпадения и четвертый счетчик, второй вход которого соединен с выходом синхронизатора, при этом выход генератора калиброванной частоты соединен со входом второго счетчика и со вторыми входами первой и второй схем совпадения, выход первой схемы совпадения соединен со входоМ первого счетчика, первый вход первого триггера соеди— нен с первым нходом схемы сброса и с выходом синхронизатора, его выход — co вторыми входами схемы сброса и второго триггера, а выход умножителя соединен со вторым входом третьего счетчика, причем ныход формирователя соединен со вторым входом первого триггера P3) .
Недостаток известного измерителя заключается н его малом динамическом диапазоне измерений, вследствие чего при контроле сред с большим разбросом параметров требуется использовать первичные преобразователи с различными акустическими базами, что уменьшает производительность измерений.
Целью изобретения является повышение производительности измерений за счет расширения динамического диапазона измеряемых скоростей.
Поставленная цель достигается тем, что н цифровой измеритель скорости ультразвука, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, излучатель, приемник усилитель и формирователь, последовательно соединенные первый триггер, первую схему совпадения и умножитель, выполненный н виде первого и второго счетчиков, первые входы которых объединены и подключены к выходу синхронизатора, а также генератор калиброванной частоты и последовательно соединенные схему сброса, третий счетчик, второй .риггер, вторую схему совпадения и
<етвертый счетчик, второй вход кото>ого соединен с выходом синхрониза3
36
t5
60 тора, при этом выход генератора калиброванной частоты соединен со нхо— дом второго счетчика и со вторыми входами перной и второй схем совпадения, выход первой схемы совпадения соединен со входом первого счетчика, первый вход первого триггера соединен с первым входом схемы сброса и с выходом синхронизатора, его выход со вторыми входами схемы сброса и второго триггера, а выход умножителя соединен со вторым входом третьего счетчика, введены последовательно соединенные компаратор, пятый счетчик, дешифратор, контактный переключатель, дифференцирующая цепочка, одновибратор и схема выделения импульсов, причем выход формирователя соединен со входом компаратора и со вторым входом схемы выделения импульсов, выход которой соединен со вторым входом первого триггера, а выход установки нуля пятого счетчика соединен с выходом синхронизатора.
На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого измерителя; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы.
Измеритель содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, гене— ратор 2 зондирующих импульсон, излучатель 3, приемник 4, усилитель 5, формирователь б, компаратор 7 и пятый счетчик 8, вход установки нуля которого соединен с выходом синхронизатора 1, выходы счетчика 8 соединены со входами дешифратора 9, выходы которого подключены к контактному переключателю 10, переключающий контакт которого через дифференцирующую цепочку 11 подключен к однонибратору 12, последовательно соединенные схему 13 выделения зхо-импульсов, выполненную, например, н виде схемы совпадения, управляющий вход которой соединен с выходом одновибратора 12, а основной вход — с выходом формирователя б, первый триггер 14, первый вход которого подключен к выходу схемы 13, первую схему 15 совпадения, а также генератор 1б калиброванной частоты, выход которого соединен со вторым входом схемы 15 совпадения, первый вход которой соединен с выходом триггера 14, умножитель 17 частоты, третий счетчик 18, второй триг.гер 19, второй вход которого соединен с выходом первого триггера 14, вторую схему 20 совпадения, второй вход которой соединен с выходом генератора 1б, и четвертый счетчик 21, первый вход которого подключен к выходу второй схемы 20 совпадения, а второй вход — к выходу синхронизатора 1. Умножитель 17 частоты, выполнен в виде первого и второго счетчикон 22 и 23, первые выходы которых соединены между собой и подключены к выходу синхронизатора 1, а второй
792131 вход счетчика 2 3 соединен с выходом генератора 16. Между входом и выходом триггера 14 и вторым входом третьего счетчика 18 подключена схема
24 сброса.
Измеритель работает следующим образом.
Импульс с выхода синхронизатора 1 (фиг. 2а) поступает на вход первого триггера 14 и устанавливает его в состояние 1. Одновременно этот импульс служит импульсом сброса для счетчиков 8, 12, 21, 22 и 23 и запускающим импульсом для генератора 2 зондирующих импульсов. С выхода колебания возбуждают излучатель 3, на вход приемника 4 поступают первый прошедший через материал импульс и серия эхо-импульсов (фиг. 2д), которые усиливаются усилителем 5, формируются формирователем 6 (фиг. 2е) и поступают на вход схемы
13 совпадения, а также поступают на вход компаратора 7, который формирует из них импульсы неизменной амплитуды (фиг. 2ж), достаточной для нормальной работы счетчика 8 импульсов. Эти импульсы поступают на вход дешифратора 9, преобразующего двоичный код счетчика 8 в сигнал на одном из.своих выходов, соответствующих первому прошедшему или номеру прошедших эхо-импульсов в десятичной системе исчисления. Когда счетчик подсчитает количество импульсов, равное номеру выхода дешифратора, к которому подключен переключающий контакт переключателя 10, то сигнал с этого выхода дифференцируется цепочкой 11 (фиг. 2з) и запускает одновибратор 12, импульс которого (фиг. 2и) открывает схему 13 совпадения.
При этом схема совпадения пропускает на второй вход триггера 14 тот импульс, номер которого набран переключателем 10 (фиг. 2с), который опрокидывает триггер 14 в состояние О. Таким образом, на выходе триггера 14 получается прямоугольный импульс, длительность которого в соответствии с номером выбранного импульса, равна времени распространения ультразвуковых колебаний в исследуемом материале. Этот импульс служит импульсом сброса для счетчика 18, поступает на первый, вход триггера 19 и одновременно на вход схемы 15 совпадения, на другой вход которой поступают импульсы с генератора 16 калиброванной частоты. Выход схемы 15 совпадения соединен со входом работающего в коде 1215 счетчика 22 умножителя 17 частоты. В счетчике 22 фиксируется число, равное количеству импульсов, поступивших на его вход за время с „
f ó. t< (1) где Г„дд — частота кварце во ro генератора, равная
10 МГц;
t« =(2n-1)t< — время прохождения выбранного переключателем
10 импульса;
n — номер выбранного импульса.
На вход работающего в коде 1248 счетчика 23 умножителя 17 частоты поступают импульсы с выхода генератора 16 калиброванной частоты.
Частота на выходе умножителя 17 частоты
= Г, И,„/10, (2) 5 где п — количество декад умножителя.
После умножителя импульсы с частотой поступают на вход счетчика
18, емкость которого N . устанавливается соответствующей базе измерения. Выход счетчика 18 соединен со вторым входом -триггера 19, на выходе которого формируется прямоугольный импульс длительностью
N, <8 >
30 N = f с — Ncn 8 10 (4)
8 Нап t gpss мал
Если установить
N z> =(2n — 1) 1 Гд„„ /10, то в счетчике 21 будет зафиксировано число, соответствующее скорости распространения ультразвуковых колебаний в материале, т.е. с = 1/t<. (5)
Точность измерения скорости ульт40 развука определяется выбором величины номером выбранного импульса и длиной акустической базы 1.
Предложенный измеритель позволяет производить как неразрушающий конт45 роль по скорости у р у o t>e b ных твердых образцов с произвольной акустической базой, так и непрерывный контроль движущихся потоков жидкости и газообразных сред, обеспечивает
gp непосредственно высокоточную цифровую индикацию скорости распространения .ультразвуковых колебаний при контроле материалов с большим разбросом параметров и позволяет полностью автоматизировать процесс измерений.
Формула изобретения
Цифровой измеритель скорости
60 ультразвука, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, излучатель, приемник, усилитель и формирователь, последовательно соединен65 ные первый триггер, первую схему
792131 совпадения и умножитель, выполненный в виде первого и второго счетчиков, первые входы которых объединены и подключены к выходу синхронизатора, а также генератор калиброванной частоты и последовательно соединенные схему совпадения и четвертый счетчик, второй вход которого соединен с выходом синхронизатора, гри этом выход генератора калиброванной частоты соединен со входом. второго счетчика и со вторыми входами первсй и второй схем совпадения, выход первой схемы совпадения соединен со входом первого счетчика, первый вход первого триггера соединен с первым входом схемы сброса и с выходом синхронизатора, его выход — co вторыми входами схемы сброса и второго триггера, а выход умножителя соединен со вторым входом третьего. счетчика, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона измеряемых скоростей, в него введены последовательно соединенные компаратор, пятый счетчик, дешифратор, контактный переключатель, дифференцирующая цепочка, одновибратор и схема выделения импульсов, причем выход формирователя соединен со входом компаратора и со вторым входом схемы выделения импульсов, выход которой соединен со вторым входом первого триггера,а вход установки нуля пятого счетчика соединен с выходом синхронизатора.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе l5 1. Авторское свидетельство СССР
Р 393970, кл. G 01 N 29/04, 1974.
2. Авторское свидетельство СССР, 9 484456, кл. G 01 N 29/04, 1975.
3. Авторское свидетельство СССР
Щ 9 626410, кл. G 01 N 29/04, 1977 (прототип).
792131
Т6
U(6
U17
Еи
Ен
ta (Риг. Я
Тираж 1019 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР
° по делам изобретений и открытий
113035, Москва,;У-35,.Раушская наб., д. 4/5
Заказ 9431/42
Филиал Illill "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Составитель Е. Литвинов
Редактор Т. Горячева Техред E.Гаврилешко Корректор М. Вигула