Устройство для ультразвуковогоизмерения концентрации компонентовв сложных полимерных композициях

Устройство для ультразвуковогоизмерения концентрации компонентовв сложных полимерных композициях

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскнк

Соцмалистмчесник

Республик

О П И С А Н И Е (иis>ss>s

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к аат. свид-ву (22) Заявлено 22.05.79 (21) 2767091/25-10 (51) Q. (д.

Я 01 Й 29/00 с нрисоединеиием заявки J6

Гветдэрстввеый комитет

СССР аа делам лзв6рвтвнаа

N втлрмтвн (23) Приоритет

Опубликовано 23.03.81. Бюллетень »В 11 (53) УЛК 534.22 (088.8) Дата опубликования описан ия 23.03.81

Б. A. Иванов, В. И. Ручкин, Ю. A. Скрипник, А. И. Лавринейко и B. А. Михайлец у т ) Ф»; . . ° у

j > . "!t е "

Киевский технологический институт легкой промьтщленМОсти.,:; ., 1 l

Э i Д,;,»; — Л

: . У" (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (5 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ

KOHlIEHTPAUMH КОМПОНЕНТ. В СЛОЖНЫХ

ПОЛИМЕРНЫХ КОМ ПОЗИЦИЯХ

Изобретение относится к ультразвуковому контролю параметров материалов, .в частности м ногокомпонентных полимерных композиций, и может быть использовано при изучении физико-механических свойств композиционных материалов.

Известны устройства ультразвукового контроля и измерения концентрации различных примесей и включений, основанные на.различии затухания разночастотных сигналов в контролируемой среде, содерio жащие генератор, блок приемо-преобразователей, усипитель и индикатор Щ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устрой ство ansi ультразвукового измерения кон15 центрации, содержа|цее генератор, блок приемо-передающих преобразователей, фазовый детектор, широкополосный усилитель и выходной индикатор (2J.

Недостатком известного устройства является малая точность измерений вследствие использования широкополосного усилителя в приемном тракте, обуславливающего неравномерность фазочастотной характеристики и высокий уровень входных шумов.

Кроме того, двухчастотный метод зондирования, примененный в устройстве, не позволяет исследовать трехкомпонентные полимерные композиции, так как скорость распространения ультразвуковой волны в них нелинейно зависит от частоты.

Hem изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается эа счет того, что устройство дпя ультразвукового измерения концентрации компонент в сложных полимерных композициях, содержащее генератор, блок приемо-переда- ющих преобразователей, фазовый детектор и индикатор, снабжено. делителем частоты вход которого соединен с выходом генератора, nepabw балансным смесителем, входы которого соединены с выходами генератора и делителя частоты, первым трехканальным коммутатором, входы которого соединены с выходами первого ба3 81 пансного смесителя и депитепи частоты, тремя избиратепьными усипитепямн, соединенными с соответствующими выходами первого трехканапьного коммутатора, тремя установочными фазовращатепями, соейиненными с выходами соответствующих избирательных усилителей, последовательно соединенными вторым трехканальным коммутатором, вторым бапансным смесителем, четвертым избиратепьным усипитепем и амппитудным ограничитепем, выход которого подключен к первому входу фазового детектора, второй вхой которого подключен к выходу депитепя частоты, причем блок приемо-передающих преобразователей выполнен трехканальным и вкшочен между выходам@ установочных фазовращатепей и входом второго бапансного смесителя, а также поспедоватепьно соединенными между выходом фазового детектора и входом индикатора анапого-цифровым преобразователем и микропроцессором, автоматическим прерывателем, подкпюченным между выхойом генератора и вторым бапансным смесителем, и схемой управпения, подключенной к соответствующим управляющим входам коммутаторов, прерывателя и микропроцессора.

На чертеже представпена бпок=.схема предпагаемогс устройства.

Оно содержит генератор 1 т(=стовых сигналов (источник гармонического напряжения частоты (,3 }, делитель 2 частоты на заданное числа д первый и второй балансные смесители 3 и 4, первый и второй трехканальные автоматические коммутатооы 5 и 6, автоматический прерыватепь 7, схему Я управпения коммутаторами ипрерыватепем, избирательные усипители 9 с частотой(3+ — 10 с частотой (,3 ——

63 .. 63

1 A и 11 с частотой трехканальный бпск

12 приемно-передающих цьезоцреобразователей, избирательный усилитель 13 частоты — амплитудний ограничнтепь 14, фа63 зовый детектор 15, айапого-цифровой преобразователь 16, микропроцессор 17, выходной индикатор 18, установочные фазоврашатепи 19 - 21, вкщоченные между избирательными усипителями 9-11 и передающими пьезопреобразоватепями блока

12, внутри которого устанавпивается измеряемый обьект 22.

Устройство работает спедующим образом.

Тестовые сигналы формируются путем смешивания частот двух сигналов: сигнала генераторов 1 частоты д н выходного сигнала — р -кратного делитепя 2 и частоты. В резупьтате перемножения этих

5618 4 сигналов, на выходе первого балансного смесителя 3 появпяется сигнал вида

U>=U„cos(cct+q„) Uzcos(-„t+y =

=-U „Uz(cos((co+ ) ((р„+ЯД

" ((-М) " l, ))j, Р 2 и M2 (2р (..хема 8 управпения с помощью автоматических трехканальных коммутаторов 5 и

6 осуществляет поочередное синхронное переключение приемных и передающих пьезолреобразователеи блока 12 на соответ-. ствующие каналы тестовых сигналов. Вслед ствие коммутации, на выходе второго балансного смесителя 4 в третий такт измерения появпяется сигнал вида

Ll,,=U„cosLèt р„ЯU,U coo*

"((@" "< 1= — Ц Q gC) QM+ — 1+

w(2q Ó + р Ц )i«ь(Ä)t)+

Ф(q ФЧ р,Я, (3) во второй такт измерения ((=U cos((et+a f — () Оgcos*

Г < 1

-" — U 0 CC0$L(2 - — !1 1 п! (2q (р +q"+(ðÄ+cos (- Ä) tj

+ф+q„ -(р )), (4) в третий такт измерения (коммутации) контакт автоматического прерывателя 7 где Ц и Ц2 — амплитуды смешиваемых сигналов; (о И ц) - начальные фазы смешиваемых сигналов.

Из полученного спектра частот выделяются боковые составляющие, которые испопьзуются в качестве верхней и средней частот зондирующих сигналов, с помощью избирательных усилителей 9-11, причем в качестве тестового сигнала нижней частоты берется выходное напряжение с де20 воителя 2 частоты, имеющее вид

5 815618 6 разомкнут и напряжение снимается со сме- мерный материал с концентрациями входясителя 4 без преобразования частоты щих в него компонент и и! где 0„>,0<>,0 > — напряжения тестовых сигналов на выходе второго балансного смесителя 4 соответственно в первый, 10 второй и третий такты коммутации;

1 l l 1a ф,,Ц „Я, — фазовые сдвиги, вносимые объектом измерения на соответствующих тес- 15 товых разночастотных сигналах;

$,(p,(p — фазовые сдвиги, вносимые установочными фазовращателями 19-21 в каналах 2о

У тестовых сигналов.

Как видно из приведенных соотношений (1)-(5), во все такты коммутации на выходе второго балансного смесителя

4 в спектре сигналов имеются информатив-25 ные составляющие одной и той же часто» ты — . Это обстоятельство позволяет исCD

A пользовать в приемном тракте избирательно ный усипитель13 частоты —, что дает возможность пЕрейти к одноканальной 30 структуре приемного тракта.

После амплитудного ограничения (амплитудным ограничителем. 14 } полученного фазомодулированного сигнала, с целью уменьшения амплитудно-фазовой погрешности, измерительная информация поступает на фазовый детектор 15. На опорный вход фазового детектора 15 подается напряжение с делителя 2 частоты. С вы- 4п хода фазового детектора 15 сигнал, пропорциональный измеряемым фазовым сдвигам, проходя через аналого-цифровой преобразователь 16, поступает в микропроцессор 17 и выводится на выходной инди- <5 катор 18. Установочные фазовращатели

19-21 предназначены для того, чтобы исключить влияние начальных фаз тестовых сигналов и набега фаз в соответствующих каналах усиления. Для чего необходимо в отсутствие измеряемого объекта выполнить следующее условие

Устройство для ультразвукового измерения концентрации компонент в сложных полимерных композициях, содержащее r енератор, блок приемно-передающих преобразователей, фазовый детектор и индикатор, о т л и ч а. lo щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено делителем частоты, вход которого соединен с выходом генератора, первым балансным смесителем, входы которого соединены с выходами генератора и делителя частоты, первым трехканальным коммутатором, входы которого соединены с выходами первого балансного смесителя и делителя частоты, тремя избирательными усилителями, соединенными с соответствующими выходами первого г=Ч» Чг=Ч 92 (6) 55 Применяя трехчастотное зондирование материала, можно составить систему уравнений, связывающих время прохождения ультразвука через трехкомпонентный полигде - время прохождения ультраФ звука на < -oN частоте контролируемый материал;

C (4д ) - скорость распространения

"1 ультразвука в 4 -ой компоненте íà g -ой частоте;

Х j — концентрация 1 -ой компоненты. Так как расстояние проходимое ультразвуком в единичном объеме материала, пропорционально объему, а значит,. и концентрации составляющих его (материала) компонент (еледствие свойства аддитивности, применимое к подобным материалам).

Таким образом, определив время прохождения ультразвука путем измерений фазовых сдвигов тестовых сигналов, вносимых контролируемым объектом, а также зная скорость прохождения ультразвука в каждой компоненте на любой из заданных частот, можно легко определить концентрацию кажд4 и компоненты Х 4 материала.

Переход к одноканальной структуре приемного тракта позволяет повысить точность измерения за счет исключения влияния фазовых сдвигов, вносимых каналами приемного тракта, и использования резонансного усилителя в тракте преобразования информации, что позволяет также повысить чувствительность измерения, При этом появляется возможность контроля объектов с большим затуханием ультразвука.

Формула изобретения

8156 трехканального коммутатора, тремя установочнымн фазовражателями, соединенными с выходами соответствукзцих избирательных усилителей, последовательно, соединенными вторым трехканальным коммутатором, вторым балансным смесителем, четвертым избирательным усилителем и амплитудным ограничителем, выход кото рого подключен к первому входу фазового детектора, второй вход которого подключен 10 к выходу делителя частоты, причем блок приемно-передакщих преобразова телей выполнен трехканальным и включен между выходами установочных фазовращателей и входом второго балансного смесителя, 15 а также последовательно соединенными

18 . 8 между выходом фазового детектора и входом индикатора аналого-цифровым преобразователем и микропроцессором, автоматическим прерывателем, подключенным между выходом генератора и вторым балансным смесителем, и схемой управлеления, подключенной к соответствукщим управлякщим входам коммутаторов, прерывателя и микропроцессора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР ¹ 220033333377, кл. Q 01 Й 29/00, 1968.

2. Патент США N 3802271, кл. 73-432, 1974 (прототип).