Устройство для измерения скоростираспространения ультразвука

Устройство для измерения скоростираспространения ультразвука

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социвлистических

Республик о1 822013

К АВТОРСКОМУ СВИДИТИЛЬСТВУ (61} Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 26. 12. 78 (21) 2702862/25-10

{53)М. Кл. с присоединением заявки ¹

G 01 N 29/00/, G 01 Н 5/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 150481.Бюллетень М 14

{13) УДК 534. 232 (088. 8) Дата опубликования описания 150481 (72) Авторы изобретения

И.A.×åðíoáàé и A.È.Øàòêîâñêèé

Научно-исследовател проблем Белорусског государственного ун (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ

РАСПРОСТРАНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКА

Изобретение относится к области акустических измерений и может быть использовано для точного измерения ск орости распространения ультразвук а в жидких, твердых или газообразных средах .

Иэвестны устройства для измерения скорости распространения ультразвукаа, ос нованные на ав тоциркуляции импульсов по замкнутой цепи обратной связи 1 .

Однако данные устройства не обладают высокой точностью измерений из-за сравнительно высокой частоты следования импульсов и действия в акустически контролируемой среде,многократных реверберационных помех, которые складываются случайным образом с прямым ультразвуковым сиг налом и ограничивают за счет этого точность измерений.. . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения скорости распространения ультразвука, содержаще е последов атель но соединенные генератор зондирующих импульсов, акустический преобразователь с излучающим и приемным пьезоэлементами| широкополосный усилитель, временной селектор, формирователь коротких импульсов, преобразователь временных интервалов, интегрирующий каскад,преобразователь напряжения в частоту при этом второй выход генератора зондирующих импульсов связан через задерживающее устройство со вторым входом временного се лектора, и частотомер (2).

Недостаток данного ус тройс тва с остонт в низкой точности измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены делитель частоты, два дешифратора| блок управления, причем вход делителя, частоты подключен к выходу преобразов ателя напряжения в частоту, его первый выход подключен к входу генера . тора зондирующих импульсов, второй вход подключен через первый дешифратор к второму входу формирователя интервальных импульсов, а третий выход — к преобразователю временных интервалов через последовательно связанные второй дешифратор и блок управления, при этом, частотомер подключен ко второму выходу преоб30 раэователя напряжения в частоту.

822013

На фиг. 1 изображен один иэ возможных в ариантов структурной схемы устройства; на фиг. 2 — диаграммы его раб оты.

Уст ройств о содержит последовательно соединенные генератор 1 зондирующих импульсов, излучающий преS образов атель 2 и приемный преоб разовв атель 3, между которыми включена акустически контролируемая среда 4, широк ополос ный усилитель 5, временной селектор б, формирователь 7 коf0 ротких импульсов, формирователь 8 интерв альных импульсов, преобразов атель 9 временных интервалов, интегрирующий каскад 10, преобразователь

11 напряжения в частоту, при этом второй выход генератора 1 зондирующих импульсов связан через задерживающее устройство 12 со в торым входом в ременного селектора б, и частотомер 13.

B устройстве применен делитель 14 20 частоты, который включен между выходом преобразователя 11 напряжения в частоту и входом генератора 1 зондирующих импулЬсов, причем делителЬ

14 частоты вторым выходом подключен через дешифратор 15 к второму входу формиров ателя 8 интервальных импульсов, а третьим выходом — к преобразователю 9 временных интервалов через последов ательно связанные второй дешифратор 16 и блок 17 управления, а частотомер 13 подключен ко второму выходу преобраэов ателя 11 напряжения в частоту.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 зондирующих импульсов запускается через делитель 14 частоты сигналом с выхода преобразователя 11 напряжения в частоту и вырабатывает короткие зондирующие им- 40 пульсы (фиг. 2а), которые возбуждают излучающий преобразователь 2. Период возбуждения Т излучателя 2 для разных режимов работы устройства в два-три раза больше времени дей- 45 ствия реверберационных помех, что обеспечивает стабильность и точность измерений скорости ультразвука.

Акустический сигнал проходит за вРемЯ TpacopwePea контролируемУю сРеду.4 и преобразуется приемником 3 в .электрический сигнал (см. фиг. 2б), который усиливается до определенного уровня в широкополосном усилителе 5 и подается на вход временного селектора 6. Импульс запуск а временного селектора б формируется с помощью задерживающего устройства 12 через вре- мя Т после излучения зондирующего импульса и подается на второй вход временного селектора, Временный селек-g{) тор 6 пропускает к формирователю 7 коротких импульсов сигнал прямого прохождения и запрещает пропуск паразитных и реверберационных сигналов что обеспечивает помехозащищенность устройства в целом. При необходимости временной селектор 6 может пропускать краткоотраженные сигналы., что определяется величиной задержки в устройстве 12.

C формирователя 7 короткие импульсы (см. фиг. 2в) поступают на быстродействующий формирователь. 8 интервальных импульсов, например, триггер, запускаемый импульсами с первого дешифратора 15. Длительность импульс а Л t (см. Фиг. 2г) Формирователя 8 пропорциональна времени распространения Tp

8 подаются на преобразов атель 9 временных интерв алов в напряжение, который на своем выходе обеспечивает величину напряжения U qp (см. Фиг. 2д), средний уровень По (cM. Фиг. 2е) которого одновременно пропорционален длительности gt и частоте F поступления импульсов с Формирователя 8, т.е. ()о = К 4t Fi (1) где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Уровень напряжения По формируется на выходе интегрирующего каскада 10, как результат усереднения напряжения

U<> с выхода преобразователя 9. На.пряжение U<> управляет преобразователем 11 напряжения в частоту который является сравнительно высокочастотным и имеет частоту следования импульсов до .100-200 кГц и более (cM. фиг. 2ж) .

Импульсы с выхода преобразователя

11 напряжения в частоту подаются на выход делителя 14 частоты со сравнительно большим коэффициентом деления (до 10 > и выше) . Делитель 14 частоты обеспечивает запуск генератора

1 зондирующих импульсов низкочастотныМи импульсами с периодами T (см. фиг. 2а), что необходимо для защиты от действия реверберационных помех.

Дешифратор 15 управляется комбинацией сигналов с выхода делителя 14 частоты и при определенном состоянии последнего выдает на своем вы>оде импульс, точно отстоящий по времени от зондирующего импульса на заданное

822013

Формула изобретения

60 количество п повторения импульсов преобразователя 11 напряжения в частоту ("M. фиг..2и), Кроме того, положение импульса первого дешифратора 15 строго синхронизировано с импульсами преобразователя 11 напряжения в частоту. Поэтому длительность интерв ального импульса формирователя 8 равна рсиспp пТясвт где T„p — период повторения импульса преобразователя

11 напряжения в частоту; — число периодов,на которое отстоит импульс от дешифратора от зондируемого импульса, Средний уровень выходного напря15 жения U> на выходе интегрирующего каскада 10 по выражению (1) с учетом (2) равен

Up = К,Tppcnp — nTnos ). Г (3)

Таким образом, по цейи корретирую- о щей обратной связи в системе автоматической подстройки частоты устанавливается четкое регулирование, характеризуемое уравнением (3) . При изменении,, например увеличении, скорос- 25 ти ультразвука, уменьшается время

его распространения, что вызывает уменьшение длительности интервального импульса, который в свою очередь вызывает уменьшение напряжения Uqp 30 на выходе преобразователя 9 временных интервалов, и соответственно уменьшение напряжения Up на выходе интегрирующего каскада 10. Незначительному уменьшению Up соответствует значительное увеличение частоты- F преобраэователя 11 напряжения в частоту.

Увеличение частоты F зондирующих импульсов, в свою очередь, вызывает по цепи обратной связи увеличение U<.—

За счет достаточно большой постоянной времени интегрирующего каскада

10 в системе автоматической подстройки устраняются автоколебания, а за счет высокой чувствительности преобразователя 11 напряжения в частоту 45 в системе устанавливается четкое равновесие, критерием которого является

U< - const (4)

Так как период TÄps = 1/F, то время распространения ультразвука в среде определяется с учетом (4) из выражения (3)

1) = К,Т ц „Kn const

Обозначая

UoK+ n = K =const, 1 получаем

Uo

Т„„=(— + n) = К" (5)

К F Р

Следовательно, время распространения ультразвуковых волн через акустически контролируемую среду 4 обратно пропорционально частоте F повторения импульсов преобразователя 11 напряжения в частоту, так как все другие величины, входящие в уравнение (5), являются постоянными. Величина час тоты F регистрируется частотомером 13 в соответствующих единицах скорости распространения ультразвука.

Назначением второго дешифрато >а

16 и блока 17 управления является повышЕние быстродействия и точности работы преобразователя 9 временных интервалов путем периодичеСкого разряда его запоминающей емкости.

Второй дешифратор 16 по определенному состоянию делителя 14 частоты выдает импульс, временное положение которого несколько опережает интервальный импуль с формиров ателя 8 (см. фиг .

2 ж) . По импульсу второго дешифратора 16 блок 17 управления формирует разрядный импульс (см. фиг. 2к), который перед приходом интервального импульса разряжает замкнутую емкость преобразов ателя 9 и подготавлив ает его к очередному преобразованию време н но го и н тер вал а.

В устройстве погрешность за счет преобразователя 9. временных интерв алов, представляющая собой основную погрешность устройств а, меньше, по сравнению с известным устройством во столько. раз, во сколько раз длительность интервального импульса меньше времени распространения ультразвука в среде, что определяется числом периодов преобразователя 11 напряжения в частоту, на которое отстоит импульс дешифратора 15 от зондирующего импульса. Точность измерений повышается за счет быстродействия и более четкой работы преобразователя временных интервалов, а также за счет того, что, с одной сторонь, информация о скорости распространения ультразвука- представляется в высокочастотном виде и, с другой стороны, длительная нестабильность работы преобразователя напряжения в частоту не имеет никакого значения, так как устройство автоматически . компенсирует эту нестабильность по цепи обратной связи.

Устройство для измерения скорости распространения ультразвука, содержащее последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, акустический преобразователь с излучающим и приемным пьезоэлментами, широкополосный усилитель, временной селек-тор, формирователь коротких импульсов формирователь интервальных импульсов, преобразователь временных.интервалов, интегрирующий каскад, преобразователь напряжения в частоту, при этом второй выход генератора зондирующих импульсов связан через

82201 3 задерживающее устройство со вторым входом временного селектора и частотомер, о т л и ч а ю щ е е а я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены делитель частоты, два дешифратора, блок управления, причем к выходу преобразователя напряжения в частоту подключен вход делителя частоты первый выход которого подключен ко входу генератора зондирующих импульсов, второй выход подключен через первый дешифратор к второму входу формирователя интервальных импульсов, а третий выход — к преобразователю временных интервалов через последовательно связанные второй дешифратор и блок управления, при этом частотомер подключен к второму выходу преобразователя напряжения в частоту, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

10 9 402734, кл. G 01 И 29/00, 1971

2. Авторское свидетельство СССР

9 599206, кл. G 01 N 29/00, 1976 (прототип) .

822013

Фиг.Z

Составитель В.Валуев

Редактор О. Колесникова Техред A.Ñàâêà Корректор M.Øàðoèè

Зак аз 180 2/66 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская об., д. 4/5

Ю

Филиал ППП Патент, Ь. Ужгород, ул. Проектная, 4