Устройство для измерения акустическихпараметров веществ

Устройство для измерения акустическихпараметров веществ

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОП ИС АНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТРРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

G N 29/00 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по деяам изобретений. и открытий

Опубликовано 15.0631. Бюллетень Н9 22

Дата опубликования описания 150681 (53) У4К 534. 232 (088.8) (72) Авторы изобретения.

С.M.Ãoðñêèé, В.А.Клемин, Е.А.Майоров и В.В.Ручкин (11) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ

IIAPAHETP0B ВЕЩЕСТВ

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения и широком диапазоне частот акустических параметров: скорости распространения, дисперсии скорости и Коэффициента поглощения ультразвуковых волн .в веществах твердого, жидкого или газообразного состояния., в том числе и биологического происхождения.

Известно устройство для измерения скорости распространейия и коэффициента поглощения ультразвука в образцах вещества постоянной длины, содержащее генератор.перестраиваемой частоты с блоком настройки, исследуемый образец твердого вещества с двумя.пьеэопреобразонателями, один из которых подключен к генератору, другой. — через усилитель ко входу:детектора, и индикатор (1j .

Однако указанное устройство не является прямопоказывающим прибором, поскольку скорость и коэффициент rioглощения ультразвука определяются расчетным путем на основании анализа зависимости величины модуля напряжения на выходе пьезоприемника от частоты. а

Наиболее близким .по технической сути является устройство, содержащее, .акустический интерферометр, генератор перестраиваемой частоты, соединенный со.смесителем, усилитель, блок обработки и индикации (.2) .

Недостаток известного устройства состоит в низкой точности измерений и узком .частотном диапазоне.

-Цель изобретения — повышение точйости измерений и расширение частотного диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве интерферометр, выполнен двухканальным, н него нве дены два коммутатора, избирательный усилитель, детектор, аналого-цифровой преобразователь, кварцевый генератор, второй смеситель, фильтр

2О нижних частот, блок фаэоной автоподстройки частоты, электронно-счетный частотомер, при этом выход первого смесителя подключен через фильтр нижних частот ко входу усилителя, первый выход которого подключен через первый коммутатор ко нходу интерферометра, к выходу которого подключен через второй коммутатор первый вход второго смесителя, ко второму входу которого подключен второй выход ге838548 нератора перестраиваемой частоты, к выходу второго смесителя последовательно подключены избирательный усилитель, детектор, аналого-цифровой преобразователь своим первым входом и блок обработки и индикации, блок управления своими выходами подключен ко второму входу блока обработки и индикации ко нтором, входу аналогоцифрового преобразователя, первому входу частотомера,. к коммутаторам, через блок автоподстройки частоты ко входу генератора перестраиваемой частоты, а входом — к выходу блока обработки и индикации, при этом второй вход частотомера подключен ко второму выходу усилителя, а выход к третьему входу блока обработки и индикации.

На чертеже представлена схема устройстна.

Выходы блока двухканального акустического интерферометра 1 соединены со входами коммутатора 2, выход которого соединен со входом смесителя 3.

Другой вход смесителя 3 соединен с выходом генератора 4 перестраиваемой частоты. Выход смесителя 3 соединен со входом избирательного усилителя 5 выход которого подключен ко входу детектора 6. Выход детектора б подключен ко входу аналого-цифрового преобРазователя 7„. выход которого соединен со входом блока 8 обработки и индикации. Выход кварцевого генератора 9 соецинен со входом смесителя 10, другой вход которого соединен с выходом генератора 4 перестраиваемой частоты. Выход смесителя 10 подключен ко входу фильтра 11 нижних частот, выход которого подключен ко входу усилителя 12. Выход усилителя 12 подключен ко входу коммутатора 13, выходы которого соединены со входами блока двухканального акустического интерферометра 1. Выход блока 14 фазовой автоподстройки частоты подключен к управляющему входу генератора

4 перестраиваемой частоты, один из гы:одов которого подключен ко входу блока 14 фазовой автоподстройки частоты. Другой вход блока 14 фазовой антоподстройки частоты соединен с выходом блока 15 управления. Вход электронно-счетного частотомера 16 соецинен с выходом усилителя 12, а выход со вторым входом блока 8 обработки и инцикации, выход которого соединен со входом блока 15 управления. Выходы блока 15 управления соединены с управляющими входами коммутаторов 2 и 13 аналого-цифрового преобразователя 7, блока 8 обработки,и индикации и электронно-счетного частотомера 16.

Устройство для измерения акустических параметров веществ работает следующим образом.

На один из входов блока двухканального акустического интерферометра 1 подается высокочастотный сигнал с частотой F >, который возбуждает пьеэоизлучатель выбранного акустического интерферометра. Он излучает ультразвуковые волны, распространяющиеся в исследуемом веществе н направлении пьезоприемника. Ультразвуковые волны частично отражаются от пьезоприемника, частично преобразуются им в высокочастотное напряжение. С выхода интерферометра сигнал частоты F через коммутатор 2 пода— ется на смеситель 3, где с помощью сигнала частоты F, поступающего с генератора 4 перестраиваемой частоты преобразуется в сигнал промежуточной

ЧаотОтЫ п4 = FF вх ВЫД ЯЕМ -П п4 с помощью избирательного усилителя 5.

Далее этот сигнал детектируется щ с помощью детектора 6 и преобразуется с помощью аналого-цифроного преобразователя 7 в цифровой код, поступающий в блок 8 обработки и индикации.

Сигнал с частотой Fs, подаваемый

2 на вход интерферометра 1 формируется из сигнала частоты Р„ кварцевого генератора 9 путем преобразования его в смесителе 10 с помощью сигнала частоты F, подаваемого с выхода генератора 4 перестраиваемой частоты.

B результате преобразования на выходе смесителя 10 присутствует сигнал с частотой Г„4 = Гг - Гкв, который после выделения фильтром 11 нижних частот и усиления усилителем 12 чеÇ5 реэ коммутатор 13 поступает на один из каналов интерферометра 1. При выборе частоты кварцевого генератора, равной 6, = Гв4, частота сигнала на выходе коммутатора 13 равна

4О = Г„4 = Гц„ . Таким образом обеспечивается автоматическое сопряжение между частотой источника. сигнала FB„

Выл (на выходе коммутатора 13) и частотой настройки Г преобразовательного каскада, включающего генератор

4 перестраиваемой частоты, смеситель

3 и избирательный усилитель 5. Указанный метод формиронания частоты измерительного сигнала позволяет исключить погрешность за счет частотного рассогласования, являющуюся неизбежной при использовании раздельных источников сигнала и приемного избирательного устройстна. Перестройка частоты измерительного сигнала на

55 выходе коммутатора 13 и соответственно частоты настройки F<Ä преобразовательного каскада осуществляется путем перестройки частоты F< электрически управляемого генератора 4.

60 Перестройка и подстройка по частоте генератора 4 осуществляется с помощью блока 14. фаэовой автоподстройки частоты, на вход которого с блока

15 управления подается цифровой сиг65 нал в коде, соответствующем требуемой

838548 частоте настроики генератора 4. Значение рабочей частоты устройства измеряется с помощью электронно-счетного частотомера 16, подключенного к выходу усилителя 12 и подается в блок 8 обработки и индикации.

Последовательность операций, выполняемых в процессе измерения блоком

15 управления и блоком 8 обработки и индикации следующая.

После установки в блоке 15 управления значений начальной и конечной (() частоты требуемого частотного диапазона, а также значения шага перестроики по частоте блок 15 управления выдает управлякщие сигналы на коммутаторы 2 и 13. В результате этой операции выбирается канал интерферометра с исследуемым образцом.

Далее с выхода блока 15 управления на управляющий вход блока 14, фаэовой автоподстройки частоты посту- 20 пает сигнал в виде цифрового кода, устанавливающий частоту электрически перестраиваемого генератора 4, равную Гг,, = Гвх.,+ Fp4„, гДе Fey„— начальная частота выбранного частотного р диапазона. Частота генератора 4 (Рг )

1 стабилизируется с помощью системы фазовой автоподстройки частоты блока 14. В результате на вход выбранного канала интерферометра подается сигнал с частотой Fg>c

Этот сигнал воздействует на пьезоизлучатель интерферометра и излучаемые им упругие волны принимаются пьезоприемником и далее через коммутатор 2 после преобразования в смесителе 3, селекции в избирательном усилителе 5 и детектирования детектором

6 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 7.

При поступлении из блока 15 управ- 40 ления на управляющий вход аналогоцифрового преобразователя 7 сигнала запуска начинается процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой, по завершению которого цифровой 4 сигнал с. выхода аналого-цифрового преобразователя подается на вход блока 8 обработки и индикации.

С приходом на управляющий вход блока 8 обработки и индикации синхронизирующего сигнала из блока 15 управления в блоке 8 осуществляется операция сравнения значения амплитуды сигнала с выхода детектора., преобразованного в цифровой код U„ с предыдущим значением U„ „. При выполнении неравенства Un > Un- значение амплитуды сигнала Un сохраняется, а предыдущее значение сигнала U„ „ аннулируется (в исходном состоянии

o). dO

Затем блок 15 управления на управляющий вход блока 14 фазовой автоподстройки частоты. выдается новое значение цифрового кода, вызывающее приращение частоты перестраиваемого генератора 4 на заданную величину шага перестройки и в блоке 8 повторяется операция сравнения амплитуды сигнала с выхода детектора Un с предыдущим значением U, . Процесс приращения частоты генератора 4 и сравнения амплитуд осуществляется до тех пор, пока не будет выполняться неравенство

0„ с 0 В этом случае с блока 8 обработки и индикации в блок 15 управления выдается сигнал, обеспечивающий установку на выходе блока 15 управления цифрового кода, соответствующего .предыцущему значению частоты генератора 4. Описанный алго.ритм работы устройства обеспечивает отыскание значения частоты, при котором сигнал с выхода интерферометра имеет максимальное значение U „д .

Эта частота (f> ) no команде из блока

15 управления измеряется с помощью электронно-счетного частотомера 16.

Значение частоты f c выхода электронно-счетного частотомера 16 запоминается в блоке 8 обработки и индикации и используется для расчета скорости и ультразвука в исследуемом образце.

Затем блок 15 управления выдает управляющий сигнал на коммутаторы 2 и 13 для включения интерферометра с бидистиллированной водой. Процесс перестроики по частоте и отыскание максимальнои амплитуды U c фиксацией частоты f осуществляется ана2 логичным образом как для интерферометра с исследуемым образцом. Расчет скорости ультразвука для бидистиллированной воды производится в блоке 8 обработки и индикации.

Используя полученное значение с«орости ультразвука в бидистиллированной воде, блок 8 обработки и индикации определяет абсолютное значение температуры в камерах интерферометра с точностью 0, 001 С, что имеет исключительно важное значение при измерении акустических параметров органических образцов и позволяет учитывать температурную погрешность с .высокой точностью. Определение температуры производится методом сравнения расчетных значений скорости ультразвука в воде в зависимости от темпе- ратуры с измеренным значением скорости ультразвука в воде. Затем блок 15 управления выдает управляющий сигнал на коммутаторы 2 и 13, обеспечиваю-. щие подключение канала интерферометра с исследуемым образцом.

Формула изобретения

Устройство для измерения акустических параметров веществ, содержащее акустический интерферометр, генератор перестраиваемой частоты, соединенный со смесителем, усилитель, 838548

Тракгп uWepeuua!

I

I

СоставитеЛь В.Валуев

Редакrop О.Колесникова Техред М.Голинка Корректор В.Синицкая

Заказ 4417/бб Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ 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 блок обработки и индикации, о т л ич а ю ц е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения частотного диапазона, в нем интерферометр выполнен двухканальным, в него введены два коммутатора, избирательный усилитель, детектор, аналого-цифровой преобразователь, кварцевый генератор, второй смеситель, фильтр нижних частот, блок фазовой автоподстройки частоты, электронно-счетный частотомер, при этом выход первого смесителя подключен через фильтр нижних частот ко входу усилителя, первый выход которого подключен через первый коммутатор ко входу интерферометра, к выходу которого подключен через второй коммутатор первый вход второго смесителя, ко второму входу которого подключен второй выход генератора перестраиваемой частоты, к выходу второго смесителя последовательно подключены избирательный усилитель, детек1 тор, аналого-цифровой преобразователь своим первым входом и блок обработки и индикации, блок управления своими выходами подключен ко второму входу блока.:обработки и индикации, ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, первому входу частотомера, к коммутаторам, через блок автоподстройки частоты — ко входу генератора перестраиваемой частоты, а входом — к выходу блока обработки и индикации, при этом второй вход частотомера подключен Ко второму выходу усилителя, а выход — к третьему входу блока обработки и индикации.

35 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Bolef О.J,, )EEE trans. on son!cs and ultrasonics, 10, Р 1, р. 1926, 1963.

2. Авторское свидетельство СССР

9599204, кл. 6 01 и 29/00, 1978 (прототип).