Способ измерения скорости ультразвука и устройство для его реализации

Способ измерения скорости ультразвука и устройство для его реализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

Оп HCANNE

ИЗОБРЕТЕИИ Я

< 879439

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6!) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 030779 (21) 2788782/18-28 с присоединением заявки ¹РЦМ К„з

G 0! М 29/00

Государственный комитет

СССР но делам иэобретений н открыти и (23) Приоритет—

Опубликовано 07.1181, Бюллетень № 41

Дата опубликования описания 071181 (53) УДК 681. 121 (088.8) (72) Автор изобретения

Н. П. Воробьев (7! ) Заявитель

И. ПоВф4ИМа

Алтайский политехнический институт имени И (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕРО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к нераз- рушающему контролю ультразвуковым методом и может быть использовано для измерения скорости ультразвука для анализа состава газовых смесей.

Известен частотно-импульсный метод косвенного измерения скорости ультразвука и соответствующее ему устройство, основанные на измерении отношения частот автоциркуляции электроакустических импульсов в измерительном и эталонном канале P1).

Недостаток известного способа и устройства состоит в том, что при точных измерениях появляется относительная погрешность измерений, обусловленная запаздыванием импульса в< защитных мембранах, звукопроводах и электронной схеме.

Наиболее близок к данному изобретению по технической сущности и достигаемому результату способ измерения скорости ультразвука, заключающийся в том, что в контролируемой и эталонной среде возбуждают излучателем ультразвуковые импульсы, при нимают основным приемником ультразвуковые импульсы, прошедшие через < среду, формируют электрический им-. пульс, которым снова возбуждают излучатель, обеспечивают с помощью дополнительного приемника однонаправленное прохождение ультразвуковым импульсом пути от излучателя к основному приемнику, формируют в контролируемом и эталонном каналах прямоугольные импульсы с частотой своего канала и длительностью, равной времени прохождения ультразвуковым импульсом пути от дополнительного до основного приемника соответственно в контролируемой и эталонной средах, заполняют указанные прямоугольные импульсы высокочастотными импульсами стабильной частоты и подсчитывают число электрических импульсов контролируемого канала за интервал времени, в течение которого количество высокочастотных импульсов, заполняющих прямоугольные импульсы этого канала, достигнет заданного числа, а о скорости ультразвука судят по частоте следования интервалов в калиброванный интервал времени, а также устройство для осуществления этого способа, содержащее соответственно в контролируемом и эталонном каналах последовательно соединенные генератор импульсов и излучатель, основной при-.

879439 емник, основной усилительно-формирующий блок, выход которого подключен ко входу генератора импульсов, преобразователь, предназначенный для расположения соответственно в контролируемой и эталонной средах на пути распространения ультразву« кового иМпульса между излучателем и основным приемником и присоединенный электрическим выходом к дополнительному усилительно-формирую— щему блоку, триггер, первый вход ко- торого соединен с выходом дополнитель ного усилительно-формирующего блока„ а второй вход — с выходом основного усилительно-формирующего блока, последовательно соединенные первый генератор высокочастотных импульсов, первый каскад совпадений, делитель частоты, второй каскад совпадений и реверсивный счетчик импульсов, а второй вход триггера в контролируемом канале соединен со вторым входом второго каскада совпадений, выход — co вторым входом первого каскада совпадений f2 ).

Недостаток известных технических решений состоит в том, что при их использовании для косвенных измерений скорости ультразвука точность измерений является низкой.

Целью изобретения является увеличение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что по окончании подсчета числа электрических импульсов контролируемого канала отсчитывают столько же электрических импульсов эталонного канала, а о скорости ультразвука судят по общему числу высокочастотных импульсов, заполняющих прямоугольные импульсы эталонного канала.

Предлагаемый способ осуществляется устройством, снабженным третьим и четвертым каскадами совпадений, вторым генератором высокочастотных импульсов и вторым счетчиком импульсов, первый счетчик импульсов выполнен реверсивным,его суммирующий вход соединен с выходом второго каскада совпадений,вычитающий вход — с выходом тре. тьего каскада совпадений, а выход соединен с первыми входами третьего и четвертого каскадов совпадений, второй вход третьего каскада совпадений соединен с выходом делителя частоты, со вторым входом четвертого каскада совпадений и со входом сброса второго счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом .четвертого каскада совпадений, третий вход четвертого каскада совпадений сое-. динен с выходом триггера эталонного канала, четвертый вход четвертого каакада совпадений соединен с выходом второго генератора высокочастотных импульсов, а третий вход третьего каскада совпадений соединен а выходом основного усилительно-формирующего блока эталонного канала.

На чертеже представлена блок-схема устройства для реализации способа.

Устройство для осуществления способа содержит соответственно в контролируемом и эталонном каналах последовательно соединенные генератор

1 импульсов и излучатель 2, основной приемник 3,основной усилительно-формирующий блок 4, выход которого подключен ко входу генератора 1 импульсов, преобразователь 5, предназначенный для расположения соответственно в контролируемой и эталонной средах на пути распространения ультра.

15 звукового импульса между излучателем

2 и основным приемником 3 и присоединенный электрическим выходом к дополнительному усилительно-формирующему блоку 6, триггер 7, первый вход

Я которого соединен с выходом дополнительного усилительно-формирующего блока 6, а второй вход — с выходом основного усилительно- формирующего блока 4, последовательно соединенные первый генератор 8 высокочастотных импульсов, первый каскад 9 совпадений делитель 10 частоты, второй каскад

11 совпадений и реверсивный счетчик

12 импульсов, а второй,вхоц триггера

7 в контролируемом канале соединен со вторым входом второго каскада 11 совпадений, выход — со вторым входом первого каскада 9 совпадений. Устройство снабжено третьим и четвертым каскадом 13,14 совпадений, вторым генератором 15 высокочастотных импульсов и вторым счетчиком 16 импульсов, первый счетчик 12 импульсов выполнен реверсивным, его суммирующий вход соединен с выходом второго кас<О када 11 совпадений, вычитающий вход с выходом третьего каскада 13 совпадений, а выход соединен с первыми входами третьего и четвертого каскадов

13,14 совпадений, второй вход третьего каскада 13 совпадений соединен с выходом делителя 10 частоты, со вторым входом четвертого каскада 14 совпадений и со входом сброса второго счетчика 16 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом четвертого каскада 14 совпадений, третий вход четвертого каскада 14 совпадений соединен с выходом триггера 7 эталонного каскада, четвертый вход четвертого каскада 14 совпадений сое55 динеи а выходом второго генератора

15 высокочастотных импульсов,а третий вход третьего каскада 13 совпадений соединен с выходом основного усилительно-формирующего блока 4 этаgg лонного канала.

Устройство работает следующим образом, B контролируемом канале генератор

1 вырабатывает электрический импульс, 65 поступающий на излучатель 2, кото879439 рый преобразует его в акустический импульс. Акустический импульс, пройдя контролируемую среду, частично принимается преобразователем 5, частично отражается от его плоскости и принимается приемником 3 преобразуется в электрический, проходит основной усилительно-формирующий блок 4, поступает на вторые входы триггера 7 и каскада 11 совпадений, а также на вход генератора 1, вызывая повторный цикл генерации и распространения электроакустических импульсов по синхрскольцу, образованному блоком

4, генератором 1, излучателем 2, приемником 3 и преобразователем 5. Акустический импульс, принятый преобразователем 5, преобразуется в электрический, проходит через дополнительный усилительно-формирующий блок 6 и поступает на первый вход триггера 7.

Электрический импульс с выхода триггера 7, по длительности равный сумме паразитного времени задержки и времени прохождения акустического импульса в среде от излучателя 2 до преобразователя 5, поступает на второй вход каскада 9, чем прерывает прохождение импульсов с выхода генератора 8 через каскад 9 на вход делителя 10. Электрические импульсы с выхода делителя 10, увеличенные по длительности прямо пропорционально доле паразитного времени задержки и времени прохождения акустического импульса в среде от излучателя 2 до преобразователя 5, поступают на первый вход каскада 11 совпадений и управляют прохождением импульсов с выхода блока 4 на суммирующий вход счетчика 12.

В эталонном канале генератор 1 вырабатывает электрический импульс, поступающий на излучатель 2, который преобразует его в акустический импульс. Акустический импульс, прой. дя эталонную среду, частично принимается преобразователем 5, частично отражается от его плоскости и принимается приемником 3, проходит через основной усилительно-формирующий блок

4, поступает на второй вход триггера

7, а также на вход генератора 1, вызывая повторный цикл генерации и распространения электроакустических импульсов по синхрокольцу,образованному блоком 4, генератором 1, излучателем 2, приемником 3 и преобразователем 5. Акустический импульс, принятый преобразователем 5, преобразуется в электрический, проходит дополнительный усилительно-формирующий блок 6 и поступает на первый вход триггера 7.

В момент подачи запрещающего сигнала с выхода делителя 10 на первый вход каскада 11 прекращается прохождение импульсов с выхода блока 4 на суммирующий вход счетчика 12, в котором записывается число, пропорциональное скорости ультразвука в контролируемом канале В тот же момент времени со второго выхода делителя 10 поступает разрешающий сигнал на вторые входы каскадов 13, 14 совпадений. Передний фронт разрешающего сигнала с выхода делителя

10 одновременно поступает на вход сброса счетчика 16, что вызывает обнуление его разрядов. Поскольку на первых входах каскадов 13; 14 имеется разреШающий потенциал с выхода счетчика 12, то одновременно начинается поступление импульсов с выхода блока 4 через каскад 13 на

15 вычитающий вход счетчика 12, а также импульсов с выхода генератора 15 через каскад 14 на вход счетчика 16.

Поступление импульсов с выхода генератора 15 через каскад 14 на вход счетчика 16 прерывается импульсами, поступающими с выхода триггера 7 на третий вход каскада 14 и равными по длительности сумме времени распространения акустического импульса в эталонном канале от излучателя 2 до преобразователя 5 и паразитного времени задержки эталонного канала.

В момент обнуления разрядов счетчика 12 поступает запрещающий сигнал на первые входы каскадов 13 и 14, чем прекращается поступление импульсов с выхода блока 4 через каскад 13 на вычитающий вход счетчика 12, а также импульсов с выхода генератора 15 через каскад 14 на вход счетчика 16, на индикаторах которого высвечивается число, равное отношению скоростей распространений ул тразвука в контролируемом и эталонном канале.

И;.Индикация результата измерений про49 должается до момента появления разре. шающего сигнала с выхода делителя

10 на входе каскада 11, а следовательно, запрещающего сигнала с выхода делителя 10 на вторых входах каскадов 13 и 14, так как передний фронт запрещающего сигнала при появлении на входе счетчика

16 не способен обнулить его.

В момент появления второго запрещающего сигнала с выхода делителя 10 на входе каскада 11 процесс измерений повторяется.

Число t4 импульсов, поступивших на суммирующий вход счетчика 12, К" о

S5 к= х т" C<)

К где К вЂ” постоянный коэффициент, время распространения акусК тического сигнала между преобразователем 5 и при60 емником 3 в контролируемом канале

С вЂ” скорость ультразвука в контК ролируемом канале, К вЂ” коэффициент деления частоты

65 делителем 10.

879439

При поступлении импульсов автоциркуляции с ныхода блока 4 через каскад 13 на нычитающий вход счетчика 12 с периодом Т, равным

Т =т 4T+ А,. (2)

II где Т вЂ” время распространения акустического импульса между преобразователем 5 и приемником 3 в эталонном канале, (Т вЂ” время распространения акустического импульса между излучателем 2 и преобразователем 5 в эталонном канале, Д вЂ” паразитное время задержки (в электронной схеме, мембранах и звукопроводах ) в эталонном канале, сформируется интервал Т времени, равный:

Т1=М,Т= Кс„(Т +г + Ь) (Ъ) (Интервал Т2 времени, в течение которого импульсы с выхода генератора 15 не пройдут на вход счетчика 16 через каскад 14, составит

Г = М,„(1 +Ь) =!<С .(Т+Ь). (4) Для измерительного интервала Т времени справедлива запись. Т =7 -Т = КC (Т - "Т +a)И 1 2

Сь) -К С (Г+ ь)= К 7

За интервал Т4 на вход счетчика 16 через каскад 14 с выхода генератора

15 пройдет число g импульсон с пе/ ! риодом Та, равное . li о 1о

Принимая во ннимание выражание (1) и возможность стабилизации величин . Т и Та для N,имеем

1 КТаТ г Cg (yy

"-K Х Т Т С где К вЂ” постоянный коэффициент, С„ скараатг ультразву«а эталонном канале.

Таким образам, результат косвенных измерений акараати распространения ультразвукавых колебаний па описываемому способу и устройству практически не зависит ат паразитных времен задержек н каналах и ат времени распространения аигнала меж. ду излучателем H преобразователем, т.е. в зоне неустановившегоая режима распространения акустических импульсов, что повышает точность измерений скорости ультразвука. Прй соответствующем выборе величин Т> и Т погрешность измерений на несО колько порядков меньше, чем при использовании известных синхрокольцевых методов и устройств косвенноо измерения скорости ультразвука.

5 (Î

2Q

3О

5О

Ы

Формула НВо6ррТеННН

1. Способ измерения скорости ультразвука, заключающийся в том, что н контролируемой и эталонной среде возбуждают излучателем ультразвуковые импульсы, принимают основным приемником ультразвуковые импульсы, прошедшие через среду, формируют электрический импульс, ко торым снова возбуждают излучатель, обеспечивают с помощью дополнительного приемника однонаправленное прохождение ультразвуковым импульсом пути от излучателя к основному приемнику, формируют н контролируемом и эталонных каналах прямоугольные импульсы с частотой своего канала и длительностью, равной времени прохождения ультразвуковым импульсом пути от дополнительного до основного приемника соответственно н контролируемой и эталонной средах, заполняют указанные прямоугольные импульсы нысокочастотными импульсами стабильной частоты и подсчитывают число электрических импульсов контролируемого канала за интервал времени, в течение которого количество высокочастотных импульсов, заполняющих прямоугольные импульсы этого канала, достигнет заданного числа, а о скорости ультразвука судят по частоте следования интервалов импульсов в калиброванный интервал времени, .о т л и ч а и шийся .тем, что, с целью увеличения точности измерения по окончании подсчета числа электрических импульсов контролируемого канала отсчитывают столько же электрических импульсов эталонного канала, а о скорости ультразвука судят по общему числу высокочастотных импульсов, заполняющих прямоугольные импульсы эталонного канала.

2-. Устройство для измерения скорости ультразвука, содержащее соответственно в контролируемом и эталонном каналах последовательно соединенные генератор импульсов и излучатель основной приемник основной усилительна-формирующий блок, выход которого подключен ко входу генератора импульаав, преобразователь, предназначенныи для расположения соответственно н контролируемой и эталонной средах на пути распространения ультра=нуконого импульса между излучателем и основным приемником и присоединенный электрическим выходам к дополнительному усилительно-формирующему блоку, триггер, перный вход которого соединен с выходом дополнительного усилительно-форми" рующего блока, а второй вход — с выходом основного усилительно-формирующего блока, последовательно соединенные первый генератор высокочастотных импульсов, первый кас10

979439

ВНИИПИ Заказ 9708/12 Тираж 910 Подписное

Филиал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектная,4 кад совпадений, делитель частоты, второй каскад совпадений и реверсивный счетчик импульсов, а второй вход триггера в контролируемом канале соединен со вторым входом второго каскада совпадений, выход — со вторым входом первого каскада совпадений, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено третьим и четвертым каскадами совпадений, вторым генератором высокочастотных импульсов и

10 вторым счетчиком импульсов, первый счетчик импульсов выполнен реверсивным, его суммирующий вход соединен с выходом второго каскада совпадений, вычигающий вход - с выходом третьего каскада совпадений, а вы- 35 ход соединен с первыми входами третьего и четвертого каскадов совпадений, второй вход третьего каскада совпадений соединен с выходом делителя частоты, со вторым входом чет- р » вертого каскада совпадений и со входом сброса второго счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом четвертого каскада совпадений, третий вход четвертого каскада совпадений соединен с выходом триггера эталонного канала, четвертый вход четвертого каскада совпадений соединен с выходом второго генератора высокочастотных импульсов, а третий вход третьего каскада совпадений соединен с выходом основного усилительно-формирующего блока эталонного канала.

Источники информации, принятые во внимание .при экспертизе

1. Бражников Н.И. Ультразвуковые методы. М.-Л., "Энергия", 1965, с. 133, 125-129.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 679866, кл. G 01 N 29/00, 1977 (прототип).