Устройство для автоматического измерения скорости ультразвука Советский патент 1983 года по МПК G01H5/00 

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для исследования свойств и контроля качества материалов по данным о скорости распространения в них ультразвука.

Известно устройство для измерения скорости ультразвука в средах с переменным коэффициентом поглощения, содержащее последовательно соединённые генератор остроконечных импульсов, ультразвуковую линию с исследуемым веществом, пьезопреобразователями и буферным стержнем, блок выделения пары импульсов из последовательности , частотомер, а также генератор радиоимпульсов, подключенный выходом к управляющим входам генератора остроконечных импульсов и блока выделения пары импульсов из последовательности, и осциллограф 11.

Недостатком устройства является необходимость совмещения изображений цуга эхо-импульсов на экране осциллографа ручной регулировкой, что делает измерения трудоемкими, выборочными и вносит субъективную ошибку в результаты измерений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для автоматического измерения скорости ультразвука, содержащее генератор , к выходу которого подключены ультразвуковая линия с исследуемым . веществом и усилитель, формирователь , подключенный входом к усили10телю, а выходом - к блоку регистрации времени прохождения ультразвука череэ исследуемое вещество, содержащему селектор и измеритель временного интервала, подключенный

15 к выходу селектора, и синхронизатор, выход которого соединен с входом Запуск генератора и блоком регистрации врем ни прохождения .ультразвука через исследуемое вещест20во.

Блок регистрации времени прохождения ультразвука через исследуемое вещество содержит также два мульти- . вибратора задержки, выходами под25ключенные к управляющим входам селектора. Скорость ультразвука определяют, исходя из показаний измерителя временного интервгша между двумя эхо-импульсами после i-ro и

30 к-го прохождения их через исследуемие вещество. Выбор импульсов из последовательности осуществляется с помощью осциллографа и определяеся временем задержки мультивибраторов, выставляемому вручную. Снижение погрешности при измерении скорости ультразвука, связанной с изменением коэффициента поглощения от одного вещества к другому, происходит за счет того, что сигналы запуска и останова измерителя временного интервала вырабатываются в момент прохождения напряжения импульса заполнения через ноль, так что положение их практически не зависит от формы огибающей радиоимпульса 23.

Недостатком устройства является необходимость выбора эхо-импульсов вручную, что приводит к невозможноти измерения скорости ультразвука при быстрых ее изменениях, например , при контроле технологических процессов.

Цель изобретения - обеспечение автоматического измерения скорости ультразвука в широком интервале ее изменения.

Указанная цель достигается тем, что устройство для, автоматического измерения скорости ультразвука, содержащее генератор, к выходу которого подключены ультразвуковая линия с исследуемым веществом и усилитель, формирователь, подключенны входом к усилителю, а выходом - к блоку регистрации времени прохождения ультразвука через исследуемо вещество, содержащему селектор и измеритель временного интервала, подключенный к .выходу селектора, и синхронизатор, выход которого содинен со входом Запуск генератора и блоком регистрации времени прхождения ультразвука через исследумое вещество, снабжено детектором, вход которого соединен с выходом усилителя, подключенным к выходу детектора ждущим мультивибратором, двумя делителями частоты, входы которых соединены с выходом ждущего мультивибратора, выходы - с управляющими входами селектора, и счет|4иком, подключенным входом к выхо ду формирователя, выходом - к входу селектора, а входом Сброс к выходу ждущего мультивибратора.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для автоматического измерения скорости ультразвука, на фиг. 2 - эпюры напряжения в различных участках схемы.

Устройство включает генератор 1 радиоимпульсов, к выходу которого подключены ультразвуковая линия с иccлeдye лым веществом 2 и пьезопреобразователем 3 и усилитель 4,

фо рмирователь Ь, подключенный входом к усилителю 4, а выходом - к счетчику б блока регистрации времени прохождения ультразвука через исследуемое вещество 2, селектор 7, вхо дом подключенный к выходу счетчика б, подключенный к выходу селектора измеритель 8 временного интервала и два делителя 9 и 10, выходы которых соединены с входами селектора 7,

0 входы Сброс - с синхронизатором 11, запускающим генератор 1, а входы подключены к выходу ждущего мультивибратора 12, входом подключенного к выходу детектора 13, вход

5 которого соединен в свою очередь с выходом .усилителя 4. К выходу ждуЧ щего мультивибратора 12 подключен также вход Сброс счетчика 6. Устройство работает следующим

0 образом.

Генератор 1 радиоимпульсов по сигналу синхронизатора 11 (фиг. 2, эпюра а) вырабатывает.зондирующий радиоимпульс, который возбуждает

5 в ультразвуковой линии отраженные эхо-импульсы, поступающие после усиления усилителем 4 на формирователь 5 и детектор 13. На фиг. 2в для простоты показаны зондирующий i-тый

0 и j-тый импульсы. Формирователь 5 вырабатывает пакеты прямоугольных импульсов (фиг. 2,с), передний фронт каждого из которых соответствует прохождению высокочастотного заполне5 ния зондирующего и эхо-импульсов через ноль. Эти пакеты поступают на вход счетчика 6. Счетчик 6 вырабатывает на выходе импульды с дл1 1тельностью, соответствующей временному

0 интервалу между передними фронтами п-го и (п+1)-го импульсов (на фиг. С, d п 3). Счетчик 6 выполнен так, что после формирования прямоугольного импульса, он само блокируется и поступление следующих импульсов не изменяет его состояния. Одновременно задним фронтом огибающей зондирующего и эхо-импульсов, выделенной детектором 13 (фиг. 2,В) запускается ждущий мультивибратор

12f формирующий импульсы сброса (фиг. 2, f). Эти импульсы снимают самоблокировку счетчика 6 и переводят его в исходное состояние. Таким образом, на выходе счетчика 6 фор5 мируются импульсы (фиг. 2, d), передний фронт которых соответствует прохождению через ноль п-го колебания высокочастотного заполнения зондирующего и всех эхо-импульсов.

0 Сформированные мультивибратором 12 импульсы сброса (фиг. 2, f) поступают также на входы делителей 9 и 10. Принцип их работы таков, что на их выходах вырабатываются строб5 импульсы (на-фиг. 2, и Ь) по адним фронтам (i- 1) и i для делителя 9 и. (J- 1) и j для делителя 10 импульсов сброса (на фиг. 2) рассмотрен случай i 1, j 1). Поступление следующих импульсов сброса не изменяет состояния делителей 9 и 10. Эти строб-импульсы открывают на время их длительности селектор 7, который пропускает на вход измерителя 8 временных мстервалов два сформированных счетчиком 6 импульса (фиг. 2, к). Припэступлении следующих после j эхо-.импульсов стробы не вырабатываются, селектор 7 закрыт и работа измер теля 8 не возможha. Возвращение устройства в рабочее состояние происходит при переводе делителей 9 и 10 в исходное состояние импульсом синхронизатора 11 (фиг. 2, а), при этом снимается их самоблокировка. Изменяя коэффициент деления делителей 9 и 10, можно выбрать любую пару, из серии импульсов, вырабатываемых сетчиком 6, передний фронт которых всегда соответствует определенному (п-ному) нулю напряжения высококачастотного заполнения соответствующих эхо-импульсов. Таким образом, временный интервал между передним (задним) фронтом импульсов, поступающих на вход измерителя 8 будет однозначно соответствовать времени задержки Т между i и j эхо-импульсами в исследуемом веществе.

Скорость ультразвука определяется по формуле

-. 1.Ч .ОЖЙ) где ь - длина образца;

N - показания ИВИ, с,i и j - коэффициенты деления

делителей 9 и 10 соответственно,

приче:м полученные значения С не зависят от амплитуды эхо-сигналов, а работа устройства не нарушается при изменении С.

. Устройство использовалось при измерении скорости С ультразвука как функции температуры в жидких металлах и сплавах. В этом случае амплитуда эхо-сигналов изменяется за счет изменения акустического . контакта на границе волновод-расплав. Эксперименты показали, что изменение амплитуды эхо-сигнгша :На 30 дБ практически не влияет на показания прибора. Устройство также использовалось при измерении скорости С вблизи фазового перехода расслоения в жидкостях. Здесь амплитуда эхо-сигнала изменяется из-з роста коэффициента поглощения ультразвука вблизи точки фазового перехода .

В обоих случаях использовался измеритель временных интервалов с усреднением за 10 - 10 циклов.

Достигнуто разрешение 0,3 не.

Использование устройства позволяет автоматически измерять скорость С ультразвука в случае одновременного изменения коэффициента

oL поглощения и скорости С в широких пределах. Это дает возможность изучать явления и контролировать технологические процессы методом прецизионного измерения в случае достаточно быстрого изменения « и С, когда применение других аналогичных устройств затруднено.

Формула изобретения

20

Устройство для автоматического измерения скорости ультразвука, содержащее генератор, к выходу которого подключены ультразвуковая линия с исследуемым веществом и усилитель, формирова ель, подключенный входом к усилителю, а выходом - к блоку регистрации времени-прохождения ультразвука через исследуемое

вещество, содержащему селектор и измеритель временного интервала, подключенный к выходу селектора, и синхронизатор, выход которого соединен со входом Запуск генерзтора и блоком регистрации времени прохождения,, ультразвука через исследуемое вещество, о т л и ч о toщ е е с я тем, что, с целью обег-печения автоматического измерения

скорости ультразвука в широком интервале ее изменения, оно снабжено детектором, вход которого соединен с выходом усилителя, подключенным к выходу детектора ждущим мультивибратором, двумя делителями частоты, входы которых соединены с выходом ждущего мультивибратора, выходы - с управляющими входами селектора, и счетчиком, подключенным входом к выходу формирователя,

выходом - к входу селектора, а входом Сброс - к выходу ждущего мультивибратора..

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР R 446824, кл. G 01 Н 5/00, 1974.

2.Райдер Р., Киттенгер Ч. Приборы для научных исследований.

1980, 3, стр. 98 (перевод Rev. Sci . Anstr.).(прототип).

зонд

1ЛЛЛ

3WL

oj

g

/7 Н