Ультразвуковое устройство для измерения плотности среды Советский патент 1983 года по МПК G01N29/02 G01N9/04 

() УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ СРЕДЫ

Изобретение относится к технике акустических измерений и может быть использовано для измерения плотности жидких сред при исследовании их свойств. Известно ультразвуковое измерител ное устройство, содержащее генератор зондирующих импульсов, камеру с излу чающим и приемным преобразователями усилитель, схему определения уровня Of707 блок настройки, формирователь импульсов, фильтр и индикатор 13. Недостатком устройства является низкая точность определения плотности среды, так как информация о плотности может быть получена только с помощью расчета сложной зависимости потерь от-удельного акустического со противления среды. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является ультразвуковое устройство для измерения плотности среды, содержащее последовательно соединенные блок настройки, диапазонный генератор, ключ, излучат ий преобразователь, приемный преобразователь, усилитель, блок опред пения уровня 0,707, формирователь импульсов, измерительный блок и индикатор 2. Недостатками известного устройства являются большое время измерения из-за установления переходного процесса фильтра низкой частоты и влияние на результат измерения изменения периода биений при изменении полосы пропускания излучающего преобразователя. Цель-изобретения - повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковое устройство для измерения плотности среды, содержащее последовательно соединенные блок настройки, диапазонный генератор, ключ, излучающий преобразователь, приемный поеобразователь. усилитель, блок определения уровня 0,707, формирователь импульсов, измерительный блок и индикатор, снабжено блоком определения задержки, выполненным в виде двух пиковых детекторов, первые входы которых соединены с блоком настройки, а вторые входы - с выходом формирователя импульсов, последовательно соединенных схемы сравнения, два входа к6торой соединены с выходами пиковых де текторов, третий вход - с блоком настроики, а выход - с вторым входом ключа, и формирователя интервала времени, выход которого соединен с вторым входом измерительного блока, а также порогового элемента, вход которого соединен с выходом усилителя, а выход - с вторым входом формирователя интервала времени. Кроме того, измерительный блок выполнен в виде двух коммутаторов, входы которых являются входами измерительного блока, опорного генератора, выход которого соединен с вторыми входами коммутаторов и вычислительного блока, включенного между коммутаторами, выход которого является выходом измерительного блока. На фиг, 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжения отдельных блоков устройства. Ультразвуковое устройство для изме рения плотности среды содержит последовательно соединенные блок 1 настройки, диапазонный генератор 2, ключ, 3, излучающий преобразователь k и приемный преобразователь 5, располо женные на изделии 6, усилитель 7, блок 8 определения уровня 0,707, формирователь 9 импульсов, измерительный блок 10 и индикатор 11. Блок 12 определения задержки выполнен в виде двух пиковых детекторов13 и 14, первые входы которых соединены с блоком 1 настройки, а вторые входы - с выходом формирователя 9 импульсов, по следовательно соединенных схемы 15 сравнения, два .входа которой соединены с выходами пиковых детекторов 13 и I, третий вход - с блоком 1 настройки, а выход - с вторым входом ключа 3 и формирователя 16 интервала времени, выход которого соединен со вторым входом измерительного блока 10 а также порогового элемента 17, вход которого соединен с выходом усилителя 7 , э выход - с вторым входом форми рователя 16 интервала времени. Измерительный блок 10 выполнен в виде двух коммутаторов 18 и 19, входы которых являются входами измеоительного блока, опорного генеоатооа 20, выходы которого соединены со вторыми входами коммутаторов 18 и 19 и вычислительного блока 21, включенного между коммутаторами 18 и 19. выход которого является выходом измерительного блока 10. Устройство работает следующим образом. Блок 1 настройки вырабатывает линейно нарастающие или убывающие напряжения 22 (фиг. 2), изменяющие частоту генератора 2 по треугольному закону. Высокочастотный электрический сигнал через ключ 3- преобразуется преобразователем в ультразвуковые волны. Приемный преобразователь 5 преобразует волны, прошедшие через изделие 6, заполненное средой в электрический сигнал, усиливаемый усилителем J, Ввиду широкополосности преобразователя 5 его выходное напряжение 23 оказывается модулированной по закону резонансной характеристикой преобразователя k, когда частота генератора 2 изменяется вблизи его резонанса. Напряжение 2k преобразователя 5 максимально, когда частота равна резонансной частоте излучающего преобразователя t, и уменьшается при изменении частоты. Когда напряжение превышает 0,707 от максимального значения, срабатывает блок 8 определения уровня 0,707, и на выходе формирователя 9 формируются положительные импульсы 25, длительность которых пропорциональна полосе пропускания излучающего преобразователя k Т &f. где Af - полоса пропускания преобразователя 4. В свою очередь , где Р- плотность исследуемой среды; С - скорость ультразвука в исследуемой среде. Ультразвуковые волны достигают преобразователя 5 с опозданием Т tit где 1 - расстояние между преобразователями. Блок 12 определения задержки вырабатывает полоиительный импульс длительностью, равной опозданию Т-, слеЛующим образом. Линейно нарастающее или убывающее напряжение 22 с блока 1 настройки по ступает на пиковые детекторы 13 и i При нарастающем управляющем напряжении 22 в момент окончания положитель ного импульса формирователя 9 детектор 13 фиксирует соответствующий уро вень управляющего напряжения U , а при убывающем напряжении .-срабатывает детектор 14, фиксируя уровень U/t . Эти фиксированные уровни поступают на входы схемы 15 сравнения и на вы ходе этой схемы вырабатываются положительные импульсы 26. Они воздейст.. вуют на управляющий вход ключа 3 по соединяя диапазонный генератор 2 к преобразователю k, и поступают иа од из входов формирователя 16 интервала времени, на другой вход которого через пороговой элемент 17, вырабатывающий сигнал 27 с крутыми фронтами поступает выходной видеосигнал усилителя 7. На выходе формирователя 1б интервала времени вырабатывается положительный импульс 28, равный времени опоздания Тд, К/с где К - константа. Таким образом, на измерительный блок 10 поступают импульсы, длительность которых соответственно равна К/с и Т с. При их воздействии на коммутаторы 18 и 1,9 на вычислительный блок 21 поступает соответствующее количество импульсов опорного генеоатооа 20 Ny 5 и |N) К/С При их умножении индикатор 11 фиксирует число импульсов N N xM;i-p пропорциональное плотности измеряемой среды. Изобретение позволяет повысить точ ность измерения плотности путем увеличенил частоты опорного генератора и измерения абсолютного значения скорости ультразвука в среде. Формула изобретения 1 Ультразвуковое устройство для измерения плотности среды, содержащее последовательно соединенные блок настройки, диапазонный генератор, ключ, излучающий преобразователь, приемный преобразователь, усилитель, блок определения уровня 0,707, формирователь импульсов, измерительный блок и индикатор, отличающееся тем что, с целью пс1вышения точности измерения, оно снабжено блоком определения задержки, выполненным в виде двух пиковых детекторов, первые входы которых соединены с блоком настройки, а вторые входы - с выходом формирователя импульсов, последовательно соединенных схемы сравнения, два входа которой соединены с выходами пиковых детекторов, третий вход - с блоком настройки, а выход - с вторым входом кгвоча, и формирователя интервала времени, выход которого соединен с вторым входом измерительного блока, а также порогового элемента, вход которого соединен с выходом усилителя, а выход - с вторым входом формирователя интервала времени. 2. Ультразвуковое устройство по п. 1, отличающееся тем, что измерительный блок выполнен в виде двух коммутаторов, входы которых являются входами измерительного блока, опорного генератора, выход которого соединен с вторыми входами коммутаторов и вычислительного блока, включенного между коммутаторами, выход которого является выходом измерительного блока. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 153725, кл. G 01 N 29/00, 2.Авторское свидетельство СССР f 757975, кл. G 01 N 29/00, 198о (прототип).

фуг. /