Ультразвуковое устройство для измерения расстояний в газовой среде Советский патент 1983 года по МПК G01B17/00 G01S11/14 

Фиг.1

Изобретение относится к измеритель Н1эй технике и может няйти применение в любой отрасли машиностроения.

Известно устройство для измерения времени распространения ультразвуковых колебаний, содержащее последовательно соединенные генератор, излучающий эпек троакустический преобразователь, прием. ный электроакустический преобразователь селектор первого пбпупериода, схему ла- мяти и измеритель временного интерва-. ла l .

Heдoctaткoм указанного устройства является необходимость учета систематической погрешности, вызванной отсчетом по k -му импульсу.

Наиболее близким к изобретению явля« ется ультразвуковое устройство для изме рения расстояний в газовой среде, содержащее последовательно соединенные гене ратор импульсно-моду.лированных ультра. звуковых колебаний, излучающий электроакустический преобразователь, приемный электроакустический преобразователь, приемный усилитель, дискриминатор,

измерительный триггер, модулятор чувст вительности и индикатор 2.

Недостатком известного устройства является большая погрешность измерений вследствие непостоянства коэффициента передачи ультразвуковых колебаний от излучателя к приемнику.. Пёлью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цепь достигается тем, что ультразвуковое устройство для изме. рения расстояний в газовой среде,содер-: жшцее последовательно соединенною ге«« нератор импульсно-модулированных ульт™ развуковык колебаний,., излучаквщий электроакустический преобразователь, приемный электроакустический преобразователь, приемный усилитель, дискриминатор, измерительный триггер, преобразователь временного интервала в расстояние,включенный между управляююими входами приемного усилителя и измерительного триггера модуиятор чувствительности и индикатор, снабжено усилителем с дискретно меняющимся коэффициентом усиления включенным между генератором импупьс- у яоомодупированных ультразвуковых коле баний и излучающим преобразователем, и селектором k -го импульса, вход кото рого соединен с выходом генератора им-. пул сно-модулированных ультразвуковых колебаний, а выход - с управляющим Екоцом усилителя с дискретно меняющимся коэффициентом усиления и входом модулятора чувствительности приемного усилителя.

На фиг, 1 изображена структурная схема ультразвукового устройства для измерения расстояний в газовой среде; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняк. щие работу устройства.

Устройство содержит генератор 1 импульсно-модулированных ультразвуковых колебаний, выход которого подключен к входу усилителя 2 с дискретно меняюцимся коэффициентом усиления, выход которого подключен к излучающему электроакустическому преобразователю 3 ,

Выход генератора 1 импупьсно-модупи рованных ультразвуковых колебаний соединен с входом селектора 4 k.-го период да, №1ход которого подключен к управпяющ-ему юсоду усилителя 2 с дискретно Манякщимся коэффициентом усиления. Приемный электроакустический преобразователь 5 соединен с входом приемного усилителя 6, управлякмций вход которого подкпю Чен к модулятору 7 чувствительности , приемного-усилителя,,, соединенного с выходом селектора 4 k -го периода, а выходом - к входу дискриминатора 8, подключенного к входу измерительного триггера 9, управляющий вход которого подключен к выходу модулятора 7 чувствительности п|риемного усилителя, а выход - к преобразователю 10 временного интервала в расстояние, . .Ультразвуковое устройство для измере. ния расстояний в Газовой среде работает сгаедуюшим образом.

Генератор 1 импупьсно-модулированных Колебаний вьтрабатывает последовательно- сть электрических колебаний с несущей частотой и с периодом следования, указанным временной диаграммой 11 на фиг. 2. Эти поспецоватепьности поступают на вход усилителя 2 с дискретно меняющимся коэффициентом усиления и на вход селектора 4 k -го периода каждой последовательности. Селектор 4 k -го периода вырабатывает прямоугольный импульс, передний которого соответствует началуk-TO периода, а задний - концу этого периода (временная диаграмма 12). В резупытате появления этого импульса увеличи- , веется коэффициент усиления передающего усилителя 2 и соответственно, амплитуда k -го первоаа (ременная диаграмма 13) запускается модулятор 7 чувствительности приемного усиштеля 6 (временная диаграмма 14), обеспечивающий постоянство

.уровня сигнала на выхоце приемного уси- питепя, а измерительный триггер 9 .устанавпивается в состояние 1. G выхоца усилителя 2 с дискретно меняющимся коэффициентом усиления последовательноети электрических колебаний (временная диаграмма 13) поступают на излучающий электоракустический преобразователь 3, преобразующий эти колебания в ультразвуковые. Достигнув приемного электроакустического преобразователя 5 ультразвуковые колебания преобразуются в электрические, усиливаются приемным усийитепем 6.

Номер периода К и амплитуда k периода в передающем тракте выбираются такими, чтобы на выходе приемного усилителя 6 амплитуда k -го периода &ina во всем диапазоне измерения выше уров- .ня дискриминации, а амплитуда (k-l)-ro периода ниже уровня дискриминации (вре-. менные диаграммы 15 и 16),

Амплитудный дискриминатор 8 формирует из k -го положительного попупериоДа прямоугольный импульс (временная диаграмма 17), который переводит триггер 8 в нулевое состояние, в результате

чего на выходе триггера формируются импульсы, длительность которых равна времени распространения ультразвуковы колебаний и пропорциональна расстоянии (временная диаграмма 18). Эти импуль сы поступают на вход преобразователя временного интервала в измеряемое расстояние.

Введение в ультразвуковое устройство для измерения расстояний в газовой ере- де усилителя с дискретно менякждимся коэффициентом усиления и селектора k Jo периода обеспечивает увеличение амплитуды k периода по огнощению к (к-1) как на передакяцем тракте устройства, так и на выходе приемного тракта, это значит, что при установке уровня дискриминации большим, чем амплитуда ( k -1) периода, и меньшим, чем амплитуда k го периода, выделение временного интервала, пропорционально.измеряемому расстоянию, а ошибка измерения не превышает- - , где io - несущая частота,

Испош зование ультразвукового устройства позволяет повысить точность измерений расстояния IB газовой среде/

/f

j.

I

.

п

/5

П.

18

Фиг.2

УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРСЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ, соаержшцее поспецоватепьно соединенные генератор импульс- но-модулированных ультразвуковых колебаний, излучающий электроакустический преобразователь, приемный электроакустический преобразователь, приемный усилитель, дискриминатор, измерительный триггер, модулятор чувствительности и индикатор, отличающ.ееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено усилителем с диск ретно меняющимся коэффициентом усиления, включенным между генератором импульсно-модулированных ультразвуковых колебаний и излучающим преобразователем, и селектором | -го импульса, вход которого соединен с выходом генератора импульсно-модулированных ультразвуковых колебаний, а выход - с управляющим входом усилителя с дискретно меняющимся коэфф а1иентом усиления и входом модультора чу твительности приемного уси(Л лителя.