Устройство для измерения скорости ультразвука Советский патент 1985 года по МПК G01H5/00 G01N29/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах, предназначенньсх для цифровог.о измерения скорости распространения ультразвука.

Цель изобретения - расширение частотного диапазона.

На чертеже изображено устройство для измерения скорости ультразвука.

Устройство для измерения скорости ультразвука содержит последовательно соединенные генератор 1, ультразвуковой излучатель 2, ультразвуковой приемник 3, блок 4 усиления и формирования и блок 5 управления частоты, выход которого соединен с управляющим входом генератора 1, делитель 6 с управляющим коэффициентом деления, частотомер 7 с индикатором 8 для отсчета скорости ультразвука, ключ 9 последовательно соединенные делитель 10, вход которого соединен с ключом 9, первый вход которого соединен с генератором 1, счетчик 11, преобразователь 12 кода, блок 13 сравнения и стробирующий генератор 14, выход которого соединен с вторым входом счетчика 11, последовательно соединенные блок 15 умножения, вход которого соединен с выходом преобразователя 12 кода, и регистр 16 памяти, выход которого соединен с вторым входом бдока 13 сравнения, блок 17 управления, первый выход которого соединен с вторым входом регистра 16 памяти, второй выход - с вторым входом стробирующего генератора 14, третий выход - с вторым входом ключа 9, четвертый выход с первым входом частотомера 7, а вход - с первым выходом частотомера 7, вход делителя 6 с управляющим коэффициентом деления соединен с выходом генератора 1, выход - с вторым входом частотомера 7, а третий вход ключа 9 соединен с первым выходом частотомера 7. f

Устройство для измерения скорости

ультразвука работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает высокочастотное напряжение, которое ультразвуковым излучателем 2 преобразуется в ультразвуковую волну, которая, распространяясь в камере 18 и частично отражаясь от ультразвукового приемника 3, преобразуется им в электрические колебания. Когда частота излучения будет равна частоте акусти170288

ческого резонанса камеры 18, напряжение на ультразвуковом приемнике 3. возрастает до максимального значения Это напряжение усиливается блоком 4

5 усиления и формирования. Блок 5

управления частоты обеспечивает непрерывную динамическую настройку генератора 1 на акустический резонанс

с частотой f., . .-п

О Скорость ультразвука в камере 20 определяется по формуле

2 . f п - 1

С

п - а

де f - частота акустического резонанса камеры; 1 - длина камеры; п - число полуволн ультразвука, укладывающихся по длине

камеры;

а - поправка, вызванная частотнонезависимым сдвигом фазы при отражении ультразвука от ультразвукового приемника и

излучателя 2 и 3. Поправка а определяется по формуле

и,,- -Л 2

(1)

а

где

Ч -arctg.(Z-tg .; (2)

0

ч - фазовый угол при отражении ультразвука от ультразвукового преобразователя (приемника 3 или излучателя 2) ;

L - толщина ультразвукового

преобразователя (приемника 3 или излучателя 2);

Z - удельное акустическое сопротивление ультразвукового преобразователя (приемника 3 и излучателя 2);

C(j - скорость ультразвука в

ультразвуковом преобразователе (приемнике 3 или излучателе 2).

2jiLL:oifu устройстве величина

определяется следующим образом.

Импульсы с частотой f подаются с генератора 1 через ключ 9 и делитель 10 с коэффициентом деления k на счетчик 11. По истечении заданного времени 4t в счетчике 11 будет 2 Я-Ьо-1-п импульсов при сосчитано соблюдении условия Время 4t пропорционально периоду меток времени частотомера 7, кото рый устанавливают с помощью блока 19 базы времени, входящего в состав час тотомера, и блока 17 управления. При подаче кода определенного чис ла с выхода счетчика 11 на вход преобразователя 12 кода на выходе последнего получают код тангенса этого 2 J. LO fn числа. Выходной код tg ---- умножается на код Z в блоке 15 умножения. Результат умножения записывается в регистр 16 памяти и подается на второй вход блока 13 сравнения. В это время сбрасьгаается на нуль счетчик 11. Содержимое счетчика 11 начинает опять увеличиваться от нуля до равенства кодов чисел на выходе преобразователя 12 кода и регистра 16 памяти. При равенстве кодов блок 13 сравнения вырабатывает сигнал, который заблокирует стробируюпщй (генератор 14. Теперь на выходе блока 13 сравнения, как и в регистре 16 памяти, зафиксирован код И tg .JlLli С . Такой же код имеется на выходе преобразователя 12 кода. На его входе и на выходе счетчика 1 имеется код /-7 t 2T-Lefn arctg (Z -tg -;-) . To есть содержимое счетчика 11 пропорционально переменной поправки а, определяемой по указанным формулам. Для учета знаков и постоянной части поправки согласно формуле (2) выход счетчика 11 соединен с входом делителя 6 с з равляющим коэффициентом деления таким образом, что при изменении частоты „ от О до резо11702884нансной частоты преобразователя что соответствует углу V О - л , коэффициент деления дслитоля 6 с управляемым коэффициентом деления изменяется от величины, пpoпopциoнaль foй п-1, до величин), пропорциональном п+1, т.е. изменение поправки а по модулю не более 2. До начала измерений задается значение п для случая идеального интерферометра, равное С . После установки коэгЬг1)Ициента д ;лення п-а в делителе 6 с управляющим коэ({)фнциентом деления с четвертого выхода блока 17 упрлн.чения выдается сигнал на первый BXI( члстотомсра 7. В частотомере 7 блок П) Пазы времени вырабатывает определенную базу времени для замыка1нгя селектора 20, входящего в состав частотомера и для замыкания ключа 9 через третий его вход. Импульсы с выхода делителя 6 с управляющим коэффициентом деления поступают на второй вход гастотомера 7 через селектор 20 с частотой f п --- , С выхода которого они поступают на индикатор 8, выполненньш п виде счетчика, показание которого будет равно значению скорости О ультразвука. С третьего в1|Г.;ода блок 17 управления выдает сигналы на пторой вход ключа 9 для осуществления операций замыкания и размыкания. Сигналы с первого и второго выхода блока 17 управления управляют вторым входом регистра 16 памяти и вторым входом стробирующего генератора 14. Использование устройства для измерения скорости ультразвука позволяет pacшиpтfть частотный диапазон измере-г НИИ путем учета поправки, вызванной частотнозависимым сдвигом фаз при отражении ультразвука от ультразвуковых преобразователей.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА, содержащее последовательно соединенные генератор, ультразвуковой излучатель, ультразвуковой приемник, блок усиления и формирования и блок управления частоты, выход которого соединен с управляющим входом генератора, делитель с управляющим коэффициентом деления, частотомер с индикатором для отсчета скорости ультразвука и ключ, отличающееся тем, что, с целью расширения частотного диапазона, оно снабжено последовательно соединенными делителем. вход которого соединен с ключом, первый вход которого соединен с генератором, счетчиком, преобразователем кода, блоком сравнения и стробирую цим генератором, выход которого соединен с вторым входом счетчика, последовательно соединенными блоком умножения, вход которого соединен с выходом преобразователя кода, и регистром памяти, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, блоком управления, первый выход которого соединен с вторым входом регистра памяти, второй выход с вторым входом стробируюп1его генею ратора, третий выход - с вторым вхосл дом ключа, четвертьй выход - с первым входом частотомера, а вход - с первым выходом частотомера, при этом вход делителя с управляемым коэффициентом деления соединен с выходом генератора, выход - с вторым входом частотомера, а третий вход ключа «ч1 соединен с первььм выходом частотомера.