Измеритель скорости ультразвука Советский патент 1986 года по МПК G01N29/00 

11

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к ультразвуковым устройствам, и может быть использовано при разработке аппаратуры для контроля параметров сред газообразного, жидкого и твердого фазового состояния.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и увеличение производительности измерений путем исключения операции предварительного измерения времени распространения ультразвука в исследуемой среде.

На чертеже приведена блок-схема измерителя скорости ультразвука.

Измеритель скорости ультразвука содержит последователвно соединенные первый одновибратор 1, первый ключ 2 стартовый генератор 3, генератор А радиоимпульсов, схему 5 развязки, преобразователь 6, резонансный усилитель 7, второй одновибратор 8, первую линию 9 задержки, генератор 10 строб-импульса и первую;схему 11 совпадений, выходом подключенную к вто- рому входу генератора 4 радиоимпульсов, широкополосный усилитель 12, выходом подключенный к второму входу первой схемы 11 совпадений, последовательно соединенные первый триггер 13 и частотомер 14, второй выход первого триггера 13 подключен к третьему входу первой схемы 11 совпадений, кварцевый генератор 15, генератор 16 опорной частоты, последовательно сое диненные несимметричный триггер 17, третий одновибратор 18, усилитель 19 импульса сброса, вторую линию 20 задержки, четвертый одновибратор 21 и вторую схему 22 совпадений, второй выход усилителя 19 импульса сброса подключен к первому входу первого триггера 13, импульсный генератор 23, входом подключенный к второму входу второй схемы 22 совпадений, последо- вателг но соединенные второй ключ 24, второй триггер 25, вторым входом подключенный к второму выходу усилителя 19 импульса сброса, третью схему 26 совпадений, вторым входом подключенную к выходу генератора 16 опорной частоты, блок 27 памяти, вторым входом подключенный к выходу второй схемы 22 совпадений и реверсивный счетчик 28, вторым входом подключенный к выходу кварпевого гене- ратора 15, третьим входом - к второму выходу усилителя 19 импульса сброса, а выхплом - к второму входу пер

5

0 5 .. 5

5

0

08J

вого триггера 13, второй выход второго ключа 24 подключен к входу первого одновибратора I, второй выход второго триггера 25 подключен к пер- вому входу второго ключа 24, последовательно соединенные блок 29 за- ,держк:и, входом подключенный к третьему выходу второго триггера 25,.третий триггер 30, вторым входом подключенный к второму выходу усилителя 19 импульса сброса, и третий ключ 31, вторым входом подключенный к второму выходу резонансного усилителя 7, а выходом - к третьему входу второго триггера 25, и четвертый ключ 32, первым входом подключенный к второму выходу резонансного усилителя 7, вторым входом - к второму выходу третьего триггера 30, а выходом - к входу широкополосного усилителя 12, второй выход генератора 4 радиоимпульсов подключен к четвертому входу реверсивного счетчика 28, третий выход - к третьему входу первого триггера 13, четвертый выход - к второму входу второго ключа 24. Схема 5 развязки состоит из делителя 33, последовательно соединенных дифференцирующей цепи 34, диода 35, резистора 36, конденсатора 37 и второго диода 38, соединенного катодом с общей шиной, причем общая точка катода первого диода 35 и резистора 36 связана со средней точкой делителя 33, который одним резистором подсоединен к источнику питания, а другим - к массе дополнительного конденсатора 39, подключенного параллельно резистору 36, и разделительного конденсатора 40, включенного между средней точкой делителя 33 и преобразователя 6.

Измеритель работает следующим образом.

В начальный момент после включения усилитель 19 импульса сброса устанавливает в исходное состояние первый 13, второй 25 и третий 30 триггеры, а так же сбрасывает на О имеющуюся инфор мацию в реверсивном счетчике 28, а в блок 27 памяти записывает некоторое количество импульсов, соответст- зующее некоторому отрезку времени (-ut). Стартовый 1 енератор 3 запускает генератор 4 радиоимпульсов. Причем частота заполнения радиоимпульса в 3-5 раз выше частоты реверберацион- ных помех. Радиоимпульсы генератора 4 поступают через схему 5 развязки на преобразователь 6, который ввозапускает ревер- В результате исдится в исследуемую среду. Одновременно импульс генератора А через второй ключ 24 опрокидывает второй триггер 25, который воздействует на трет схему 26 совпадения. На первый одно- вибратор 1 в этот момент импульс с генератора 4 не поступает.

При этом на вход блока 27 памяти поступают импульсы с генератора 16 опорной частоты. Отраженный сигнал принимается преобразователем и через схему 5 развязки, снабженную разделительным конденсатором 40, установленным параллельно резистору 36, поступает на вход резонансного усилител 7, который усиливает и выделяет из суммарного входного сигнала полезну информационную составляющую, а реверберацию зондирующего радиоимпульса, несущая частота которого всегда ниже резонансной частоты заполнения излученного радиоимпульса - отфильтровывает. С выхода усилителя 7 сигнал поступает через третий ключ 3 на третий вход второго триггера 25. При этом сигнал не проходит на вход широкополосного усилителя 12, а не срабатывает вся схема измерения.

В результате срабатывания второго триггера 25, через третью схему 26 совпадения прекращается поступление импульсов генератора 16 опорной час тоты на блок 27 памяти. Таким образом, в результате действия описанного цикла реверсивный счетчик 28 содержит информацию h импульсов, соответствующую величине L-At , где t - время распространения ультразвука в исследуемой среде, At начальная, величина, записанная в блок 27 памяти в начальный момент. Второй триггер 25 обеспечивает подключение чет рез второй ключ 24 выхода генератора 4 к первому одновибратору 1, а выход резонансного усилителя 7 через четвертый ключ 32 подключается к входу широкополосного усилителя 12.

Второй сигнал стартового генератора 3 запускает генератор 4 радиоимпульсов и блокируется первым ключом 2. Зондирующий радиоимпульс поступает через схему 5 развязки на преобразователь 6. Одновременно импульс генератора 4 сивный счетчик 28. течения времени, необходимого для ;вычитания из реверсивного счетчика 28 некоторого количества импульсов, поступающих от кварцевого генератора

5

o 5 0 5

5

0

5

0

5

0

5, соответствующего величине - ut , на выходе реверсивного счетчика 28 формируется стабильный временный интервал t - ut . Одновременно с запуском счетчика опрокидьшается и первый триггер 13, вырабатьшая при этом запрещающий уровень для первой схемы 11 совпадения. Перевод первого триггера 13 в исходное состояние обеспечивается через .времяL-ut выходным сигналом реверсивного счетчика 28. Таким образом, на входе первой схемы 11 совпадения образуется разрешающий потенциал.

К этому времени ультразвуковой сигнал переотражается от отражающей поверхности (границы раздела среды или грани образца) и через допол- нительньпЧ конденсатор 39 схемы 5 развязки поступает на вход резонансного усилителя 7, с выхода которого отфильтрованный информационный сигнал поступает на вход второго одно- вибратора 8, формирующего перепады напряжения при достижении сигналом определенного уровня.

Сформированные сигналы подаются через первую линию 9 задержки на ждущий генератор 10 строб-импульсов, который обеспечивает генерирование строб-импульсов, задержанных относительно начала принятого сигнала для стробирования наиболее крутого фронта из принятого ульразв тсового сигнала.

Широкополосный усилитель 12 осу- ществляет формирование сигналов с высокой крутизной переднего фронта в моменты перехода сигнала через О.

Наиболее крутой перепад информационного сигнала стробируется через открытую первую схему 11 совпадения строб-импульсом от генератора 10 строб-импульсов. Таким образом, на выходе первой схемы 11 совпадения образуется запускающий импульс, поступающий на вход генератора 4 радиоимпульсов. Процесс измерения повторяется в автоциркуляционном режиме. Частотомер 14 подсчитывает частоту автоциркуляции.

С целью обеспечения условий прохождения переотраженных радиоимпульсов схема 5 развязки снабжена дополнительным конденсатором 39, включенным параллельно резистору 36. Основным назначением схемы 5 развязки является согласование низкого выходного сопротивления генератора 4 зондирующих радиоимпульсов с выходным сопротивлением пьезопреобразователя 6 и входом резонансного усилителя 7. Делителем 33 обеспечивается фиксиро- ванное смещение в обратном направлении на первый диод 35, вследствие чего сигналы, поступающие с выхода пьеэопреобразователя 6 и имеющие болшой уровень,шунтируются через первый диод 35 на низкоомйое выходное сопротивление генератора 4 радиоимпульсов, а напряжение с небольшим уровне отключается от генератора 4 первым диодом 35 за счет указанного смеше- ния. Резистор 36 и второй диод 38, имеющий в прямом направлении смещенную характеристику, образуют параметрический ограничитель, защищающий вход усилителя от перегрузок. Конден саторы 34, 37 и 40 являются развязывающими по постоянной составляющей. Использование изобретения позволяет обеспечить при стабильной работ и одностороннем доступе к контролиру емой среде надежный контроль сред независимо от их плотности, состава и фазового состояния в сочетании с упрощением процесса контроля.

Формула изобретения

.-

Измеритель скорости ультразвука, содержащий последовательно соединенные первый одновибратор, первый ключ и стартовый генератор, схему развяз ки, выполненную в виде делителя, пос ледовательно соединенных дифференцирующей цепи, диода, резистора, конденсатора и второго диода, соединенного катодом с общей шиной, причем общая точка катода первого диода и резистора связана со средней точкой делителя, который одним резистором подсоединен к источнику питания, другим - к общей шине, преобразователь, подключенный через разделительный конденсатор к средней точке де- пителя схемы развязки, последовательно соединенные второй одновибратор, первую линию -задержки, генератор строб-импульсов и первую схему совпадений, широкополосный усилитель выходом подключенный к второму входу первой схемы совпадений, последовательно соединенные первый триггер и частотомер, второй выход первого триггера подключен к третьему входу первой схемы совпадений, кварцевый

генератор, генератор опорной частоты и блок автоматики, выполненный в виде последовательно соединенных несимметричного триггера, третьего одно- вибратора, усилителя импульса сброса, второй линии задержки, четверто- го одновибратора и второй схемы совпадений, второй выход усилителя импульса сброса подключен к первому входу первого триггера и импульсного генератора, входом подключенного к второму входу второй схемы совпадений, отличающийся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей, увеличения производительности измерений,, он снабжен последовательно соединенными вторым ключом, вторым триггером, вторым входом подключенным к второму выходу усилитпя импульса сброса, третьей схемой совпадений, вторым входом подключенным.к выходу генератора опорной частоты, блоком памяти, вторым входом подключенным к выходу второй схемы совпадений, и реверсивным счетчиком, вторым входом подключенным к выходу кварцевого генератора, третьим входом - к второму выходу усилителя импульса сброса, а выходом - к второму входу первого триггера, второй выход второго ключа подключен к входу первого одновибратора, второй выход второго триггера подключен к первому входу второго ключа, генератором радиоимпульсов, первым входом подключенным к выходу стартового генератора, вторым входом - к выходу первой схемы совпаде- НИИ, первым вькодом - к входу диффег ренцирующей цепи схемы развязки, вторым выходом - к четвертому входу реверсивного счетчика, третьим выходом - к третьему входу первого триггера, а четвертым выходом к второму входу второго ключа, резонансным усилителем, входом подключенным к аноду второго Диода схемы развязки, а первым выходом - к входу второго одновибратора, последовательно соединенными блоком задержки, входом подклк ченным к третьему выходу второго триггера, третьим триггером, вторым входом подключенным к второму выходу усилителя импульса сброса, третьим ключом, вторым входом подключенным к второму входу резонансного усилителя, а выходом - к третьему входу второго триггера, четвертым

ключом, первым входом подключенным к второму выходу резонансного усилителя, вторым входом - к второму выходу третьего триггера, а выходом Редактор И. Воловик

Составитель Л.Иванов-Шиц Техред И.Beрес

Заказ 1944/43

Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного коми ета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раувгская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная,4

к входу широкополосного усилителя, и дополнительным конденсатором, вклю ченньгм параллельно резистору схемы развязки.

Корректор М.Демчик

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при разработке аппаратуры для контроля параметров сред газообразного, жидкого и твердого фазовых состояний. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и увеличение производительности измерений за счет исключения операции предварительного измерения времени распространения ультразвука в среде. Измеритель скорости ультразвука, содержащий первый одно- вибратор, первый ключ и стартовый генератор, схему развязки, преобразователь, второй одновибратор, первую линию задержки, генератор строб-импульсов, первую схему совпадений, усилитель, первьш триггер, частотомер, кварцевый генератор, генератор опорной частоты и блок автоматики, дополнительно снабжен вторым ключом, вто- рьпч триггером, схемой совпадений бло- .ком памяти и реверсивным счетчиком, генератором радиоимпульсов, резонансным усилителем, блоком задержки третьим-триггером, третьим и четвертым ключами и дополнительным конденсатором. 1 ил. (Л to ю 4ib «sj