Цифровой измеритель скорости ультразвука Советский патент 1986 года по МПК G01H5/00 

Изобретение относится к средства неразрушающего контроля и может быть ис пользовано для исследования и контроля физико-химических свойст и состава различных сред, веществ и материалов.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг.1 изображена структурная схема цифрового измерителя скорости ультразвука; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Измеритель содержит синхронизатор 1, последовательно электроакустически соединенные генератор 2 зондирующих импульсов, излучающий и приемный преобразователи 3 и 4, уси литель 5 и первый элемент 6 задержк последовательно соединенные второй элемент 7 задерзкки, первый триггер первый счетчик 9 и индикатор 10,генератор 11 счетных импульсов, второй триггер 12, второй счетчик 13 с преварительной установкой начального кода и элемент И-И-ШШ 14. Выход генератора 11 счетных импульсов подключен к входу синхронизации второго счетчика 13, вход Сброс и. выход первого триггера 8 соединены соответственно с выходом усилителя 5 и счетным входом второго счетчика 13, выход синхронизатора 1 связан с входом Установка второго триггера 12, первым входом элемента И- И-ИЛИ 14, входом Сброс первого счетчика 9 и входом предварительной установки второго счетчика 13, вход Сброс и выход второго триггера 12 соединены соответственно с выходом второго счетчика 13 и вторым входом элемента И-И-ШЖ 14, выход nepBOJ o элемента 6 задержки подключен к третьему входу элемента И-И- ИЛИ 14, а его выход связан с входами генератора 2 зондирующих импульсов и второго элемента задержки.

Цифровой измеритель скорости работает следующим образом.

Импульс синхронизатора 1 (.фиг.2, диаграмма 15), определяющий начало каждого измерения скорости ультразвука, устанавливает состояние 1 на выходе триггера 12 (фиг.2, диаграмма 16), очищает счетчик 9 от результата предыдущего измерения - устанавливает состояние О на всех его разрядах и записывает в счетчик

13 число NP - f

L lO , воздействуя

5

0

5

0

5

0

0

55

на его третий вход (вход предварительной установки начального кода), где N - полный объем счетчика 13; L - базовое расстояние, через которое проходит ультразвук в процессе измерения его скорости; f - частота следования счётных импульсов генератора 11; г - целое число, определяющее цену деления наименьшего разряда результата и точность измере- ния скорости. Этот же импульс синхронизатора 1 (фиг.2, диаграмма 15), пройдя через первый вход элемента И-И-ИЛИ 14, поступает на входы генератора 2 зондирующих импульсов и элемента 7 задержки. .Двухвходовый элемент И в элементе-И-И-ИЛИ 14 требуется для второй половины, а в первой половине два входа имеются в целях унификации, и в рассматриваемом случае они объединены как первый вход элемента И-И-ШШ 14 (фкг. 1).

Импульс, поступающий на элемент 7 задержки, задерживается в нем на время tf, , равное суммарному времени задержек срабатывания генератора 2 зондирующих импульсов и усилителя 5 и прохождения ультразвукового импульса через призмы излучающего и приемного преобразователей 3 и 4 (фиг.2, диаграмма 18).

Генератор 2 зондирующих импуль- сов возбуждает излучающий преобразователь 3 (фиг.2, диаграмма 17), от которого через исследуемую среду распространяется ультразвуковой импульс. Этот импульс, достигнув приемного преобразователя 4, преобразуется последним в электрический импульс. Электрический импульс от приемного преобразователя 4 усиливается и ограничивается усилителем 5 (фиг„2-19).

Выходные импульсы элемента 7 задержки и усилителя 5 (фиг.2, диаграммы 18 и 19) поступают на входы триггера 8 соответственно как старт- и стоп-сигналы. Триггер 8 фор1 Шрует на своем выходе прямоугольный импульс с длительностью Т (фиг.2, диаграмма 20), который является измеряемым интервалом времени. При этом интервал Т определяется только временем распространения ультразвукового импульса в исследуемой среде через базовое расстояние L.

Прямоугольный импульс с выхода триггера 8 поступает на первый вход

3

первого счетчика 9 и на второй вход второго счетчика 13.

В счетчик 9 записывается число Прямоугольный импульс, поступающий на второй вход счетчика 13, заполняется счетными импульсами генератора 11 (фиг.2, диаграмма 21). Результат заполнения, равный числу Tf, суммир(N так6 зается с содержимым счетчика 13 f L 10 +Tf.

Импульс с выхода усилителя 5 же поступает на вход элемента держки (фиг.2, диаграмма 19). Элеме 6 производит задержку входного импульса на время t полного затухания многократных отражений ультразвукового импульса н исследуемой срде для исключения возможности ложно запуска генератора 2.зондирующих импульсов. Если в исследуемой среде н возникают отраженные ультразвуковые импульсы, например, при измерении скорости головных волн в крупногабаритных изделиях, то время t задержки в элементе 6 может быть све- дено до минимума для.повьшения быстродействия.

Импульс с выхода элемента 6-задержки проходит через открытую вторую половину элемента И-И-ИЛИ 14 (н втором входе от триггера 12 присутствует сигнал 1) и поступает на входы элемента 7 задержки и генератора 2 зондирующи с импульсов для второго возбуждения ультразвукового импульда.

После возбуждения ультразвуковог импульса в исследуемой среде триггер 8 второй раз формирует прямоугольный импульс с длительностью Т. В счетчик

9 записывается число 2, а в чик 13 -(N- - f-L lo ) + 2Tf.

счет.Описанный автоциркуляционный процесс возбуждения ультразвукового импульса в исследуемой среде продол- . жается до формирования на выходе триггера 8 некоторого т-го прямоугольного импульса с длительностью Т. В результате формирования т-го прямоугольного импульса и измерения его длительности Т в счетчик 1.3 записывается число (N;, - f-L 10 )+mTf, а в счетчик 9 - число т. При этом число m - это такое минимальное возможное число, при котором суммарный, результат т-кратного измерения длительности Т, записанный в счетчик 13, должен достигать числа f-L 10

(N - f- LMO ) + mTf N

(I)

т.е. число m - такое число, когда после (т-1)-кратного измерения длительности Т суммарный результат еще не достигнет числаN

(N . - f L-10 ) + (in-l )Tf N

(2)

Из неравенства (l) следует, что суммарный результат т-кратного измерения длительности Т должен быть не менее числа

15

mTf f- L lO

(3)

Тогда число m, записанное в счетчик 9 и являющееся, результатом измерения скорости ультразвука, определяется из соотношения (3)

f- Ь- 10 L . „ ,г in / / m V-IO ,(41

5

0

5

0

5

где V скорость ультразвука

в исследуемой среде.

Таким образом, число m является переменной величиной и однозначно определяется скоростью ультразвука в исследуемой среде.

Так, после формирования т-го прямоугольного импульса на выходе триггера 8 его длительность Т также заполняется, счетными импульсами генератора 11. Счетные импульсы, заполнившие длительность Т, поступают на счет в счетчик 13. После поступления (f L lO )-го счетного импульса с начала измерения скорости ультразвука счетчик 13 переполняется (в нем записывается число NO ) и вырабатьгоает импульс Перенос (фиг.2, диаграмма 22). Счетный (f-L-lO )-й импульс находится в т-й пачке счетных импульсов генератора П -(фиг.2, диаграмма 21).

Импульс Перенос с выхода счетчика 13 переключает триггер 12 в состояние О (фиг.2, диаграмма 16). Выходкой сигнал триггера 12 (состоя- 0 ние О) закрывает вторую половину элемента И-И-ИЛИ 14. Прохождение автоциркуляционных импульсов для запуска генератора 2 зондирующих импульсов прекращается, и измерение скорости ультразвука заканчивается.

Результат измерения скорости ультразвука - число m с выхода счетчика 9 вьшодится на индикатор

5

10 для отсчета. Отметим, что согласно уравнению измерения (4) устройства содержимое счетчика 9 отличается от значения V на коэффициент 10 . По- этому для представления результата измерения скорости в метрах в секунду в зависимости от выбранного значения г запятая в индикаторе 10 вручную переключается на г цифровых разрядов, что является аналогом деления на число Ю. Тогда результат измерения скорости V, и после

запятой в индикаторе 10 присутствуют г значащих цифровых разрядов.

Таким образом, выбором необходимого значения определяется цена деления наименьшего цифрового разряда индикатора 10. Так, если выбрать г 2, то запятая в индикаторе 10 переключается перед измерением скорости на два заряда, и после запятой присутствуют два цифровых разряда, т.е. цена деления 0,01 м/с.,

Форму л а изобретен

Цифровой измеритель скорости ультразвука, содержащий синхронизатор, п следовательно злектроакустически соединенные генератор зондирующих импульсов, излучающий п приемный преобразователь, усилитель и первый элемент задержки, последовательно соединенные второй элемент задержки, первый триггер, первый счетчик и индикатор, генератор счетных 1импульсов и второй триггер, отличающий- с я тем, что, с целью повьшения точности измерения, он снабжен вторым счетчиком с предварительной установкой начального кода и элементом И-И-ИЛИ, выход генератора счетных импульсов подключен к входу синхронизации второго счетчика, вход Сброс и выход первого триггера со- единены соответственно с выходом усилителя и счетным входом второго счетчика, выход синхронизатора связан с входом Установка второго триггера, первым входом элемента И-И-ИЛИ, входом Сброс первого счетчика и входом предварительной установки второго счетчика, вход Сброс и выход второго триггера соединены соответственно с выходом второго счетчика и вторым входом элемента И-И-ИЛИ, выход первого элемента задержки подключен к третьему входу элемента И-И-ИЛИ, а его выход связан с входами генератора зондирующих импульсов и второго элемента задержки.

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля и может быть использовано для исследования и контроля физико-химических свойств и состава различных сред, веществ и материалов. Целью изобретения является повышение точности измерения. В цифровом измерителе скорости ультразвука генератор зондирующих импульсов .возбуждает излучающий преобразователь , от которого через исследуемую среду распространяется ультразвуковой импульс, принимаемый преобразователем. Импульс синхронизатора устаиавливает состояние 1 на выходе триггера, очищает счетчик от результата предьвдущего измерения и записывает в счетчик число N - f- L хх xlO , где NO - полный объем счетчика; L - базовое расстояние; f - частота следования счетных импульсов генератора; г - целое число, определяющее цену деления и точность измерения скорости. Введение счетчика с предварительной установкой начального кода и элемента И-И-ИЛИ позволяет повысить точность измерения и единство измерений за счет использования в алгоритме измеритель- ;ной базы. 2 ил. (Л

Фиг2