Процентный цифровой измеритель скорости ультразвука Советский патент 1986 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для определения функционально зависящих от скорости ультразвука характеристик различных сред и управления технологическими процессами.

Целью изобретения является повышение информативности измерения и упрощение устройства за счет использования новых функциональных связей,

, На,чертеже предртавлена структурная схема устройства,

Устройство содержит синхронизатор I, последовательно соединенные генератор 2 зондирующих импульсов, излучатель 3, контролируемую среду 4., , приемник 5, усилитель 6 -и первьй триггер 7,8- вход которого соединен с выходом генератора 2 зондирующих импульсов, гене1Уатор 8 счетных импульсов, индикатор 9, формировател

10 объема выборки измерения, второй триггер 11, первый логический элемен И 12, nepjBbu вход которого соединен со знаковым входом индикатора 9 и Q - выходом триггера 11, второй логический элемент И 13, первый вход которого соединен с Q - выходом триггера 11, второй вход - с вторым вхо- .дом логического элемента И 12 и с выходом генератора 8 счетных импульсов, третий вход - с третьим входом логического элемента И 12 и с выходо триггера 7, и реверсивный счетчик

14 - с предварительной установкой начального кода, вычитающий вход которого соединен с выходом логического элемента И 12, суммирующий вход - с выходом логического элемента. И 13, вход предварительной установки - с S - входом триггера 11 и с выходом синхронизатора 1, информационный выход - с входом индикатора 9, а выход Заем - с R - входом триггера 1I.

При этом формирователь 10 объема выборки измерения содержит последовательно соединенные генератор 15 тактовых импульсов и третий логический элемент И 16, третий триггер 17, выход которого соединен с вторым входом логического элемента И 16, задатчик 18 кода выборки и второй реверсивный счетчик, вычитающий вход которого соединен с выходом логического элемента И 16 и с входом генератора 2 зондирующих импульсов, вход предварительной установки - с выходом задатчика 18 кода выборки, а синхронный вход - с S - входом триггера 17 и с выходом синхронизатора 1,

Устройство работает следующим образом.

Перед проведением измерения в формирователе 10 объема выборки с по- мощью задатчика 18 кода выборки устанавливается число .

Vu 10 m

(1)

где m - объем выборки измерения; номинальное значение скорости ультра- звука для контролируемой средыji L базовое расстояние прохождения ультразвукового импульса в контролируемой среде; f - частота следования ; счетных импульсов генератора 8; г - целое положительное число, определяющее точность и цену деления младшего цифрового разряда результата измерения (г:52) .

Объем выборки всегда есть целое число, а правая часть соотношения

(1), в общем случае, - нецелое, При контроле твердой среды, когда изменение расстояния L сопряжено с трудностями, значение m принимают равным наиближайшему целому числу от

V I0 /Lf. При контроле жидкой или газообразной сред указанное отношение можно привести к целому числу путем изменения расстояния между излучателем 3 и приемником 5.

I

Шпульс 1 синхронизатора вырабатывается вначале измерения и поступает на вход предварительной установки реверсивного счетчика -14 и на вход формирователя 10 объема выборки. По этому импульсу в счетчике 14 устанавливается начальный код, равный числу Ю . .

Импульс синхронизатора 1 в формирователе 10 объема выборки поступает на синхронный- вход счетчика 1-9 и S- вход триггера 17, При этом в счетчик 19с вькода задатчика 18 кода выбор- ки запис.ьшается код, равный числу т, а триггер 17 устанавливается в сое- . тояние 1, :

Состояние 1 триггера 17 открывает элемент И 16 и разрешает прохождение импульсов тактового генератора 15 на вычитакнций вход счетчика 19 и выход формирователя 10 общего объема выборки. Каждый импульс- генератора ;15, прошедший через элемент И 16, запускает генератор 2 зондирующих

импульсов и вьшитает единицу с содержимого реверсивного счетчика 19. После прохождения т-го импульса в реверсивном счетчике 19 устанавливается О, и вырабатывается импульс Заем, торый, воздействуя на R - вход триггера 17, переводит его в состояние О. Закрывается элемент И 16, и за.пуск генератора 2. зондирующих импульсов прекращается,

Период следования импульсов формирователя 10 объема выборки устанавливается большим времени полного затухания многократных отражений ультразвукового импульса в контролируемой среде для исключения возможности ложного формирования интервалов времени распространения ультразвука. .

Электрический импульс генератора 2 с помощью излучателя 3 возбуждает ультразвз овой импульс в контролируемой среде , а также поступает на S.вход триггера 7 как старт-импульс, Ультразвуковой импульс, распространяясь в среде, доходит до приемника 5 и преобразуется им в электрический импульс, Последний усиливается в усилителе 6 и поступает на R - вход триггера 7 как стоп-импульс, В результате воздействия старт- и стоп- им- пульсов триггер 7 вырабатывает прямоугольные импульсы с длительностью, равной времени распространения ультразвука в контролируемой среде, т.е.

т --

V

где V скорость ультразвука в конт ролируемой среде; L - базовое расстояние.

Прямоугольные импульсы длительностью Т с выхода триггера 7 посредством элемента И I2 заполняются счетными импульсами генератора 8 с частотой f,

Число Tj f , являющееся результатом заполнения, записывается в реверсивный счетчик 14 в режиме вычитания. После m -кратного измерения дли--. тельности Т от начального кода 10 реверсивного счетчика 14 вычитается число m(). Остаток от вычитания , равный числу

N 10 - тТ;,

(2)

этом случае аналогично описанному

55 вначале производится вычитание числа

является результатом измерения откло- счетных импульсов, формирующихся на нения -скорости ультразвука от номи- выходе элемента И 12, из содержимого нального значения. Соотношение (2) реверсивного счетчика 14.

4

ваний с учетом (I)

г

10-( -)

Lf

10

(- -Ч- )

10

-Их V.,

(3)

Результат измерения (число N) с выхода реверсивного счетчика 14 выводится на индикатор 9 ДЛЯ отсчета. Дпя представления результата измере-; ния в процентах в зависимости от выбранного числа с запятая в индикаторе 9 устанавливается на t-2 разряда, что является аналогом деления на число 10 , т.е ,

L- Л

-4

,100% . (4)

JO

Знак результата измерения процентного отклонения скорости ультразвука относительно номинального значения определяется состоянием Q-выхо- да триггера 11, Знаку плюс соответствует единичное состояние. знаку минус - нулевое, Вначале измерения триггер I1 по импульсу синхронизатора 1 устанавливается в единичное состояние. . .

При V V из уравнения (3) слеVдует, что N 0, так как 1 rji , В

X .

этом случае остаток от. содержимого реверсивного счетчика 14 после вычитания числа тТ f вводится на индикатор 9 со знаком плюс (триггер 11 сохраняет состояние-), т.е.

45

N,

( -) ЮогuV,

+ ( )100%. (5)

При V Vj из уравнения (3) следует , что N i О, так как

f

х

В

В течение какого-то i-ro интервала ТJ, . содержимое реверсивного счетчика 1А становится равным нулю. На его выходе R вырабатывается снг- нал Заем, который, воздействуя на R-вход триггера 1f, устанавливает его в нулевое состояние. Элемент И . 12 закрывается и открывается элемент И 13. Тогда остаток счетных импуль- сов i-ro интервала Т и счетные импульсы последующих (m-i) интервалов проходят через элемент И 13 на суммирующий вход реверсивного счетчика 14,

Последний с нуля в режиме слеже- ния подсчитывает входные импульсы. В конце измерения в счетчике 14 запишется число

N гаТ, f - 10

10(Ь - 1)0 (6) 20

С учетом состояния Q - выхода триггера 11, соответствующего знаку минус, результат измерения будет равен

J

«--т|кт-(- )-юо%.

-( ) 100%, С7)

Следовательно, результат изме,ре- ния процентного отклонения скорости ультразвука фиксируется в виде целого числа, записанного в .счетчике 14.

Точность и вес младшего разряда от- счета определяются выбором числа г .

Таким образом, использование реверсивного счетчика с предваритель- ной установкой начального кода, формирователя объема выборки измерения, триггера знака и новых функциональных связей позволяет определить процентное отклонение скорости ультра- звука от номинального значения, что дает лучшее представление о качестве контролируемого изделия или об отклонении технологического режима, т.е. повьшает информативность измерений. Исключение эталонного канала упрощает устройство и повышает его надежность

Формула изобретения

1. Процентный цифровой измеритель скорости ультразвука, содержащий синQ

5

0

5

0

г

-

.

0

5

хронизатор, последовательно соединенные генератор зондирующих, импульсов, излучатель, приемник, усилитель и первый триггеру S - вход которого соединен с выходом генератора зондирующих импульсов, генератор счетных импульсов и 1ндикатор, отличающийся тем, что, с целью.по- вьш1ения информативности измерения и упрощения, он снабжен формирователем объема выборки измерения, вход которого соединен с синхронизатором, а выход - с.генератором зондирующих импульсов, вторым триггером, первым логическим элементом И, первый вход которого соединен с знаковым входом индикатора и Q-вьпсодом второго триггера, вторым логическим элементом И, вход которого соединен с Q - выходом второго триггера, второй вход - с вторым входом первого логического элемента И и с выходом генератора счетных импульсов, третий вход - с третьим входом первого логического элемента И и с выходом первого триггера, и реверсивным счетчиком с предварительной установкой начального кода, вычитающий вход которого соединен с выходом первого логического элемента И, сз ммирующий вход- с выходом второго логического элемента И, суммирующий вход - с выходом второго логического элем.ента И, вход предварительной установки - с S-входом второго триггера и с выходом синхронизатора, информационный выход - с входом индикатора, а выход Заем - с R - входом второго триггера.

2. Измеритель по п.1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что формирователь объема выборки измерения содержит по- следовательно соединенные генератор тактовых импульсов и третий ло.гичес- кий элемент И, третий триггер, выход которого соединен с вторым входом третьего логического элемента И, за- датчик кода выборки и второй реверг сивный счетчик, вычитающий вход которого соединен с выходом третьего логического элемента и является выходом формирователя объема выборки измерения, вход предварительной установки соединен с S - входом третьего триггера и является входом формирователя объема выборки измерения.