Устройство для измерения скорости ультразвука в жидкости Советский патент 1986 года по МПК G01H5/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может использовать ся для измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний в жидкости при осуществлении автоматического контроля на предприятиях химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости за счет реализации автоматического слежения за центром информационных импульсов в схеме автоциркуляции.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - временные эпюры сигналов, поясняющие работу устройства.

Устройство для измерения скорости ультразвука в жидкости содержит последовательно соединенные генератор 1 (фиг. 1) зондирующих импульсов, излучающий преобразователь 2, приемный преобразователь 3, усилитель 4 и первый селектор 5, последовательно соединенные интегратор 6, управляемый генератор 7, делитель 8 частоты, распределитель 9 импульсов и триггер 10, и регистратор 11, вход которого подключен к выходу управляемого генератора 7, компаратор 12, первьй вход которого соединен со старым выходом управляемого генератора 7, делитель 13 напряжения, вход которого соединен с выходом интегратора 6, а выход - с вторым входом компаратора 12, подключенный к выходу компаратора 12 второй селектор 14, второй вход которого соединен с вторым выходом распределителя 9 импульсов, три схемы 15-17 совпадений, первые входы схем 15-17 совпадений объединены и соединены с выходом первого селектора 5, вторые входы объединены и соединены с выходом второго селектора 14, каждый из третьих уходов первой 15 и второй 16 схем совпадений соединены соответственно с первым и вторым выходом триггера 10, выходы первой 15 и второй 16 схем совпадений соединены с дифференциальными входами.интегратора 6, и последовательно соединенные дискреми- натор 18 длительности, вход которого соединен с выходом третьей схемы 17 совпадений, и генератор 19 импульсов, выход которого соединен с третьим входом интегратора 6, вход генератора 1 зондирующих импульсов соединен с первым выходом распределителя 9 импульсов, третий выход которого соединен со вторым входом триггера 10, .а управляемый генератор 7 выполнен в виде генератора треугольных импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Управляемый генератор 7 создает

две синхронные последовательности импульсов. На первом выходе выраба- тьюаются прямоугольные импульсы 20 (фиг. 2), на втором - треугольные импульсы 21, причем фронты прямоугольных импульсов совпадают по времени с экстремумами треугольных импульсов 20, а частота следования импульсов пропорциональна входному напряжению управляемого генератора

7. Импульсы 20 через делитель 8 частоты с коэффициентом деления п поступают на вход распределителя 9 импульсов, на первом, втором и третьем выходах которого формируются последовательно первые, вторые и третьи импульсы с периодом К«п. Иртервал между соседними импульсами с первого выхода распределителя 9 является тактом работы устройства. В каждом такте первыми импульсами запускается генератор 1 зондирующих импульсов, короткими импульсами 22 с выхода которого возбуждается излучающий преобразователь 2, и в контролируемой среде распространяются ультразвуковые импульсы, которые преобразуют- I

ся приемньи преобразователем в электрические импульсы, которые усиливаются усилителем 4 и после формирования поступают на вход селектора 5 который открывается на время ожидаемого прихода полезного (информационного) ультразвукового импульса и закрывается к моменту прихода отражен- ных импульсов, причем период следования зондирующих импульсов выбран большим, чем требуемый для почти полного затухания последовательности отраженных импульсов. При наличии помех и шумов в электрических цепях усилителя 4 напряжение на его выходе имеет вид 23, а после формирования - вид 24. При помощи компаратора 12 с делителем 13 на входе се- лектора 14 и схем 15-17 совпадений производится дальнейшее селекти- , рование информационного импульса и сравнение его с положением п-го импульса управляемого генератора следующим образом.

На первый вход компаратора 12 поступают треугольные импульсы 21 со второго выхода управляемого генера- тора 7, причем амплитуда этих импульсов пропорциональна входному напряжению генератора 7, поступающему с выхода интегратора. Второй вход компаратора 12 подключен к выходу ни тегратора через делитель 13, напряжение с выхода которого меньше амплитуды треугольных импульсов. В этом случае на выходе компаратора формируются импульсы, середина ко- торых совпадает с вершинами треугольных импульсов, а длительность этих импульсов пропорциональна коэффициенту деления делителя 13 напряжения. Второй селектор 14, управляемьй со второго выхода распределителя 9, пропускает импульсы, находящиеся в интервале от п-1 до п+1, т.е. импульсы 25, совпадающие с п-ыми треугольными импульсами, считая от зон- дирующих импульсов 22. Триггер 10 устанавливается по первому входу одновременно с зондирующими импульсами, а опрокидьшается по фронту п-ых импульсов с третьего выхода распре- делителя 9. На выходах триггера 10 формируются импульсы 26 и 27. Импульсы 25-27 поступают на схемы 15 - 17 совпадений, где происходит сравнение их положения с положением информационных импульсов из последовательности 24, В этой последовательности в отличие от случайных импульсов помех, информационные импульсы .систематически повторяются по длительное- ти и временному положению относительно зондирующих импульсов в каждом такте.

- Устройство может работать в двух режимах: поиск и слежение.

Режим поиска реализуется при включении устройства или при резком изменении скорости распространения ультразвуковых колебаний. В этом режиме информационные импульсы не сов- падают с импульсами 25, и схемы 15 - 17 совпадений закрыты, так как нет одновременного совпадения импульсов по их входам, и на выходе дискриминатора 18 длительности формируется напряжениеj запускающее генератор 19 импульсов поиска, который начинает

формировать последовательность разно- тота управляемого генератора, иэме50 5 20 25 зо о

5

o

5

5

полярных импульсов, которые, воздействуя на третий вход интегратора 6, изменяют напряжение на выходе интегратора по пилообразному закону, тем самым изменяется частота управляемого генератора 7 до момента совпадения импульсов 25 с информационными импульсами. С этого момента на выходе схемы 17 совпадений формируются импульсы, длительностью равные информационным, которые анализируются дискриминатором 18 длительности импульсов, генератор 19 импульсов поиска запирается, и устройство переходит в режим слежения.

В режиме слежения происходит совпадение информационных импульсов с импульсами 25-27 на входах схем 15 и 16 совпадений, при этом, если информационные импульсы совпадают с импульсами 25 и 26, то открыта схема 15, и на первом дифференциальном входе интегратора 6 присутствует управляющее воздействие, изменяющее его выходное напряжение так, что частота управляемого генератора 7 возрастает, если происходит совпадение информационных импульсов и импульсов 25 к 27, то открыта схема 16, и по второму входу интегратора 6 производится уменьшение частоты управляемого генератора 7. Такое же управление частотой генератора 7 продолжается и в том случае, когда информационные импульсы делятся импульсами 26 и 27 на.неодинаковые по длительности части 28 и 29, так как в этом слу;:ае длительности импульсов на выходах I схем совпадений не равны между собой. Изменение частоты управляемого генератора производится до тех пор, пока каждый из информационных импульсов начнет делиться между импульсами 26 и 27 на две равные части, В этом случае управляющие воздействия по первому и второму дифференциальным входам интегратора 6 равны мезвду собой, и напряжение 30 на его выходе остается неизменным, следовательно, частота управляемого генератора 7 всегда устанавливается такой, при которой фронт п-го импульса, по которому опрокидьтается триггер 10, формирующей импульсы 26 и 27, совпадает с центром информационных иьг- пудьсов, т.е. в режиме слежения час

ряемая регистратором 11, пропорциональна скорости распространения ультразвуковых колебаний в контролируемой среде.

Повышение точности достигается тем, что слежение производится за центром информационных импульсов, и изменение их длительности, обусловленное изменением амплитуды или уровнем формирования, не влияет на положение этого центра.

Повышение помехоустойчивости достигается наличием дополнительных селекторных импульсов 25, формируемых симметрично относительно информационных, т.е. случайные помехи и шумовые импульсы равновероятно попадают на дифференциальные входы интегратора, и их интегральная сумма ока-20 ственно с первым и вторым выходами зывается равной нулю.

триггера, а выходы первой и второй схем совпадений - с дифференциальны ми входами интегратора, и последова тельно соединенными дискриминатором длительности, вход которого соедине с выходом третьей схемы совпадений, и генератором импульсов, выход кото рого соединен с третьим входом инте гратора, вход генератора зондирующих импульсов соединен с первым выходом распределителя импульсов, тре тий выход которого соединен с вторы входом триггера, а управляемый гене ратор выполнен в виде генератора треугольных импульсов.

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости ультразвука в жидкости, содержащее последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, излучающий преобразователь, приемный преобразователь, усилитель и первый селектор, последовательно соединенные gHTerpaTof), управляемый генератор, делитель частоты, распределитель Импульсов и триггер, и регистратор, вход которого подключен к йы-

ходу управляемого генератора, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости, оно снабжено компаратором, первый вход которого соединен с вторым выходом управляемого генератора, делителем, вход которого соединен с выходом интегратора, а выход - с вторым входом компаратора,

подключенным к выходу компаратора вторым селектором, второй вход которого соединен с вторым выходом распределителя импульсов, тремя схемами совпадений, первые входы которых объединены и соединены- с выходом первого селектора, вторые входы - с выходом второго селектора, каждый из третьих входов первой и второй схем совпадений соединены соответственно с первым и вторым выходами

триггера, а выходы первой и второй схем совпадений - с дифференциальными входами интегратора, и последовательно соединенными дискриминатором длительности, вход которого соединен с выходом третьей схемы совпадений, и генератором импульсов, выход которого соединен с третьим входом интегратора, вход генератора зондирующих импульсов соединен с первым выходом распределителя импульсов, третий выход которого соединен с вторым входом триггера, а управляемый генератор выполнен в виде генератора треугольных импульсов.

Ш

д

м

2fy

5ff

ппг.

щ

Изобретение относится к измерительной технике и может использовать-, ся для измерения скорости распростра- нения ультразвуковых колебаний в жидкости при осуществлении автоматизированного контроля в химической, нефтехимической и др. отраслях про- мыпшенности. Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости за счет реализации автоматического слежения за центром информационных импульсов в схеме автоциркуляции. Устройство содержит последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, излучающий преобразователь, приемный преобразователь усилитель, первый селектор и интегратор, замкнутые в схему автоциркуляции через управляемый генератор, делитель частоты и распределитель импульсов. Схема, выполненна|1 из триггера и последовательно соединен- делителя напряжения, компаратора, второго селектора, трех схем совпадения, дискриминатора длительности и генератора импульсов, обеспечивает автоматическое слежение за центром информационных импульсов, что стабилизирует автоциркуляцию в электроакустическом тракте в условиях помех и повышает точность измерения. 2 ий. ё (Л

Редактор Н.Горват

Составитель Г.Максимочкин

Техред Л.Олейник Корректор Л.Патай

Заказ 5214/36 Тираж 507Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий И3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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