Устройство для измерения коэффициента поглощения и скорости распространения ультразвука Советский патент 1986 года по МПК G01H5/00 

Изобретение относится к измерителной технике и может быть использован для анализа свойств и состава растворов по его акустическим параметрам

Известно устройство для измерения коэффициента поглощения и скорости распространения ультразвука, содержащее измерительную камеру постоянной длины с излучающим и приемным ультразвуковыми преобразователями, генератор, выход которого соединен с излучающим ультразвуковым преобразователем, частотомер, вход которого соединен с выходом генератора, измеритель девиации частоты, вход которого соединен с выходом генератора, дискретньй фазовращатель, вход которого соединен с выходом генератора, и фазовый детектор 1.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерений i

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения кэффициента поглощения и скорости распространения ультразвука, содержащее измерительную камеру постоянной длины с излучающим и приемным ультразвуковыми преобразователями, генератор, выход которого соединен излучающим ультразвуковым преобразователем, частотомер, вход которого соединен с выходом генератора, измеритель девиации частоты, вход которого соединен с выходом генератора, дискретный фазовращатель, вход которого соединен с выходом генератора, и фазовый детектор, снабжено аналоговым фазовращателем, вход которого соединен с выходом дискретного фазовращателя, а выход - с первым входом фазового детектора, последовательно соединенными линейным усилителем, вход которого соединен с выходом приемного ультразвукового преобразователя, амплитудным детектором, коммутатором, фиксатором уроней и дфференциальным усилителем, выход которого соединен с управляющим входом аналогового фазовращателя, и таймером, выход которого соединен с входами частотомера, измерителя девиации частоты, дискретного фазовращателя и коммутатора, второй вход фазового детектора соединен с

выходом линейного усилителя, а выход - с входом генератора.

На чертеже изображена структурная схема устройства для измерения

коэффициента поглощения и скорости распространения ультразвука.

Устройство содержит измерительную камеру 1 постоянной длины с излучающим 2 и приемным 3 ультразвуковыми преобразователями, генератор 4, выход которого соединен с излучающим ультразвуковым преобразователем 2, частотомер 5, вход которого соединен с выходом генератора 4, измеритель 6 девиации частоты, вход которого соединен с выходом генератора 4, дискретный фазовращатель 7, вход которого соединен с выходом генератора 4, фазовый детектор

8, аналоговьш фазовращатель 9, вход которого соединен с выходом дискретного фазовращателя 7, а выход - с первым входом фазового детектора 8, последовательно соединенные линейный

усилитель 10, вход которого соединен с выходом приемного ультразвукового преобразователя 3, амплитудный детектор 11, коммутатор 12, фиксатор 13 уровней и дифференциальный усилитель 14, выход которого соединен с входом аналогового фазовращателя 9, и таймер 15, выход которого соединен с входами частотомера 5, измерителя 6 девиации частоты, дискретного фазовращателя 7 и коммутатора 12. Второй вход фазового детектора 8 соединен с выходом линейного усилителя 10, а вьпсод - с входом генератора 4.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение генератора 4 возбуждает излучающий ультразвуковой.преобразователь 2, который излучает

ультразвуковые волны, распространяющиеся в исследуемой среде, заполняющей измерительную камеру 1, Ультразвуковые волны преобразуются в электрические колебания приемным

ультразвуковьм преобразователем 3, усиливаются линейным усилителем 10 и пост5гпают нз. второй вход фазового детектора 8, на первый вход которого подается сигнал генератора 4, сдвинутый по фазе дискретным фазовращателем 7 и аналоговым фазовращателем 9.

С выхода фазового детектора 8 сигнал уровня, пропорциональный разности фаз входных сигналов, поступа31ет на вход генератора 4 в качестве сигнала отрицательной обратной связи обеспечивающей автоматическое поддержание режима, при котором разности фаз сигналов, поступающих на входы фазового детектора 8, равны нулю. Дискретный фазовращатель 7 периодически по сигналам таймера 15 генерирует скачки фазы величиной //2, которые компенсируются за счет перестройки генератора по цепи отрицательной обратной связи. Уровни амплитуд, соответствующие различным состояниям дискретного фазовращателя 7, вьщеляются с помощью амплитудного детектора 11 и фиксируются с по мощью управляемого от таймера 15 ком мутатора 12 и фиксатора 13.уровней н соответствующих входах дифференциаль ного усилителя 14. На выходе дифференциального усили теля 14 образуется сигнал разности амплитуд, который поступает на управ ляющий вход аналогового фазовращателя 9 в качестве сигнала отрицательной обратной связи, в результате чего аналоговый фазовращатель 9 уста навливается в положение, при котором сигнал на выходе дифференциального усилителя 14 равен нулю. При этом среднее арифметическое значение двух частот, соответствующих двум состояниям дискретного фазовращателя 7, измеряемых частотомером 5, точно соответствует середине пика амплитудно-частотной характеристики резонаторной ячейки. Измеряемое значение частоты однозначно связано со скоростью распространения ультразвука следуняцим соотношением: . где f - измеряемое значение частоты для п-го резонансного пика; и - скорость ультразвука, м/с; 1 - расстояние между ультразвуковыми преобразователями 2 и 3, которое постоянно. Величина девиации частоты 2f одно значно связана с коэффициентом погло щения оС ультразвука в исследуемой жидкости следующим соотношением: Ь - 4- - в, где А - длина ультразвуковой волны; 224 В - постоянная, которая характеризует потери энергии в резонаторной ячейке, не обусловленные поглощекмем ультразвука в жидкости. Введение отрицательной обратной связи, осуществляющей автоматическую настройку на середину пиков резонаторной ячейки по признаку равенства амплитуд, измеряемых на противоположных крупных склонах амплитудно-частотной характеристики, фиксация двух точек, в которых измеряются частоты, отстоящие на величину полосы пропускания резонаторной ячейки, и осуществление жесткой синхронизации таймером 15 частотомера 5, измерителя 6 девиации частоты, дискретного фазовращателя 7 и коммутатора 12 позволяет повысить точность измерений при использовании предлагаемого устройства. Фо-рмула изобретения Устройство дли измерения коэффициента поглощения и скорости распространения ультразвука, содержащее измерительную камеру постоянной длины с излучающим и приемным ультразвуковыми преобразователями, генератор, выход которого соединен с излучающим ультразвуковым преобразователем, частотомер, вход которого соединен с выходом генератора, измеритель девиации частоты, вход которого соединен с выходом генератора, дискретный фазовращатель, вход которого соединен с выходом генератора, и фазовый детектор, отличающе е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено аналоговым фазовращателем, вход которого соединен с выходом дискретного фазовращателя, а выход - с первым входом фазового детектора, последовательно соединенными линейным усилителем, вход которого соединен с выходом приемного ультразвукового преобразователя, амплитудным детектором, коммутатором, фиксатором уровней и дифференциальным усилителем, выход которого соединен с управляющим входом аналогового фазовращатея, и таймером, выход которого соеинен с входами частотомера, измеителя девиации частоты, дискретно512721226

го фазовращателя и коммутатора, вто- с выходом линейного усилителя, а оой вход фазового детектора соединен выход - с входом генератора.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для анализа свойств и состава растворов по их акустическим параметрам. Целью изобретения является повьшение точности измерений. В устройстве генератор возбуждает излучающий ультразвуковой преобразователь, который излучает ультразвуковые волны в исследуемую среду, заполняющую измерительную камеру. Последние принимаются приемным ультразвуковым преобразователем и через линейный усилитель поступают на второй вход фазового детектора, на первый вход которого подается сигнал генератора, сдвинутый по фазе дискретным и аналоговым фазовращателями. С выхода фазового детектора сигнал поступает на вход генератора. Дискретный фазовращатель периодичес ки по сигналам таймера генерирует скачки фазы величиной 7Т/2, которые компенсируются за счет перестройки генератора по цепи отрицательной обратной связи. Уровни амплитуд, соответствующие различным состояниям дискретного фазовращателя, вьделяются с помощью амплитудного детектора и фиксируются с помощью управляемого от таймера коммутатора и фиксатора уровней. На выходах дифференциального усилителя образуется сигнал разности амплитуд, который поступает на управляющий вход аналогового фазовращателя в качестве сигнала отрицательной обратной связи, в результате чего аналоговый фазовращатель устанавливается в положение, а при котором сигналы на выходе дифференциального усилителя равны нулю. С/ При этом среднее арифметическое знас чение двух частот, соответствующих двум состояниям дискретного фазовращателя, измеряемых частотомером, точно соответствует середине пика амплитудно-частотной характерстики 1ч: резонаторной ячейки. Измеряемое знач Is: чение частоты однозначно связано со скоростью распространения ультразвука пи/21, где f - измеряемое к; значение частоты для п-го резонанск: ного пика, и - скорость ультразвука, 1 - расстояние между ультразвуковыми преобразователями. Величина девиации частоты 2f однозначно связана с коэффициентом поглощения ol. следующим соотношением: 2д /fn d/l/TI+B, где А длина ультразвука, В - постоянная, которая характеризует потери энергии в резонаторной ячейке.. 1 ил.