Устройство для определения параметров акустических релаксационных процессов в средах Советский патент 1987 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к средствам ульразвуковой измерительной техники и может быть использовано для исследования веществ в экспериментах молекулярной акустики.

Цель изобретения - повышение производительности за счет визуального совмещения экспериментальных данных по скорости звука в среде с математической моделью, описываЕощей иссле- дуемые релаксационные процессы.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для определения параметров акустических релаксационных процессов в средах ; на фиг. 2 - картина, получаемая на индикаторе.

. Устройство содержит блок 1 ввода данных, блок 2 памяти, индикатор 3, блок 4 возведения в квадрат, вход которого подключен к выходу блока 1 ввода данных, а выход - к блоку 2 памяти, подключенные к первому ввлхо- ду блока 2 памяти последовательно соединенные компаратор 5, ключ 6, первый делитель 7 напряжепия и коммута- тор 8, выход которого подключен к

f

первому входу индикатора 3, цифроана- логовый преобразователь 9, вход которого подключен к второму выходу блока 2 памяти, а выход - к информацион- пому входу ключа 6, последовательно соединенные генератор 10 линейно нарастающего напряжения и второй делитель 11 напряжения, подключенные к выходу последнего N каналами пре- образования сигналов из последовательно соединенных третьего делителя 12 (13) напряжения, функционального преобразователя 14 (15) обратной пропорциональной зависимости от чет- вертого делителя 16 (17) напряжения, общий для всех N каналов преобразования сигналов сумматор 18, выход которого подключен к второму информа- ционному входу коммутатора 8, подключенные к выходу синхронизации блока 1 ввода данных регистр 19 адреса, выход которого подключен к управляющему входу блока 2 памяти, и регулятор 20 смещения, подключенньй к первому входу коммутатора 8, и второй регулятор 21 смещения в каждом из N каналов преобразования сигналов, кроме первого канала, подключенньй к соответствующему входу сумматора 18, вы- ход синхронизации генератора 10 линейно нарастающего напряжения подключен к входу управления коммутатора 8 и к второму входу управления регистра 19 адреса, выход генератора 10 нарастающего напряжения к второму входу индикатора 3, выход второго делителя 11 напряжения к второму входу компаратора 5, выход которого соединен с третьим входом управления регистра 19 адреса.

Устройство работает следующим образом.

С помощью блока 1 ввода данных в устройство вводят экспериментальные значения скорости ультразвука с , в исследуемой среде на ряде частот f.

Значения скорости с и соответствующие им значения частоты f. возвоп

дятся в блоке 4 в квадрат. Каждое

значение с и соответствующее f записывается в блок 2 памяти по определенному адресу, который задается регистром 19 адреса. При этом часть слова отводится для с , часть для f . Сигналом с блока 1 ввода данных для каждой пары пифр f , и с , содержимое регистра 19 увеличивается на единицу. С записью всего массива данных заканчивается первая фаза работы устройства.

В дальнейшем начинается фаза анализа результатов измерения запуском генератора 10 линейно нарастающего напряжения. Сигналом с него гасится регистр 19 адреса и считывается информация из нулевой ячейки блока 2 памяти. Одновременно линейно нарастающее напряжение начинает поступать с выхода второго делителя 11 на компаратор 5, который сравнивает сигналы, поступающие с блока 2 памяти и с второго делителя 11 напряжения и в момент их равенства выдает сигналы на выход. Сравнение осуществляется в аналоговой или дискретной формах.

В первом случае блок 5 должен содержать преобразователь код-аналог, преобразующий код f , поступающий из блока 2 памяти, в аналоговый сигнал, и схему сравнения аналоговых . сигналов. Во втором случае блок 5 должен содержать преобразователь аналог-код, преобразующий сигнал с второго делителя 11 напряжения в код, и схему сравнения кодов. Одновременно код с в цифроаналоговом преобразователе 9 преобазуется в аналоговую форму - напряжение. Сигнал равенства с компаратора 5 замыкает ключ 6 и прибавляет единицу в регистр 19 адреса, С блока 2 памяти считываrj о

ется следующая пара значений f и с г,.

3

Сигнал на выходе компаратора 5 пропадает и, при возрастании напряжени с выхода второго делителя 11, опять появляется в момент равенства сигналов, подаваемых на компаратор 5. Опя замыкается ключ 6, подавая на выход напряжение, пропорциональное следуюму значению с, ас блока 2 памяти

2 jT 2

,

и

считывается следующая пара-с % f

и т.д. до считывания всего массива. Таким образом, на коммутатор В птупает импульсный сигнал, амплитуда которого пропорциональна значениям с , а расстояние от начала соответственно значениям f . Первым делите лем 7 напряжения и регулятором 20 смещения регулируется масштаб и смещение этого сигнала. Процесс его фомирования показан на фиг. 2, где налонной прямой изображено вьпсрдное напряжение второго делителя 11 напр

жения и. , и

1

. , и„ - сигналы, соо, 1 и I % соответствующие им значения с,, с ,

- Ct Xл 2

Ветствующие f

с (а оси с), представленные

и.

(1)

на индикаторе 3 в виде точек.

Одновременно напряжение с второг делителя 11 напряжения через регулятор масштаба оси х (третий делитель 12 (13) напряжения) поступает на вход функционального преобразователя 14 (15) обратной пропорциональности, где преобразуется согласно формуле

к -1 еых - и +и„

где и, Ugi, - входное и выходное напряжения, К, UQ - константы.

Выходной сигнал функционального преобразователя 14 через регулятор масштаба оси у (червертый делитель 16) и сумматор 18 поступает на коммутатор 8, который переключается с началом каждого периода линейно нарастающего напряжения. Таким обра- зом, на индикаторе 3 попеременно отображаются непрерывной линией выходное напряжение сумматора 18 и сигнал с выхода первого делителя 7 в виде точек (экспериментальные данные).

Известна математическая модель, описывающая частотную зависимость скорости ультразвука в среде в случае одного релаксационного процесса

с.

+ (с1 - с )

fVf T-fVf

(2)

где с , с., - значения скорости НеТ очень низкой (нулевой) и оченгт ны- сокой (бесконечной) частотах, f - релаксационная частота.

Формула (2) может быть переписана в виде

- с с

f ---5(3)

5

5

0

0

10 50

откуда следует, что частотная зависимость скорости в системе координат, с, f /f изображается гиперболой, центр которой имеет координаты (с- , 1), а асимптоты параллельны координатным осям.

В случае одного релаксационного процесса выходные сигналы всех каналов преобразования сигналов, кроме первого, с помощью четвертых делителей 17 устанавливаются равными нулю. Таким образом, выходное напряжение блока 18 изображается на индикаторе 3 в виде отрезка гиперболы. Вторым делителем 11 напряжения подбирается размер изображения по оси х, первым делителем 7 напряжения - по оси у, а регулятором 20 - смещение по вертикали с таким расчетом, чтобы все экспериментальные точки поместились в пределах рабочего поля индикатора. Далее регуляторами 12 и 16, и при необходимости регулятором 20 смещения, регулируются масштабы по осям до наибольшего совпадения экспериментальных точек с гиперболой. Этот случай изображен кривой 22 (фиг. 2) и точками, буквой А (с крестиком) обозначен центр гиперболы.Остальные кривые иллюстрируют действие регуляторов (делителей напряжения).

I

При увеличении напряжения, снимаемого с регулятора 12, в два раза получают кривую 23 с центром Б, абсцисса которого в два раза меньше.При уменьшении напряжения в два раза, соответственно кривую 24, абсцисса центра В которой в два раза больше. Так как абсцисса центра гиперболы равна f , то регулятор 12 может быть отградуирован непосредственно в Гц

и по нему отсчитана f.

Общий регулятор 11 (второй делитель напряжения) сжимает все изображение по оси х. Таким образом, он может быть неградуирован, или отградуирован в . При увеличении или уменьшении выходного напряжения функционального преобразователя 14 регулятором 16 крива 22 преобразуется в кривую 25 или 26 соответственно с изменением ординаты центра в два раза (центр кривой 25 на фиг. 2 не показан, ноль ординат на фиг. 2 соответствует с ). Таким образом, один из регуляторов 7 может быть градуирован в гой - безразмерным множителем, регулятор 20 - . С регулятора 20

и 16 ., ДРУ

2 22

снимают значения Ср, а ССР - с. по-

лучают, перемножив показания регуляторов 7 и 16.

В случае наличия в среде более чем одного релаксационного процесса, используют и остальные каналы преобразования сигналов, например блоки 13-18, регулируя масштабы гиперболы регуляторами 13 и 17, а смещение ее по вертикали вторым регулятором 21 смещениями суммируя все гиперболы в блоке 18. Частоту более высокочастотного релаксационного процесса снимают со шкалы регулятора 13, cj- с регуляторов 16 и 7

.2 о

согласно описанному выше, а Со - с регулятора 21, который градуирован в .

Устройство позволяет определить все. параметры релаксационного процесса, имея всего несколько отсчетов по индикатору 3 (для определения центра гиперболы, согласно геометрической ее интерпретации, достаточно трех точек), позволяет исследовать среды с несколькими релаксационными процессами, определяя параметры каждого из них. Свойства, гипербол,которыми изображаются частотные зависимости скорости, позволяют изменением масштаба сжать низкочастотную часть в почти вертикальную кривую, оставля все поле для высокочастотной части, или вытолкнуть высокочастотную часть за пределы поля, расширяя низкочастотную часть зависимости. Это позволяет повысить точность определения параметров акустических релаксационных процессов в средах, Формула изобретения

Устройство для определения параметров акустических релаксационных

процессов в средах, содержащее блок ввода данных, блок памяти и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности, оно снабжено блоком возведения в квадрат, вход которого подключен к выходу блока ввода данных, а выход - к блоку памяти, подключенными к первому выходу блока памяти последовательно соединенными компаратором, ключом, первым делителем напряжения и коммутатором, выход которого подключен к первому входу индикатора, цифроаналоговым преобразователем,

вход которого подключен к второму выходу блока памяти, а выход - к информационному входу ключа, последовательно соединенными генератором линейно нарастаюш;его напряжения и вторым делителем напряжения, подключенными к выходу последнего N каналами преобразования сигналов из последовательно соединенных третьего делителя напряжения, функционального Преобразователя обратной пропорциональной зависимости и четвертого делителя напряжения, общим для всех N каналов прео разования сигналов сумматором, выход которого подключен к второму информационному входу коммутатора, подключенным к выходу синхронизации блока ввода данных регистром адреса, выход которого подключен к управляющему входу блока памяти, регулятором смещения, подключенным к первому входу коммутатора, и вторым регулятором смещения в каждом из N каналов преобразования сигналов кроме первого канала, подключенным к соответствующему входу су -1матора, выход синхронизации генератора линейно нарастающего напряжения подключен к входу управления коммутатора и к второму входу управления регистра адреса, выход генератора линейно нарастающего напряжения - к второму входу индикатора, выход второго делителя - к второму входу компаратора, выход которого соединен с третьим входом управления регистра адреса.

J-i-н

и„

/

О f 4

Редактор П.Гереши

Заказ 612/51Тираж 777Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Про чипг1,с гвенио-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Фц8.2

Составитель Г.Максимочкин i

Техред И.Попович Корректор Г.Решетник

Изобретение относится к средствам ультразвуковой измерительной техники и может быть использовано для исследования веществ в экспериментах молекулярной акустики. Цель изобретения повышение производительности за счет визуального совмещения экспериментальных данных по скорости ультразвука в среде с математической моделью, описывающей исследуемые релаксационные процессы. Экспериментальные данные по частотной зависимости скорости ульразвука в исследуемой среде вводят в устройство с помощью блока 1 ввода данлых. Экспериментальные данные отображаются на индикатора 3. Сюда же выводятся кривые математических моделей исследуемых релаксационных процессов. Кривые формируются с помощью генератора 10 линейно нарастающего напряжения, делителей 11-13, 16 и 17 напряжения и функциональных преобразователей 14 и 15 обратной пропорциональной зависимости. О параметрах акустических релаксационных процессов судят по сигналам на выходах указанных делителей напряжения. 2 ил. Q (Л