Ультразвуковое устройство для измерения расстояний в газовой среде Советский патент 1987 года по МПК A01K29/00 

11298540

Изобретение относится к области неразрушающегося контроля и может найти применение для измерения расстояний в газовой среде, например, при исследованиях сложных машиностро- ительньпс конструкций.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет точного определения момента перехода сигнала к-го периода через фиксиро- fO ванньй порог срабатывания.

На фиг. 1 представлена блок схема ультразвукового устройства дпя измерения расстояний в газовой среде; на

довательности поступают и на вход Селектора 7. Селектор 7 вырабатьгоает прямоугольный импульс, передний фронт которого соответствует началу k-ro периода, а задний - концу этого промежутка (фиг. 2б). В результате появления этого импульса увеличивается коэффициент усиления усилителя 2 с дискретно меняющимся коэффициентом усиления и. соответственно амплит-уда k-ro импульса (фиг. 2в), запускается модулятор 8 чувствительности усилителя 5. С выхода усилителя 2 с дискретно меняющимся коэффициентом усифигу,2 - временные диаграммы, поясня- 5 ления последовательности электрических колебаний поступают на излучающий электроакустический преобразователь 3, преобразующий эти колебания в ультразвуковые. Достигнув приемного электроакустического преобразователя 4, ультразвуковые колебания преобразуются в электрические и усиливаются ycилитeJ eм 5. Выходной импульс селектора 7 устанавливает в нуль счетчик 10 импульсов. Импульсы с частотой Г„ поступают с выхода тактового генератора 9 на счетный вход счетчика 10 импульсов. Сигнал с выхода усилителя 5 поступает на вход пороговой схемы 6 с фиксированным

няющие его работу.

Ультразвуковое устройство для измерения расстояний в газовой среде содержит последовательно соединенные генератор 1 импульсов, усилитель 2 с дискретно меняющимся коэффициентом усиления, акустически связанные излучающий и приемный электроакустические преобразователи 3 и 4, усилитель 5 и пороговую схему 6, подключенную к выходу генератора 1 импульсов последовательно соединенные селектор 7 и модулятор 8 чувствительности, выходом подключенный к второму входу усилителя 5, выход селектора 7 подключен к второму входу усилителя 2 с дискретно меняющимся коэффициентом усиления, последовательно сЪединенные тактовый генератор 9 и счетчик 10 импульсов, индикатор 11, подключенные к выходу усилителя 5 последовательно соединенные пиковый детектор 12, пороговую схему 13 с регулируемым порогом срабатывания, вторым входом подключенную к выходу усилителя 5, первый ре-, гистр 14 и второй регистр 15, выходом подключенный к индикатору 11, второй вход первого регистра 14 подключен к выходу первой пороговой схемы 6, информационные входы первого регистра 14 подключены к выходу счетчика 10 импульсов, первые входы регистров 14 и 15 объединены, вторые входы счетчика 10 импульсов и второго регистра 15 подключены к выходу селектора 7,

Ультразвуковое устройство для измерения расстояний в газовой среде работает следующим образом.

Генератор 1 импульсов вырабатывает последовательности электрических колебаний с несушей частотой и периодом следования (фиг. 2а)« Эти прсле20

25

30

35

40

порогом срабатьтания UCP , н на вход пикового детектора 12. При пре- вьш1ении входным сигналом порога срабатывания пороговой схемы 6, на ее выходе появляется последовательность импульсов (фиг, 2е). Передним фронтом каждого из этих импульсов разрешается запись информации с выхода счетчика 10 импульсов в первый регистр 14. Выходное напряжение усилителя 5, поступающее на вход пикового детектора 12, преобразуется им в уровень напряжения, пропорциональный амплитудному значению пришедшего

5 сигнала (фиг. 2д). Напряжение на выходе пикового детектора 12 и„„, пропорциональное амплитуде выходного сигнала, должно соответствовать неравенству (1): U(k)U(k) U(k+l),

0 где (k) - напряжение на выходе пикового детектора 12 для k-й полуволны; U(k) - амплитуда k-ro сигнала U(k+l) - амплитуда (k+l)-ro сигнала. Это напряжение с выхода пикового де55 тектора 12 (фиг. 2д) поступает на вход пороговой схемы 13 с регулируемым порогом срабатывания. При повышении входным сигналом пикового дедовательности поступают и на вход Селектора 7. Селектор 7 вырабатьгоает прямоугольный импульс, передний фронт которого соответствует началу k-ro периода, а задний - концу этого промежутка (фиг. 2б). В результате появления этого импульса увеличивается коэффициент усиления усилителя 2 с дискретно меняющимся коэффициентом усиления и. соответственно амплит-уда k-ro импульса (фиг. 2в), запускается модулятор 8 чувствительности усилителя 5. С выхода усилителя 2 с дискретно меняющимся коэффициентом уси

порогом срабатьтания UCP , н на вход пикового детектора 12. При пре- вьш1ении входным сигналом порога срабатывания пороговой схемы 6, на ее выходе появляется последовательность импульсов (фиг, 2е). Передним фронтом каждого из этих импульсов разрешается запись информации с выхода счетчика 10 импульсов в первый регистр 14. Выходное напряжение усилителя 5, поступающее на вход пикового детектора 12, преобразуется им в уровень напряжения, пропорциональный амплитудному значению пришедшего

сигнала (фиг. 2д). Напряжение на выходе пикового детектора 12 и„„, пропорциональное амплитуде выходного сигнала, должно соответствовать неравенству (1): U(k)U(k) U(k+l),

где (k) - напряжение на выходе пикового детектора 12 для k-й полуволны; U(k) - амплитуда k-ro сигнала U(k+l) - амплитуда (k+l)-ro сигнала. Это напряжение с выхода пикового детектора 12 (фиг. 2д) поступает на вход пороговой схемы 13 с регулируемым порогом срабатывания. При повышении входным сигналом пикового детектора 12 некоторого начального значения, соответствующего неравенству (1), на выходе пороговой схемы 13 с регулируемым порогом срабатьгаания появляется последовательность импуль- сов (фиг, 2ж), соответствующая переходу принимаемого ультразвукового сигнала через регулируемый порог срабатьшания. Эта последовательность импульсов поступает на вход считьгеа- ния первого регистра 14 и вход записи второго регистра 15.

Передний фронт последовательности импульсов с выхода пороговой схемы 13 с регулируемым порогом срабатыва- ния будет запаздьшать относительно переднего фронта последовательности импульсов с выхода пороговой схемы 6. По переднему фронту каждого из импульсов с выхода пороговой схемы 13 с регулируемым порогом срабатьгоа- ния происходит перезапись информации из регистра 14 в регистр 15. После достижения выходным сигналом усилителя 5 максимального значения сигнал с выхода пикового детектора 12 уменьшается, что соответствует неравенству (1). В результате этого, начиная с (k+1)-го импульса, на выходе пороговой схемы 13 с регулируемым порогом срабатьшания импульсы прекращаются и перезапись информации из первого регистра 14 во второй регистр 15 не происходит. Таким образом, в регистре 15 остается записанной информация соответствующая моменту времени t, равному моменту перехода k-й полуволны информационного сигнала через уровень дискриминации пороговой схемы 6 После поступления импульса с выхода селектора 7 выходит вьщача информации на индикатор 11 в виде двоичного кода соответствующего времени at прохождения ультразвукового колебания о от момента времени to до момента времени t. Расстояние L определяется по

формуле: L , где с - скорость распространения Ультразвуковых колебаний в газовой среде.

Изобретение позволяет повысить точность измерений и исключить влияние флуктуации входного сигнала на результаты измерения.

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для измерения расстояний в газовой среде, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов, усилитель с дискретно меняющимся коэффициентом усиления, акустически связанные излучающий и приемный электроакустически преобразователи, усилитель и пороговую схему, подключенные к выходу генератора импульсов последовательно соединенные селектор и модулятор чувствительности, выходом подключенный к второму входу усилителя, выход селектора подключен к второму входу усилителя с дискретно меняющимся коэффициентом усиления, последовательно соединенные тактовый генератор и счетчик импульсов, и индикатор, о т личающееся тем, что, с целью повышения точности, оно, снабжено подключенными к выходу усилителя последовательно соединенными пиковым детектором, пороговой схемой с регулируемым порогом срабатьгаания, вторым входом подключенной к выходу усилителя, первым регистром и вторым регистром, выходом подключенным к индикатору, второй вход первого регистра подключен к выходу первой пороговой схемы, информационные входы первого регистра подключены к выходу счетчика импульсов, первые входы регистров объединены, вторые входы счетчика импульсов и второго регистра подключены к выходу селектора.

-лллд/

Изобретение относится к области неразруйающего контроля и может найти применение для измерения расстояний в газовой среде, например для исследования сложных машиностроительных конструкций. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет точного определения момента перехода сигнала к-го периода через фиксированный порог срабатьгоания. По переднему фронту каждого из импульсов с выхода пороговой схемы 13 с регулируемым порогом срабатьгеания происходит перезапись информации из первого регистра 14 во второй регистр 15. После достижения выходным сигналом максимального значения сигнал с выхода пикового детектора 12 у 1ень- шается, импульсы с выхода пороговой схемы 13 с регулируемым порогом сра- батьшания прекрашаются, в результате чего не происходит перезапись информации из первого регистра 14 во второй 15. Таким образом, во втором регистре остается записанной информация, соответствующая измеряемому промежутку времени t, равному моменту перехода к-й полуволны информационного сигнала через уровень дискриминации пороговой схемы 6. Это приводит к минимальным погрешностям в измерении времени и, как следствие, к минимальным погрепгаостям измерения расстояний в газовой среде. 2 ил. Q «5 1чЭ QO 00 ел 4:. О Фи.г.1

ut io-t,(

т

.iii II11

I I

I

iM,

Составитель К. Леонов Редактор С. Патрушева Техред М.Ходанич Корректор М. Демчик

876/41

Тираж 678Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ui