Устройство для измерения скорости ультразвука Советский патент 1987 года по МПК G01H5/00 

to

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении скорости ультразвука в материалах.

Целью изобретения является повышение точности путем исключения смещения нуля компаратора.

На фиг.1 изображено устройство для измерения скорости ультразвука; на фиг.2 - его временные диаграммы.

Устройство для измерения скорости ультразвука содержит последовательно электроакустически соединенные синхронизатор 1, первый генератор 2, излучатель 3, приемник 4 и усилитель 5, 5 последовательно соединенные первый триггер 6, S-вход которого соединен с выходом синхронизатора 1, и измеритель 7 временных интервалов, второй триггер 8, выход которого соединен с вторым входом измерителя 7 временных интервалов, третий триггер 9, S-вход которого соединен с выходом синхронизатора 1, элемент 10 совпадений и второй генератор 11, последовательно соединенные первый счетчик 12, пер вым входом соединенный с выходом второго генератора 11, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 13 и компаратор 1Д, вторым входом соединенный с выходом усилителя 5, четвертый триггер 15, D-вход которого соединен с выходом компаратора 14, С-вход - с вторым выходом второго генератора 11, первый выход - с первым входом элемента 10 совпадений и с вторым входом первого счетчика 12, второй счетчик 16, первым входом соединенный с выходой элемента 10 совпадений, вторым входом-с вторым выходом четвертого триггера 15, выходом - с R-BXO- дом третьего триггера 9, последовательно соединенные регистр 17, первым входом соединенньш с выходом второго счетчика Г6, ззторым входом - с выходом первого счетчика 12, первый арифметический бло: 18, вторым входом соединенный с выходом второго счетчика 16 и первьй блок 19 сравнения, вторым входом соединенный с выходом первого счетчика 12, выходом - с R-входом первого триггера 6, последовательно соединенные второй арифметический блок 20, первым вхос R-входом второго триггера 8, S- вход которого соединен с выходом первого блока 19 сравнения, а выход третьего триггера 9 соединен с треть- 5 им входом элемента 10 совпадений, второй вход которого соединен с первым выходом второго генератора 11. Предусмотрено расположение излучателя 3 и приемника 4 на противоположных сторонах измерительной камеры 22.

Позициями 23-30 на фиг.2 обозначены сигналы на выходе блоков.

Устройство для измерения скорости ультразвука работает следующим образом.

Синхронизатор 1 импульсом 23 запускает первый генератор 2 и взводит первый 6 и третий 9 триггеры. В измерительной камере 22 с помощью излуг 20 чателя 3 возбуждаются ультразвуковые колебания, которые, пройдя через камеру 22, принимаются приемником 4 и через усилитель 5 поступают на вход компаратора 14. Величина опорного напряжения и, поступающего на опорный вход ЦАП 13, выбирается из условия

UD U rrvcxKc Де и макс- наибольшее значение амплитуды первого вступления сигнала U на выходе усилителя 5. Тактовая частота f второго генератора 1 1 и количество двоичных разрядов N ЦАП 13 выбираются из условия

f ; i/f

25

Ул

Ua,

& t.

dt IvAKC 235 где t - абсолютная погрешность измерения интервалов времени.

В результате работы на выходе ЦАП 13 вырабатывается ступенчато изменя40 ющийся сигнал 24, а на выходе компаратора 14, первом и втором выходах четвертого триггера 15 появляются последовательности импульсов 27 - 28. Последовательность импульсов 29 с

45 первого выхода четвертого триггера 15 и тактовые импульсы 25 с первого выхода второго генератора I1 поступают на элемент 10 совпадения, на выходе которого появляются импульсы 30,

50 соответствующие моментам спада ступенчато изменяющегося сигнала 24. С выхода элемента 10 совпадения импульсы 30 поступают на первый вход второго счетчика 16, который является дом соединенный с выходом регистра 17,55 счетчиком по модулю М 3 и на выходе вторым входом - с выходом второго которого после сброса появляется им- счетчика 16, и второй блок 21 срав- пульс после второго и через каждые (М-1) нения, вторым входом соединенный с последующих (до сброса) счетных им- выходом первого счетчика 12, выходом- пульсов 30.

to

52985502

с R-входом второго триггера 8, S- вход которого соединен с выходом первого блока 19 сравнения, а выход третьего триггера 9 соединен с треть- 5 им входом элемента 10 совпадений, второй вход которого соединен с первым выходом второго генератора 11. Предусмотрено расположение излучателя 3 и приемника 4 на противоположных сторонах измерительной камеры 22.

Позициями 23-30 на фиг.2 обозначены сигналы на выходе блоков.

Устройство для измерения скорости ультразвука работает следующим образом.

Синхронизатор 1 импульсом 23 запускает первый генератор 2 и взводит первый 6 и третий 9 триггеры. В измерительной камере 22 с помощью излуг 20 чателя 3 возбуждаются ультразвуковые колебания, которые, пройдя через камеру 22, принимаются приемником 4 и через усилитель 5 поступают на вход компаратора 14. Величина опорного напряжения и, поступающего на опорный вход ЦАП 13, выбирается из условия

UD U rrvcxKc Де и макс- наибольшее значение амплитуды первого вступления сигнала U на выходе усилителя 5. Тактовая частота f второго генератора 1 1 и количество двоичных разрядов N ЦАП 13 выбираются из условия

f ; i/f

25

Ул

Ua,

& t.

dt IvAKC 235 где t - абсолютная погрешность измерения интервалов времени.

В результате работы на выходе ЦАП 13 вырабатывается ступенчато изменя40 ющийся сигнал 24, а на выходе компаратора 14, первом и втором выходах четвертого триггера 15 появляются последовательности импульсов 27 - 28. Последовательность импульсов 29 с

45 первого выхода четвертого триггера 15 и тактовые импульсы 25 с первого выхода второго генератора I1 поступают на элемент 10 совпадения, на выходе которого появляются импульсы 30,

50 соответствующие моментам спада ступенчато изменяющегося сигнала 24. С выхода элемента 10 совпадения импульсы 30 поступают на первый вход второНа второй вход второго счетчика 14 поступают импульсы 28 с второго выхода четвертого триггера 15, сбрасывающие второй счетчик 16 в нулевое состояние при каждом нарастании ступенчато изменяющегося сигнала 24.Импульс 31 на выходе второго счетчика 16 появится только в момент времени t,, соответствующий второму подряд спаду ступенчато изменяющегося сигнала 24, т.е. началу спада импульса первого вступления сигнала U. В момент времени t импульсом 31 с выхода второго счетчика 16 сбрасывает- , ся третий триггер 9, который запрещает дальнейшее прохождение импульсов 30 на первый вход второго счетчика 16. С выхода первого счетчика 12 цифровой код К, соответствующий величине сигнала в момент времени t,, переписывается в регистр 17.

Импульсом 31 запускаются первый и второй арифметические блоки 18 и 20, на их выходах устанавливаются ко- ды (К + 1,5) К, и (К + 1,5) ответствующие пороговым уровням Uo, и lip , причем цифровой код (К+1,5) соответствует амплитуде импульса первого вступления сигнала U, с погреш, N+1

fO

на выходе второго триггера 8 формируется интервал времени 33, равный &t . С выходов первого и второго триг геров 6 и 8 сформированные интерва.тты времени 32 и 33 поступают соответственно на суммирующий и вычитающий входы измерителя 7 временных интервалов, где измеряется величина интервала времени (Т + it - t) . Для известной формы фронта импульса первого вступления коэффициенты К и К определяются по формулам

К

Uo, 9.

-Г 5: 2

V -Я 7

1 и

15

20

К, со- 25

Величины и„, и для известной формы сигнала выбираются из условия it, ut, в результате чего измеряется интервал времени Т, соответствующий времени прохождения акустического сигнала через измерительную камеру 22.

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости ультразвука, содержащее последовательно электроакустически соединенные синхронизатор, первый генератор, излучатель, приемник и усилитель, последовательно соединенные первый триггер, S-вход которого соединен с выходом синхронизатора, и измеритель временных интервалов, второй генератор, второй триггер, выход которого соеностью С выходов первого 30 и второго арифметических блоков 18 и 20 цифровые коды поступают на входы блоков 19 и 21 сравнения, на другие входы которых поступает код с выхода первого счетчика 12, соответству- яинен с вторым входом измерителя вре- ющий текущему значению сигнала Vf.. менных интервалов, третий триггер, На первом такте измерения (после пер- которого соединен с выходом вого импульса синхронизатора 1) определяется код К и вычисляются коды

синхронизатора, и элемент совпадений, отличающееся тем, что, с

(К+1,5)К, и (К+иЗЖ. Формирование 40 интервалов времени происходит на втором такте (после второго импульса синхронизатора 1). Код текущего значения сигнала U с выхода первого счетчика 12 сравнивается в блоках 19 и 21 с кодами (К+1,5)К и (К+1,5)К2, соответствующими уровням формирования и, и Uo2 При достижении кодом сигнала U значения (К+1,5)К срабатывает первый блок 19 сравнения и сбрасывает первый триггер 6, на выходе которого формируется интервал

50 ратора, первый выход - с первым входом элемента совпадений и с вторым входом первого счетчика, вторым счетчиком, первым входом соединенным с выходом элемента совпадений, вторым

времени 32, равный T+ut. Одновременно взводится второй триггер 8, который сбрасывается вторым блоком 21 55 входом - с вторым выходом четвертого сравнения при достижении кода сигнала триггера, выходом - с R-входом треть- и на выходе первого счетчика 12 значения (К+1,5)К2, в результате чего

его триггера, последовательно соединенными регистром, первым входом сое

на выходе второго триггера 8 формируется интервал времени 33, равный &t . С выходов первого и второго триггеров 6 и 8 сформированные интерва.тты времени 32 и 33 поступают соответственно на суммирующий и вычитающий входы измерителя 7 временных интервалов, где измеряется величина интервала времени (Т + it - t) . Для известной формы фронта импульса первого вступления коэффициенты К и К определяются по формулам

Uo, 9.

-Г 5: 2

V -Я 7

1 и

Величины и„, и для известной формы сигнала выбираются из условия it, ut, в результате чего измеряется интервал времени Т, соответствующий времени прохождения акустического сигнала через измерительную камеру 22.

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости ультразвука, содержащее последовательно электроакустически соединенные синхронизатор, первый генератор, излучатель, приемник и усилитель, последовательно соединенные первый триггер, S-вход которого соединен с выходом синхронизатора, и измеритель временных интервалов, второй генератор, второй триггер, выход которого соеяинен с вторым входом измерителя вре- менных интервалов, третий триггер, которого соединен с выходом

яинен с вторым входом измерителя вре- менных интервалов, третий триггер, которого соединен с выходом

синхронизатора, и элемент совпадений, отличающееся тем, что, с

целью повышения точности, оно снабжено последовательно соединенными первым счетчиком, первым входом соединенным с первым выходом второго генератора, цифроаналоговым преобразователем и компаратором, вторым входом соединенным с выходом усилителя, четвертым триггером, D-вход которого соединен с выходом компаратора, С- вход - с вторым выходом второго генератора, первый выход - с первым входом элемента совпадений и с вторым входом первого счетчика, вторым счетчиком, первым входом соединенным с ыходом элемента совпадений, вторым

ходом - с вторым выходом четвертого триггера, выходом - с R-входом треть-

входом - с вторым выходом четвертого триггера, выходом - с R-входом треть-

его триггера, последовательно соединенными регистром, первым входом сое51

диненным с выходом второго счетчика, вторым входом - с выходом первого счетчика, первым арифметическим блоком, вторым входом соединенным с выходом второго счетчика, и первым блоком сравнения, вторым входом соединенным с выходом первого счетчика, выходом - с R-входом первого триггера, последовательно соединенньши вторым арифметическим блоком, первым входом соединенным с выходом регист985506

ра, вторым входом - с выходом второго счетчика, и вторым блоком сравнения, вторым входом соединенным с выходом первого счетчика, выходом - с

с R-входом второго триггера, S-вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход третьего триггера соединен с третьим входом элемента совпадений, второй вход ко- fO торого соединен с первым выходом второго генератора.

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности. В устройстве синхронизатор 1 импульсом 23 запускает первый генератор 2. В камере 22 с помощью излучателя возбуждается ультразвуковая волна, которая принимается приемником 4 и через усилитель 5 поступает на компаратор 14. При работе цифроаналогового преобразователя 13 вырабатьшается ступенчат то изменяющийся сигнал 24. Импульсы 29 с выхода четвертого триггера 15 и второго генератора I1 поступают на элемент 10 совпадений, на выходе которого появляется импульс 30, соответствующий моменту спада ступенчато изменяющегося сигнала 24. С выхода элемента 10 совпадения импульсы 30 поступают на первый вход второго счетчика 16, на выходе которого после сброса появляется импульс после вто- рого и через каждых (М-1) последующих счетных импульсов 30. Импульс 31 на выходе второго счетчика 16 появляется только в момент времени, соответствующий второму спаду сигнала 24. С выходов первого и второго триггеров 6 и 8 импульсы 32 и 34 поступают соответственно на суммирующий и вычитающий входы измерителя 7 временных интервалов, где измеряется величина интервала времени (T+At - At,j) . 2 ил. с S (Л С

aJ

SI

в)

ппппппппплпппп дп П1И1П nnnmmnnnnnnn m n

пппппппппппппппг

ПППППППППППППП П ПППППППППЛJUU

- (

nnoBiiiflyiininn п в пиона , ,„

Составитель Г.Рыжакова Редактор С.Патрушева Техред М.Ходанич Корректор М.Демчик

Заказ 877/41Тираж 500 . Подписное

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

innnn п п пппг