Измеритель скорости распространения ультразвуковых колебаний в материалах Советский патент 1987 года по МПК G01N29/00 

момента появления импульса переполнения на соответствующем выходе счетчиков, на индикаторе 6 регистрируются измеряемые параметры. Эти параметры зависят от режима измерения, определяемого положением переключателя 13: измерение абсолютной скорости, измерение отношения скоростей,.

1

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля, может быть использовано для исследования и контроля физико-химических CBOPJCTB и состава различных сред, веществ и |Материалов и предназначено для измерения абсолютной, скорости, отношения скоростей и процентного отклонения скорости ультразвуковых колебаний.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет возможности измерения относительного изменения скорости и повьш1ение надежности измерений.

На чертеже изображена структурная схема измерителя скорости распространения ультразвуковых колебаний в материалах.

Устройство содержит блок 1 управления, измерительный канал 2, эталонный канал 3, реверсивный счетчик А, генератор 5 счетных импульсов, инди- Katop 6, задатчик 7 начального кода, счетчики 8 и 9 с предустановкой начального кода, элементы И 10 и 11. элемент ИЛИ 12 и многопозиционный переключатель 1 3 на три направления (с тремя входами).

Кроме этого, блок 1 управления содержит тактовый генератор 14, генератор 15 цикла, RS-триггеры 16 и 17, элементы И 18 и 19, а измерительньш и эталонный каналы 2 и 3 содержат генераторы 20 и 24 зондирующих импуль- сов, излучающие преобразователи 21 и 25, приемные преобразователи 22 и 26 формирователи 23 и 27 временных интевалов, измерительную и эталонную среды 28 и 29.

Устройство работает следующим образом.

измерение относительного изменения скоростей. Благодаря примененному решению повышается универсальность устройства за счет расширения функциональных возможностей, а результаты измерений без промежуточных измерительных преобразований представляются в принятых единицах измерения 1 ил.

О

5

0

5

0

5

0

Многопозиционный переключатель 13 на три направления определяет режим работы ультразвукового измерителя: в , первом положении, когда подвижные его контакты соединены с нижними неподвижными контактами, производится измерение абсолютной скорости, во втором, среднем положении измеряется отношение скоростей, а в третьем положении, когда подвижные контакты соединены с верхр ими неподвижными контактами, измеряется относительное изменение скорости.

При первом положении переключателя 13 в блоке 1 управления импульс тактового генератора 14 устанавливает на выходе RS-триггера 16 состояние логической 1, которое разрешает прохождение импульсов генератора 15 циклов через элемент 18 И. Одновременно импульс тактового генератора 14 устанавливает в нулевые состояния счетчики 4 и 9 и производит перепись числа

(N -fl,- 10) с задатчика 7 начальноого кода в счетчик 8, Где N - полный

объем счетчика 8, L - базовое расстояние в контролируемой среде, через которое проходит ультразвук в процессе измерения его скорости, f - частота следования импульсов ге- нератора 5 счетных импульсов, г - целое число, определяющее цену деления наименьшего разряда результата и точность измерения скорости.

Импульсы генератора 15 цикла через элемент И 18 поступают в измерительный канал 2 на генератор 20 зондирующих импульсов и одновременно через замкнутые контакты переключателя 13, элемент ИЛИ 12 на суммирующий вход +1 счетчика 9, в котором записывают число 1, Генератор 20 зондирующих импульсов возбуждает излучающий преобразователь 21, от которого через контролируемую среду 28 pacnpocfpaHHBTCH ультразвуковой им- nyJ7bc,-3TpT импульс, достигнув при- емкого преобразователя 22, преобразуется последним в электрический импульс.

Электрические импульсы от генератора 20 зондирующих импульсов и при- емного преобразователя 22 поступают на входы формирователя 23 интервалов времени, у которого длительность выходного импульса равна Т и зависит от скорости распространения ультра- звуковых колебаний в контролируемой среде. Эти импульсы поступают на вход элемента И 10 и заполняются счетными импульсами генератора 5. С выхода элемента И 10 число импульсов равное записывается в счетчик 8. В результате в счетчик 8 записано число К„ -fL 10 +

Т f.

14к

Б следующем цикле измерения рабо

той управляет генератор 15 цикла.

Импульс генератора 15 цикла через открытый элемент 18 И запускает генератор 20 зондирующих импульсов и через замкнутые подвижные (входной) и первый (выкодной) неподвижный кон- такты переключателя 13 элемент ИЛИ 12 записывает в счетчик 9 еще одну единицу, таким образом в счетчик 9 записано число 2.

Импульс с выхода генератора 20 зондирующих импульсов возбуждае-т излучающий преобразователь 21 и включает формирователь 23 временных интервалов. Импульс ультразвуковых колебаний от излучающего преобразователя 21, пройдя через контролируемую среду 28, достигает приемного преобразователя 22, с которого электрический импульс поступает на формирователь 23 временных интервалов С выхода последнего импульса длительностью Т в элементе И 10 заполняется импульсами генератора 5 счетных импульсов, которые записываются в счетчик 8. В результате в счетчике 8 записано число, равное

N - fL lO + . Описанный циркуляционный процесс продолжается до формирования на выходе счетчика 8 импульса переполнения. При этом в счетчике 8 записано число

N - fL ,10 -f тТ,„ -г М. (1)

Ц

5 4

в счетчике 9 - число га. Из неравенства следует

тТ

f .

Тогда число т, -. 9 и выводимое

записанное в на индикатор

(2)

счет- 6 рав IkKlOlfT

LJ Т,

10 LI . 10, (3)

10 15 20

35

30

5

40

0

где LI

L.

Т.

- скорость ультразвукав контролируемой среде. Ит-равенства (3) видно, что число m является переменной величиной и однозначно определяется-скоростью ультразвука в ко)ггролируемой среде. Импульс Перенос с выхода счетчика 8 поступает в блок 1 управления и переключает RS-триггер 16 в состояние О, а RS-триггера 17 - в состоянии 1. Выходной сигнал RS- триггера 16 закрывает элемент И 18,а RS-триггера 17 открывает элемент И 19. Импульсы генератора 15 циклов не проходят через закрытьп элемент И 18,а,пройдя через открытьш элемент И 19,поступают на разомкнутые контакты переключателя 13. И таким образом процесс измерения скорости ультразвука прекращается. При поступлении следующего импульса от тактового генер а- тора процесс измерения скорости ультразвука повторяется.

Результат измерения скорости ультразвука - число m U 10 с выК

хода счетчика 9 выводится на индикатор 6 для отсчета. Однако .следует, отметить, что согласно уравнения (3) измерения устройства число m отличается от значения U на коэффициент 10 .

Поэтому для представления результата измерения скорости (м/с) в зави- симоЬти от выбранного значения г запятая в индикаторе 6 переключается на г цифровых разрядов, что является аналогом деления на число 10 . Тогда

m .. результат измерения скорости - U

и после запятой в индикаторе 6 присутствуют г значащих цифровых разрядов.

Таким образом, выбором необходимого значения г определяется цена деления наименьшего цифрового разряда индикатора 6. Например, если выбрать , то в индикаторе 6 после

512

запятой присутствуют два цифровых разряда, т.е. цена деления 0,01 м/с. При втором положении переключателя 13 - режиме измерения отношения скоростей в блоке 1 управления, импульс тактового генератора 14 устанавливают на выходе RS-триггера 16 состояние логической 1, что разрешает прохождение импульсов генератора 15 циклов через элемент И 18. Од- ,новременно импульс тактового генератора 14 устанавливает в нулевые состояния счетчики 4 и 9 и производит перепись с задатчика 7 начального кода на счетчик 8 числа

N

- Ь.ю

э

(4)

где LJ - базовое расстояние в эталонной среде через которое проходит ультразвук.

Импульс генератора 15 цикла через открытый элемент И 18 поступает в измерительный канал 2. Одновременно через загнутые контакты переключателя 13 на суммирующий вход +1 счетчика 4, в который записывается число 1.

Описание работы измерительного канала 2 прийедено. Импульс длительностью с выхода измерительного канала 2 поступает на элемент И 10, в котором он заполняется импульсами генератора 5, и подается на суммирующий вход счетчика 8. К содержимому счетчика 8 прибавляется число Т -f.

Теперь в счетчике N, - Ь,10

8

В следующем цикле работы импульс генератора 15 циклов через элемент И 18, замкнутые контакты переключателя 13 записывает в счетчик 4 еще одну единицу, теперь в счетчике 4 записана цифра 2, одновременно этот импульс поступает на вход измерительного канала 2, нал которого с помощью заполняется импульсами и поступает на счетчик счетчике 8 записано J. L

выходной сиг- элемента И 10 генератора 5, 8. Теперь в

N 10

число: +2Т f .

(6)

Описанный циркуляционный процесс продолжается до некоторого п-го цикла, при котором на выходе счетчика 8 формируется импульс переноса, который переключает RS-триггеры 16 и 17 и останавливает этот процесс.

В результате в счетчик 8 записывается число

N в счетчике

ь...

L, 4 ,

(7)

число п.

При этом число п - это такое минимально возможное число, при котором суммарн1з1й результат п-кратного измерения длительности Т записанный

счетчик

должен достичь числа

15

о

т. е.

1

э

+ пТ f N.

(8)

20

Из этого неравенства число п:

определяется

L.

10

Т -f к

(9)

5

0

Импульс переноса с выхода счетчи5 ка 8 устанавливает на выходе RS-триггера 16 состояние О, которое дает запрет на работу элемента И 18, и устанавливает на выходе RS-триггера 17 состояние 1, которое открывает

0 элемент И 19. Импульс с генератора 15 цикла через элемент И 19, замкнутые контакты переключателя 13.2 поступает на вычитающий вход -1 реверсивного счетчика 4 и в последнем остается записанным .число п-1, одновременно поступает на вход эталонного канала 3 и запускает генератор 24 зондирующих импульсов. Его выходные импульсы поступают на первый вход формирователя 27 временных интервалов и на излучающий преобразователь 25. Импульс ультразвуковых колебаний проходит сквозь эталонную среду 29 длиной L J и поступает на приемный

5 преобразователь 26, с которого уже Электрические импульсы подаются на второй вход формирователя 27 временных интервалов. С выхода последнего импульс длительностью Т, зависящий

0 от скорости ультразвуковых колебаний в эталонный среде, на элементе И 11. заполняется импульсами генератора 5 счетных импульсов и через элемент ИЛИ 12 поступает на суммирующий 5 вход +1 счетчика 9. Таким образом в счетчик 9 записывается число Т f. В следующем цикле измерения им- . пульс генератора 15 цикла через элемент И 19, замкну1Ъ1е контакты переключателя 13 поступает на вычитающий вход -1 реверсивного счетчика 4 и на вход эталонного канала 3. В последнем, работа которого описана, вновь формируется импульс длитель- ностью Т , заполняемый импульсами генератора 5 счетных импульсов на элементе И 11 и через элемент ИЛИ 12 подается на суммирующий вход +1 счетчика 9.

Таким образом, в счетчике 4 остается записанным число п-2, а в счетчике 9 - число .

Такой циркуляционный процесс ripo- должает.ся до тех пор, пока на выходе счетчика 4 не сформируется импульс заимствования, который переключает RS-триггер 17. Состояние О на выходе RS-триггера 17 запирает элемент И 19, и импульсы генератора 15 цикла не проходят через элемент И 19.

При этом в реверсивном счетчике 4 записано число , а в счетчике 9 - число nTjjf. Подставляя значе- ние п из формулы (9), тогда

..T f Ь

Ь L т f з т Ьз

так как

(10) 30

Ь Т.

и. ;

-Л. и.

э -э

Таким образом, в счетчик 9 запи- сано чи сло, численно равное значению отношения скоростей ультразвука в измерительной и эталонной средах, которое выводится на индикатор 6 для отсчета. При этом число г определи- ет количество значащих цифровых разрядов после запятой в индикаторе 6,

В третьем положении переключателя

13- режиме измерения относительного изменения скорости в блоке 1 управ- ления импульс тактового генератора 1 устанавливается на вькоде RS-триггера 16 состояние ,, что разрешает прохождение импульсов генератора 15 циклов через элемент И 18. Одновре- менно импульс тактового генератора

14устанавливает в нулевое состояние счетчики 4 и 9, производит перепись

с задатчика 7 начального кода на сче L ..г .

чик 8 числа N«

1o.

Импульс генератора 15 циклов через открытый элемент И 18 поступает.

в контролируемьш канал z и через замкнутые контакты переключателя 13 на суммирующий вход +1 счетчика 4, в который записывается число 1.

Описание работы измерительного канала 2 приведено.

С выхода измерительного канала 2 импульс длительностью Т поступает на элемент И 10, в котором он заполняется импульсами генератора 5 и подается на суммирующий вход +1 счетчика 8. К содержимому счетчика 8 прибавляется число Т f. Теперь в счетчике 8 записано число

NOL, L

.10

+ .

В следующем цикле работы импульс генератора 15 циклов через элемент И 18 и замкнутые контакты переключателя 13 записывает в счетчик 4 еще одну единицу, т.е. в счетчике 4 записана цифра 2, одновременно этот импульс поступает на вход измерительного канала 2, выходной сигнал которого на элементе И 10 заполняется импульсами генератора 5 счетных импульсов и поступает на вход счетчика 8. Теперь в счетчике 8 записано число

NO it

L.

10 + 2Т f.

Вьшеописанный циркуляционный процесс продолжается до некоторого п-го цикла, при котором на выходе счетчика 8 формируется импульс переноса, переключающий в блоке 1 управления RS-триггеры 16 и 17, а через замкнутые контакты переключателя 13 записывакщий в счетчик 9 число - 10

При этом в счетчике 8 записано число (7), а в счетчике 4 - число п. Аналогично описанному на основе неравенства (8) определяется число п - выражение (9).

После переключения на выходе RS- триггера 16 состояние О, которое запирает элемент И 18, а на выходе RS-триггера 17 состояние 1, которое открывает элемент И 19, Теперь импульс генератора 15 цикла через открытый элемент И 19, замкнутые контакты переключателя 13 поступает на вычитаюций вход -1 счетчика 4 и на вход эталонного канала 3. При STOJA в счетчик 4 записывается число п-1. Импульс Т , с выхода эталонного ка912

нала 3, описание работы которого приведено, на элементе И 11 заполняется импульсами генератора 5 и через элемент ИЛИ 12 поступает на суммирующий вход +1 счетчика 9. При этом в счетчике 9 записано число - 10 .

В следующем цикле измерения в счетчике 4 остается записанным число п-2, а в счетчике 9 записывается число - 10

Такой циркуляционный процесс про- должае тся до тех пор, пока на выходе счетчика 4 не сформируется импульс заимствойания, который устанавливает на выходе RS-триггера 17 состояние О, При этом запирается элемент И 19, которьй перестает пропускать импульсы генератора 15 цикла.

В итоге в счетчик 4 записано чис- до , а в счетчике 9 - число nT f 10 . Подставляя из выражения (10) значение , тогда

пТ f-1o )5- (f-10 .10

VgV,

Отсюда видно, что со счетчика У на индикатор 6 выводится число, равное значению относительного изменения скорости ультразвука в измери- тельном канале 2 по отношению к эталонному каналу 3.

Формула изобретения Измеритель скорости распространения ультразвуковых колебаний в мате- риалах, содержащий блок управления, измерительный и эталонный каналы, каждый из которых содержит последовательно электро-акустически соединенные генератор зондир:лощих импуль- сов, излучающий и приемный преобразователь и формирователь, соединеннь вторым входом с выходом генератора зондирующих импульсов, генератор счетных импульсов, первый и второй счетчики, задатчик кода и индикатор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения относительного изменения скорости и повы- шения надежности измерений, он снабжен реверсивным счетчиком, двумя элементами И, элементом ИЛИ и переключателем, первый выход блока управлеВНИИПИ Заказ 882/46 Тираж 777 Подписное Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. ПроектнаЯ), 4

310

ния соединен с входами сброса счет- чиков,выход генератора счетных импульсов подключен к первым входам элементо И, выход задатчика кода соединен с вторым входом первого счетчика, третий вход которого через первый элемент И подключен к выходу формирователя измерительного канала, а выход соединен с первым входом блока управления, выход формирователя эталонного канала подключен к второму входу второго элемента И, выходом соединенного с входом элемента ИЛИ, второй выход блока управления подключен к входу генератора зондирующих им- пульсч)в измерительного канала и первому входу переключателя, первый выход переключателя соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выходом подключенного к второму входу второго счетчика, второй и третий выходы переключателя объединены и соединены с суммирующим входом реверсивного счетчика, выходом подключенногц к второму входу блока управления, третий выход которого подключен к .второму входу переключателя, четвертый и пятьш выходы переключателя соединены с вычитающим входом реверсивного счетчика, и входом генератора зондирующих импульсов эталонного канала, третий вход переключаетля соединен с выходом первого счетчика, шестой выход переключателя подключен к вычитающему входу второго счетчика, соединенного выходом с индикатором, а блок управления выпол- ненГ из последовательно соединенных тактового генератора, выход которого является первым выходом блока управления, первого RS-триггера и элемента И, выход которого является вторым выходом блока управления, последовательно соединенных второго RS-триггера, первый вход которого является первьш входом блока управления и соединен с первым входом первого,RS- триггера, и вторым элементом И, выход которого является третьим выходом блока управления, второй вход второго RS -триггера является вторым входом блока управления, и генератора циклов, подключенного к вторым входам элементов И.