Измеритель скорости ультразвука Советский патент 1987 года по МПК G01N29/00 

Изобретение является дополнительным к авт.свид. № 580.498 и может быть использовано при акустических измерениях параметров агрессивных сред.

Цель изобретения - повышение про- изводительности и точности измерений за счет компенсирования погрешности, вызыванной дополнительной задержкой сигнала в электроакустическом тракте измерителя.

На чертеже изображена блок-схема измерителя скорости ультразвука.

Измеритель скорости ультразвука содержит генератор 1 возбуждающих импульсовS вьпсод которого подключен к одному ультразвуковому преобразователю 2 с акустическим волноводом 3. Второй ультразвуковой преобразователь 4 с акустическим волноводом 5 соединен с входом приемного устройства 6, Выход генератора соединен с входом импульсного селектора 7, выход которого подключен к входу устройства 8 регулируемой задержки. Выход приемного устройства 6 соединен с первы- ми входами устройства 9 адаптивной задержки и первого RS-триггера 10, второй вход которого подсоединен к выходу устройства 8 регулируемой задержки, первому входу второго RS-три гера 11 и второму входу устройства 9 адаптивной задержки. Второй вход КЗ-триггера 11 соединен со входом генератора 1 и выходом устройства 9 адаптивной задержки Выход второго триггера 11 через второй интегратор

12соединен с первым входом блока 13 вычитания. Выход первого триггера 10 через первый интегратор 14 подключен

к второму входу блока 13 вычитания и к входу делителя 15 напряжения , Выход делителя 15 подсоединен к первом входу измерителя 16 отношения, второ вход которого связан с выходом блока

13вычитания. Выход измерителя 16 от ношения соединен с третьим входом устройства 9 араптивной задержки

Измеритель скорости ультразвука работает следующим образом.

В общем идеальном случае (при от- сутствии дополнительной задержки сигнала в электроакустическом тракте измерителя) частота F импульсов автоциркуляции равна

1/

П 1

(1)

где

Гр - время задержки сигнала в исследуемой среде.

В реальном случае из-за присутствия задержки сигнала в акустических волноводах и электрических цепях измерителя частота F автоциркуляции является заниженной:

1/(

+ ,

+ t

5л

), (2)

и f - время задержки сигнала в волноводе и электрических цепях измерителя,

возникает погрешность измере

1

С, 1 (3)

где

2Св.Гз,.

Для уменьшения погрешности -измерения в известном устройстве временный интервал умножается в К раз при noMonyi ycfpoйcтвa 9 адаптивной задержки. Величина коэффициента К выбирается равной К 10 , где m 1, 2, 3,... В этом случае формула (3) принимает вид

1

(4)

1 +

К

поэтому, чем выше значение коэффициента К, тем больше точность измерения ,

Однако увеличение коэффициента К приводит к снижению быстродействия измерителя в К раз, поэтому на практике значение К обычно выбирается К 10 и реже К 100, поэтому невозможно полностью компенсировать погрешность измерения.

В большинстве практических случаев величина задержки tu, Т . Однако при измерении параметров агрессивных сред типа высокотемпературных газовых потоков величина дополнительной задержки fq, может преSвысить величину задержки сигнала t

в исследуемой среде (из-за присутствия волноводов значительных геометрических размеров). Поэтому возможную обла.сть изменения практически можно разделить на две группы:

1) Т.

2)

Ч

It

.

(9)

313173554

Поскольку максимальные t и ми- емкого устройства 6 с временным сдви- нимальные f значения заранее из- - относительно момента излучения вестны, всегда можно определить группу возможной области изменения С .

Пусть Та С . . Принцип работы -, Измерителя в данном случае заключается в том, что период автоциркуляции выбирается равным 2 t: во всем диапазоне изменения- величины Сл, при помощи устройства 9 адаптивной JQ задержки, коэффициент расширения К

а на второй вход - с временным сдвигом

г, С .2Т

6

(10)

которого выбирается из условия

К,

1/2

Отсюда

поэтому на выходе триггера 10 образуется импульс, длительностью i Этот импульс подается на вход интегратора lA, на выходе которого об- f5 разуется напряжение

и„ (а + 1)bt ,

где b - постоянная интегрирования. При таком выборе значения коэффи 0 Аналогичным образом на выходе вто- циента К погрешность измерения ча- триггера 11 образуется импульс, стоты cff О, а ч астота автоцирку- длительностью - t, - .Тогда ляции снижается в два раза (по отношению к

Пусть v-ai . - -rr

период автоциркуляции выбирается равК 2 (5)

(6)

напряжение на выходе второго интеграидeaлJ.нoмy случаю % 0). 2 будет U Ь- . Напряжения Та :2 Г .В данном случае п поступают на входы зычитающего блока 13, поэтому на его выходе образуется напряжение

ным ЗТп во всем диапазоне изменения ta . Тогда коэффициент расширения должен удовлетворять условию

К 3 .li. t

В данном случае, при выполнении

Коэффициент деления делителя 15 выбран равным а + 1 поэтому на первый вход измерителя 16 отношения поусловия (7), d-r О, а частота авто- ступает напряжение U, b ,а на вто циркуляции снижается в три раза. 35 второй 4U. Тогда напряжение на

В общем случае С. «-С, . Тогда -выходе измерителя 16 отношения будет требуемое значение коэффициента К ,равно

равно

ли (а + , ,,.s и 5 -ff- d, (12)

C-fl

ли (а + , ,,.s и 5 -ff- d, (12)

К а + 1 (8)

40

и.

а частота автоциркуляции .снижается в а + 1 раз.

где d - коэффициент передачи измерителя 16 отношения В« Напряжение Uj поступает на третий

Для получения численного значения 45 ° устройства 9 адаптивной задерж- частоты автоциркуляции, равного чис- « управляет его коэффициентом К ленному значению скорости ультразвука в среде, расстояние между ультразвуковыми преобразователями может быть уменьшено в а + 1 раз либо в 50 где е - коэффициент пропорционально- а + 1 раз расширен временной интер-сти с размерностью 1/В.

вал, в течение которого ведется под- . в процессе наладки измерителя чисумножения:

К

а11).„ de, (13)

и.е -

iUfj

счет числа импульсов автоциркуляции.

ленное значение произведения выбира ется равным единице о В зтом случае

Измеритель скорости ультразвука, 55 частота F, автоциркуляции импульреализующий зависимость (8), работает следующим образом.

На первый вход первого триггера 10 поступает импульс с выхода присов в синхрокольце будет равна 11

tj

(а-И)

(14

.

(9)

ройства 6 с временным сдви тельно момента излучения

а на второй вход - с временным сдвигом

г, С .2Т

6

(10)

(5)

ффиа-ирку т(6)

где b - постоянная интегрирования. Аналогичным образом на выходе вто- триггера 11 образуется импульс, длительностью - t, - .Тогда

напряжение на выходе второго интегра 2 будет U Ь- . Напряжения п поступают на входы зычитающ

го блока 13, поэтому на его выходе образуется напряжение

30

ли b (а + Df .

(11)

Коэффициент деления делителя 15 выбран равным а + 1 поэтому на первый вход измерителя 16 отношения по-выходе

равно

-выходе измерителя 16 отношения

ли (а + , и 5 -ff- d,

40

и.

° устрой « управл где е - коэ сти

умножения:

° устройства 9 адаптивной задерж « управляет его коэффициентом К де е - коэффициент пропорционально- сти с размерностью 1/В.

К

а11).„ de, (13)

и.е -

iUfj

ленное значение произведения выбирается равным единице о В зтом случае

частота F, автоциркуляции импульв синхрокольце будет равна 11

tj

(а-И)

(14)

513

т.е. при незначительном снижении быстродействия norpeiuHocrfj измерения из-за наличия дополнительной задержки сигнала в электроакустических цепях измерителя полностью компенсируется. Чтобы получить численное значение частоты автоциркуляции, равное численному значению скорости ультразвука в среде, базовое расстояние уменьшается в а + 1 раз. В данном случае частота автоциркуляции описывается выражением (Е).

Таким образом, в предлагаемом измерителе реализована возможность компенсации погрешности измерения, вызванной дополнительной задержкой сигнала в электроакустическом тракте измерителя, что повышает точность измерений. При этом, быстродействие измерителя повьппается, а значит поньг шается производительноетр.ь измерений, Кроме того, численное значение скоро сти ультразвука может быть получено при заданных значениях базового расстояния 1 (например, при контроле па раметра твердых тел базовое расстояние задается геометрическими размера ми тела) путем соответствующего выбо ра значения коэффициента деления делителя 15.

Редактор А.Ренин Заказ 2А17/40

Составитель С.Волков Техред М.Ходанич

Корректор И.Му

Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужх ород, ул.Проектная,4

17355

Формул

изобретения

Измеритель скорости ультразвука по авт,св. № 580498, отличающий- 5 с я тем, что, с целью повьпиения производительности и точности измерений, он снабжен двумя RS-триггерами, двумя интеграторами, блоком вычитания, делителем напряжения и измери- 10 телем отношения, выход приемного устройства подключен к первому входу первого RS-триггера, второй вход которого подсоединен к выходу устройс т- ва регулируемой задержки и первому 15 входу второго RS-триггера, второй

вход которого соединен с выходом устройства адаптивной задержки и входом генератора, выходы первого и второго RS-триггеров через первый и второй 20 интеграторы подключены к входам блока вычитания, выход которого соединен с первым входом измерителя отношения, второй вход которого подсоединен к выходу делителя напряжения, вход ко- 25 торого соединен с выходом второго интегратора, а выход измерителя отношений подключен к третьему входу устройства адаптивной задержки.

Корректор И.Муска

Изобретение является усовершен- ствованием основного изобретения по а.с. N« 580498 и может найти применение при акустических измерениях параметров агрессивных сред. Цель дополнительного изобретения - повышение производительности и точности измерений. В измеритель скорости ультразвука по а.с. № 580498 допол- : нительно введены два RS-триггера 10 и 11, два интегратора 12 и 14, блок 13 вычитания, делитель 15 напряжения и измеритель 16 отношения, что позволяет в процессе работы измерителя компенсировать погрешность,обусловленную дополнительной задержкой Сигнала в электроакустическом трак- те измерителя. 1 ил. со vj 00 ел ел 14)