Ультразвуковое устройство для контроля химико-технологических процессов Советский патент 1987 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к ультразвуковому контролю химико-технологических процессов, в частности для контроля состава и состояния жидких сред но времени распространения ультразвуковых колебаний, и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет уменьшения нестабильности регулируемой задержки.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит генератор 1 эталонной частоты (фиг. 1) подключенный к регулируемой задержке 2. Устройство содержит также последовательно соединенные генератор 3 зондируюш.их импульсов, излу- чаюш,ий и приемный преобразователи 4 и 5 акустической камеры 6 и усилитель 7, выход которого соединен с первым входом триггера 8, соединенного с временным дискриминатором 9. Устройство содержит также элементы 10 и 11 совпадения с N + 1 входами. Первые их входы подключены к выходу генератора 1 эталонной частоты. Регулируемая задержка 2 выполнена из N декад 12, каждая из которых выполнена из последовательно соединенных счетчика 13, дешифратора 14 и переключателя 15. Выход последнего разряда счетчика 13 каждой декады 12 подключен к входу счетчика 13 последуюш,ей декады 12, выходы всех дешифраторов 14 подключены к остальным входам первого элемента 10 совпадения, а выходы всех переключателей подключены к остальным N входам второго элемента 11 сов 1адения, выход которого связан с вторым входом триггера 8.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 эталонной частоты генерирует импульсы 16 (фиг. 2), которые поступают в регулируемую задержку 2. При определенном состоянии счетчиков 13 всех декад 12, работающих в коде 1-2-4-8, происходит совпадение по времени импульсов 17-19 (на фиг. 2 импульсы с 17 по 24 условно инвертированы), формирующихся на первых выходах дешифраторов, которые подключены к остальным входам селектора элемента 10 совпадения. Такое совпадение наблюдается в течение одного такта, равного периоду следования импульсов 16, и происходит через Кд периодов (Кд - коэффициент деления делителя). При каждом совпадении на выходе элемента 10 совпадения формируется импульс 20, селектируемый из последовательности импульсов 16 генератора 1, причем фронт импульса 20 задержан относительно фронта соответствующего импульса 16 из последовательности на величину, не превышающую задержку в одном эле.менте совпадения (для микросхем серии К155 эта величина не превышает 15 не). Элемент И совпадения работает аналогичны.м образо.м, только импульсы 21-23, подаваемые на его входы (кроме первого входа,.на который подаются импульсы 16), поступают с переключателей декад 12. Временное положение импульсов 21-23 относительно импульсов 17-19 зависит ,от положения переключателей соот ветствующих декад 12 относительно первых выходов дешифраторов, причем совпадение импульсов 21-23 происходит в такте, определяемом совокупностью положений всех переключателей.

5 Таким образом, на выходе элемента 11 совпадения формируются импульсы 24, временное . положение которых относительно импульсов 20 зависит от положения переключателей декад 12, причем фронт импульсов 24 задержан относительно фронта со ответствующих импульсов 16 на величину, также не превышающую задержки в одно.м элементе совпадения.

Импульсы 20, получаемые с выхода элемента 10 совпадения, являются опорными,

5 а временный интервал 1о между фронтами и.мпульсов 20 и 24 является начальным временем задержки для отчета приращений it, связанных с изменением параметров контролируемых сред.

Импульсы 20 поступают на вход зон0 дирующего генератора 3 и запускают его. Импульсы с выхода генератора 3 возбуждают преобразователь 4 акустической камеры 6. Ультразвуковые импульсы, пройдя через контролируемую среду, достигают преобразователя 5, где преобразуются в

электрические импульсы 25, которые усиливаются усилителем 7 и поступают на первый вход триггера 8, устанавливая его в положение «О. На второй вход триггера 8 поступают импульсы 24, которые устанав0 ливают триггер 8 в положение «1. Таким образом, на выходе триггера 8 фор.мируются импульсы 26, длительность которых пропорциональна приращению ьТ , являющейся функцией параметров контролируемой среды (напри.мер, концентрация). Временной дискриминатор 9 преобразует длительность импульсов 26 в аналоговый сигнал для регистрации или дальнейшей обработки на ЭВМ. П ериод следования Т импульсов 20 (и задержанных относительно их импульсов

Q 24 и 26) определяется из соотношения Т Кд.-|--,(1)

где Кд - коэффициент деления;

f - частота эталонного генератора,

5 Величина - (период следования импульсов эталонного генератора) является квантом регулируемой задержки и выбирается в зависимости от требуемой дискрет5

ности начального времени задержки to Коэффициент Кд связан с числом декад соотношением

к. 1о:

(2)

где N - число декад.

Величина Т при выбранной частоте генератора 1, а следовательно, число N декад выбирается таким, чтобы величина Т превышала время, требуемое для затухания отраженных импульсов, возникающих в акустической камере носле каждого зондирую- шего импульса.

Уменьшение кванта задержки путем увеличения частоты f увеличивает точность установки начального времени задержки. Оптимальные величины частоты f эталонного генератора и числа N декад выбирается с использованием выражений (1) и

За счет применения одинакового метода получения опорных и задержанных импульсов путем селектирования их из одной и той же последовательности нестабильность их относительного положения определяется двумя, величинами: нестабильностью частоты эталонного генератора и разностью задержек между двумя элементами совпадения. Уменьшение нестабильности регулируемой задержки 2 значительно повышает точность измерения устройства в целом.

0

Нестабильность задержки в устройстве регулируемой задержки не зависит от числа декад задержки 2.

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для контроля химико-технологических процессов, содержащее последовательно электро-акус- тически соединенные генератор зондирующих импульсов, излучающий ультразвуковой преобразователь, акустическую камеру, приемный ультразвуковой преобразователь, усилитель, триггер и временной дискриминатор, последовательно соединенные генератор эталонной частоты и регу тируемую задержку из N декад, выполненных из последовательно соединенных счетчика, дешифратора и переключателя, выход последнего разряда счетчика каждой декады подключен к входу счетчика последующей декады, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено двумя элементами совпадения с N+ 1 входами, выход генератора эталонной частоты подключен к их первым входам, выходы всех дешифраторов подключены к остальным N входам первого элемента совпадения, выход которого связан с входом генератора зондирующих импульсов, а выходы всех переключателей подключены к остальным N входам второго элемента совпадения, выход которого связан с вторым входом триггера.

Изобретение относится к ультразвуковому контролю химико-технологических процессов, в частности для контроля состава и состояния жидких сред по времени распространения ультразвуковых колебаний. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет уменьшения нестабильности регулируемой задержки. Гене ратор 1 эталонной частоты генерирует импульсы, которые поступают в регулируемую задержку из N декад, выполненных из последовательно соединенных счетчика 13, дешифратора 14 и переключателя 15. При определенном состоянии счетчиков 13 и переключателей 15 совпадают импульсы на элементах 10 и 11 совпадения, на первые входы которых поступают импульсы с генератора 1 эталонной частоты. Сигнал с элемента 10 совпадения поступает на последовательно электроакустически соединенные генератор 3 зондирующих импульсов, камеру 6 с преобразователями 4 и 5, усидитель 7, триггер 8 и временной дискриминатор 9. Сигнал с выхода элемента 11 совпадения поступает на второй вход триггера 8. Импульсы с выхода элемента 10 совпадения являются опорными, а временной интервал между фронтами импульсов совпадения является начальным временем задержки для отсчета приращений, связанных с изменением контролируемых сред. За счет применения одинакового метода получения опорных и задержанных импульсов путем селектирова- ния их из одной и той же последовательности элементами 10 и 11 совпадения неста бильность регулируемой задержки 2 повы- 1пается и точность измерения устройства становится выше. 2 ил. и (Л оо ю о оо со