Измеритель скорости звука Советский патент 1987 года по МПК G01H5/00 

1

Изобретение относится к ультравуковым измерениям и может быть исользовано для непрерывного измереия скорости звука в жидких и газооб- азных средах.

Целью изобретения является повышение точности путем исключения влия- ния a mлитyды сигнала на результат змерений.10

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого измерителя скорости звука; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняюпще работу устройства. :U

Измеритель скорости звука содер- лсит последовательно соединенные ждущий мультивибратор 1,.первый формиро- ватель 2, излучающий преобразователь 3, приемный преобразователь 4, пер- 20 вый усилитель 5 и второй формирователь 6, последовательно соед1П1енные триггер 7, частотомер 8 и блок 9 обработки, последовательно соединенные второй усилитель 10, компаратор 1, 25 генератор 12 строба и схему И 13, второй вход которой соединен с выходом второго формирователя 6, а выход- с вторым входом компаратора 1, вход второго усилителя 10 соединен с вы- 30 ходом первого усилителя 5, выход компаратора 11 соединен с входом ждущего мультивибратора 1 , а вход, триггера 7 соединен с вторым выходом первого фopмJipoвaтeля 2.

Измеритель скорости звука работает следующим образом.

После включения питания на выходе ждущего мультивибратора 1 возникает импульс прямоугольной формы (фиг.2а). В формирователе 2 импульс усиливается и на его заднем фронте формируется ступенька (фиг.25), необходимая для наиболее.полного электрического демпфирования излучающего преобразователя 3. Передний фронт этого импульса возбуждает в излучающем преобразователе затухающие-по экспоненте собственные колебания синусоидального типа. Через интервал времени, равный периоду этих колебаний, задний фронт Импульса возбуждения демпфирует излучающий преобразователь 3 и таким образом в исследуемую среду

35

40

45

50

излучается акустический импульс в ви-. излучающий преобразователь 3 и-далее

де, близком к одному периоду сиНусо- все описанные процессы периодически иддльных колебаний (фиг. 2 Б),повторяют.ся. В акустоэлектронном

. Пройдя исследуемую среду,- акусти- кольце устанавливаются-колебания с . ческий импульс попадает на приемный периодом

10

U

20 25 - 30 629462

преобразователь А

и на выхоДе последнего возникает электрический сигнал в виде, также близком к одному периоду синусоидальных колебаний (фиг.2г).. Достигается это за счет того, что резонансная частота приемного преобразователя А берется вдвое выше резонансной частоты излучающего преобразователя 3, что, в свою очередь, обеспечивает подавление всех периодов собственных колебаний-приемного преобразователя 4 кроме первого.

После широкополосного первого усилителя 5 сигнал попадает на вход формирователя 6. Когда мгновенное значение сигнала достигает порогового уровня и„д. (момент времени t), формирователь 6 срабатывает и на его выходе возникает импульс с длительностью, приблизительно равной полови- ize периода собственных колебаний излучающего преобразователя 3 (фиг.2г и и,) . Этот и шyльc, пройдя схему И- 13 (на втором входе в этот момент времени логическая единида),.открывает вход компаратора 11. На информационный вход компаратора 1i поступает прошедший первый усилитель 5 и второй усилитель 10 сигнал (фиг.2е). В .момент первой перемены знака (момент време ш t- на фиг.2г) компара

тор 11 срабатывает и на его выходе получается отрицательный перепад напряжения , который запускает ждущий мультивибратор 1 (фиг.2л) и генератор 12 строба (фиг.2э). Низкий уровень напряжения генератора 12 стро-, ба закрывает схему И 13 и, в свою очередь, компаратор 11. Таким образом, устраняется возможность ложного срабатывания компаратора 11 от наводок, возникаюпщх в момент возбужде- ни.я излучающего преобразователя 3.. Кроме того, поскольку длительность блокирующего импульса выбирается больше половины перемены распространения колебаний в акустическом трак- те, устраняется возможность возбуждения акустоэлектронного кольца на частотах, кратных основной.

Ждущий мультивибратор генерирует импульс, который, пройдя через Формирователь 2, снова возбуждает

Т - -нТа +Т, ,

где 1 - расстояние, проходимое звуком в исследуемой среде; с - измеряемая скорость звука; время дополнительной акустической задержки сигнала в защитных мембранах излучающего 3 и приемного 4 преобразователей;Т - время дополнительной задержки сигнала в электронных цепях.

На частотомер 8 сигнал поступает от триггера 7, перебрасываемого импульсами маломощного выхода выходного каскада формирователя 2. Блок 9 обработки обеспечивает вычисление периода следования импульсов, а затем и вычисление скорости звука по формуле

с

1

т()

Срабатьшание компаратора происходит в момент первой перемены знака принятого сигнала. Этот момент не зависит от амплитуды сигнала, поэтому настройка синхрокольца по нему обеспечивает более высокую точность измерений.

Формула изобретения

Измеритель скорости звука, содержащий последовательно соединенные ждущий мультивибратор, первый формирователь, излучающий преобразователь, приемный преобразователь, первый усилитель и второй формирователь, последовательно соединенные триггер,

частотомер и блок обработки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем исключения влияния амплитуды сигнала, он снабжен последовательно соединенными вторым усилителем, компаратором, генератором строба и схемой И, второй вход последней соединен с выходом второго формирователя, а выход - с вторым

входом компаратора, вход второго усилителя соединен с выходом первого усилителя, выход компаратора соединен с входом ждущего мультивибратора, а вход триггера - с вторым выходом

первого формирователя.

Изобретение относится к ультра- звуковьм измерениям .и может быть использовано для непрерывного измерения скорости звука в разнообразных жидких и газообразных средах. Целью изобретения является повьшение точности путем исключения влияния амплитуды сигнала на результат измерений. Компаратор разрешает проход сигнала с усилителя на вход ждущего мультивибратора в момент первой перемены знака принятого синусоидального сигнала, в результате чего синхро- кольцо настраивается по указанному моменту. При зтом период синхроколь- ца не зависит от амплитуды принятых сигналов, что повышает .точность измерений. 2 ил.