Измеритель скорости звука Советский патент 1988 года по МПК G01H5/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть испф1ь- зовано для измерения скорости распространения звука в средах.

Цель изобретения - повьппрние точности измерений за счет увеличения числа управляющих импульсов, формируемых в единицу времени в цепи автоподстройки частоты генератора импульсов.

На фиг.1 представлена блок-схема измерителя скорости звука; на фиг.2 - временные диаграммы сигналов, поясняющие работу изкерителя.

Измеритель скорости звука содержит последовательно соединенные дискриминатор 1 длительности импульсов, интегратор 2, управляемый по частоте генератор 3 импульсов, выход которого является выходом измерителя, делитель 4 и распределитель 5 импульсов, формирователь 6 возбуждающих импульсов, вход которого подключен к первому выходу распределителя 5, подключенный к выходу формирователя 6 возбуждающих импульсов приемо-передающий пьезоэлектрический преобразователь 7 с отражателем 8, компаратор 9, первый вход которого подключен к выходу пье- зозлектрического преобразователя 7, а второй вход 10 предназначен для подключения к источнику постоянного опорного напряжения, ключ 11, первый вход которого подключен к выходу ком- паратора 9, формирователь, 12 корректирующих импульсов, первый вход которого подключен к выходу ключа 11, а первый выход подключен к первому входу дискриминатора 1 длительности им- пульсов, первый элемент ИЛИ 13, входы которого подключены к нечетным входам распределителя 5 импульсов, начиная с третьего, а выход подключен к вто13

рому входу дискриминатора 1 длительности импульсов, второй элемент ИЛИ 14, входы которого подключены к четным выходам распределителя 5 импульсов, начиная с четвертого, первый 15, второй 16 и третий 17 триггеры, первый и второй входы первого триггера

15подключены соответственно к второму и первому выходам распределителя 5, а выход подключен к второму входу ключа 11, первые входы второго

16и третьего 17 триггеров подключены к выходу второго элемента ИЛИ 14, вторые входы второго 16 и третьего 17 триггеров подключены к второму выхо10

20

15

т о35 40

3796442

ДУ формирователя 12 корректирующих импульсов, третий вход второго триггера 16 подключен к первому выходу распределителя 5 импульсов, а выход подключен к входу установки в О распределителя 5 импульсов, третий вход 18 третьего триггера 17 предназначен для подключения к щине питания (не показана), а выход - к второму входу формирователя 12 корректирующих импуль сов.

На фиг.1 и 2 также обозначены контролируемая среда 19 и сигналы 20-36 с блоков измерителя скорости звука.

Измеритель работает следующим образом.

Сигналы управляемого генератора 3 поступают на вход делителя 4, имеющего постоянный коэффициент деления. С выхода делителя 4 импульсы 20 (фиг.2) поступают на вход распределителя 5. По переднему фронту импульса 21 с первого выхода распределителя 5 производится запуск формирователя 6, вырабатывающего импульс 23 ударного возбуждения, поступающий на преобразователь 7. Сформированный преобразователем 7 акустический импульс после зондирования среды на расстоянии 2L (от преобразователя 7 до отражателя 8 и обратно) вновь преобразуется преобразователем 7 в электрический сигнал.

Вследствие многократных отражений звука в системе отражатель 8 - преобразователь 7 на выходе последнего получают последовательность сигналов 24 и 25 убывающей амплитуды и сдвинутых относительно друг друга на время 2L/C, где С - скорость звука в среде 19. Число отраженных сигналов определяется акустическими характеристиками материала преобразователя 7, отражателя 8 и исследуемой среды 19.

Последовательность эхо-сигналов с выхода преобразователя 7 нормализуется компаратором 9 (27, 28 и поступает на первый вход ключа 11, который открывается триггером 15 по сигналу с второго выхода распределителя 5. Выходной сигнал триггера 15 показан на диаграмме 30. Первый из принятых эхо-сигналов 27 поступает на первый вход формирователя 12. На первом выходе последнего формируется импульс 32, передний фронт которого соответствует моменту прихода эхо- сигнала на преобразователь 7. Выход45

50

55

ной импульс 30 с первого выхода формирователя 12 и импульс ЗА с третьего выхода распределителя поступают соответственно на первый и второй, входы дискриминатора 1 длительности импульсов. Дискриминатор 1 выдает сигнал высокого логического уровня, если передний фронт принятого акустического импульса опережает передний фронт импульса с выхода распределителя 5 и сигнал низкого логического уровня в противном случае, что вызывает соответственйо увеличение или уменьшение напряжения на выходе интегратора 2, приводящее к соответствующему изменению частоты генератора 3.Возврат формирователя 12 в исходное состояние производится импульсом, формируемым на выходе триггера 17,изменяющего свое состояние по сигналу 35, формируемому на четвертом выходе распределителя 5.

После прихода второго эхо-сигнала 28 формирователь 12 срабатывает вновь Выходной импульс 33 формирователя 12 и импульс 36 с пятого вькода распределителя- 5 через элемент ИЛИ 14 поступают также на первый и второй входы дискриминатора 1 и процесс повторяется вновь.

Возврат формирователя 12 в исходное состояние после каждого процесса сравнения осуществляется импульсами, формируемыми на А, 6, 8 и (2п+2) выходах распределителя 5.

В установившемся режиме работы измерителя достигается равенство времени распространения акустического импульса в исследуемой среде на удвоенном базовом расстоянии L и удвоенного значения периода Т следования импульсов на входе распределителя 5. При отсутствии последующего приемного эхо-сигнала формирователь 12 не изменяет свое состояние и на его втором выходе действует сигнал высокого логического уровня, поступающий на второй вход триггера 16, При этом импульс, воздействующий на первый вход триггера 16 с выхода элемента ИЛИ 1А, изменяет его состояние. Сиг- нал высокого логического уровня с выхода последнего приводит распределитель 5 в исходное состояние и процес измерения повторяется,

Таким образом, предлагаемая схема частотно-временного измерителя скорости звука позволяет увеличить чис

0

5

0

5

0

5

0

5

0

ло управляющих импульсов (на выходе дискриминатора 1), формируемых в единицу времени в цепи автоподстройки частоты генератора 3 импульсов, что обеспечивает повышение точности измерений скорости.

Формула изобретения

Измеритель скорости звука, содержащий последовательно соединенные дискриминатор длительности импульсов, интегратор, управляемый по частоте генератор импульсов, выход которого является выходом измерителя, делитель и распределитель импульсов, формирователь возбуждающих импульсов, вход которого подключен к первому выходу распределителя, подключенный к выходу формирователя возбуждающих импульсов приемопередающий пьезоэлектрический преобразователь с отражателем, компаратор, первый вход которого подключен к выходу пьезоэлектрического преобразователя, а второй предназначен для подключения к источнику постоянного опорного напряжения, ключ, первый вход которого подключен к выходу компаратора, формирователь корректирующих импульсов, первый вход которого подключен к выходу ключа, а первый выход подключен к первому входу дискримин атора длительности импульсов, отличающийся тем, что,с целью повышения точности измерения, он снабжен первым элементом ИЛИ, входы которого подключены к нечетным выходам распределителя импульсов, начиная с третьего, а выход подключен к второму входу дискриминатора длительности импульсов, вторым элементом ИЛИ, входь которого подключены к четным выходам распределителя импульсов, начиная с четвертого, первым, вторым и третьим триггерами, первый и второй входы первого триггера подключены соответственно к второму и первому выходам распределителя импульсов, а выход подключен к второму входу ключа, первые входы второго и третьего триггеров подключены к выходу второго элемента ИЛИ, вторые входы второго и третьего триггеров подключены к второму выходу формирователя корректирующих импульсов, третий вход второго триггера подключен к первому выходу распределителя импульсов, а выход подключен

513796А4

к входу установки в О распределителя импульсов, третий вход третьего триггера предназначен для подключения

к вх им

к шине питания, а выход - к второму входу формирователя корректирующих импульсов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости распространения звука в средах. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет увеличения числа управляющих импульсов, формируемых в единицу времени в цепи автоподстройки частоты генератора импульсов. В устройстве выделяются эхо-сигналы, воз- никаю11а1в в системе пьезоэлектрический преобразователь 7 - отражатель 8, и осуществляется сравнение их временного положения с импульсами на выходе распределителя 5 импульсов. Сигналы сравнения с выхода дискриминатора 1 преобразуются интегратором 2 в аналоговый сигнал автоподстройки частоты генератора. 3 импульсов. 2 ил. с «в (П

Ф(/г.2