Устройство для измерения скорости ультразвука Советский патент 1988 года по МПК G01H5/00 

со

00 4

;о

o:i

Изобретение отросится к акустическим измерениям к может быть использовано при автоматизированном неразрушающем контроле. Целью изобретения является повышение точности контроля по автоциркуляционной схеме за счет увеличения числа импульсов автоциркуляции при подавленной реверберации сигнала. Схема устройства запоминает время прихода первого сигнала, распространяющегося в то время, когда нет реверберационных помех и осуществляется дополнительное стро- бирование. Подбор времен задержек сигнала в электрических цепях и волноводах позволяет сфазировать ревер- берационный сигнал с информативным. При этом можно увеличить число автоциркуляционных импульсов и повысить то шость измерений. 3 ил. $ (Л

14)

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано при автоматизированном неразрушающем контроле,

Цель изобретения - повышение точ- ностц контроля по автоциркуляционной схеме за счет увеличения числа импульсов автоциркуляции при подавленной реверберации сигнала.

На фиг. 1 изображена принципиальная сйёма предлагаемого устройства; на фиг. 2 и фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит последователь- но соединенные стартовый генератор 1, схему 2 сборки, генератор 3 зондирующих импульсов, акустическую ячейку 4, усилитель 5, линию 6 задержки, генератор 7 стробирующих импульсов, Каскад 8 совпадений, первый счетчик 9, дополнительный каскад 10 совпадений и измеритель 11 временного интервала, временной селектор 12, включенный между генератором 3 зойди-г рующих импульсов и каскадом 8 совпадений, усилитель-ограничитель 13, включенной между усилителем 5 и Kac-i к;адом 8. совпадения, схему 14 Запрет включенную между первым счетчиком 9 и схемой 2 сборки, последовательно соединенные кварцевый генератор 15, второй счетчик 16, схему 17 сравнения и вторую линию 18 задержки, третий счетчик 19, включенный между вы- ходом кварцевого генератора 15 и входом схемы 17 сравнения, делитель 20 Частоты, включённый между выходом кварцевого генератора 15 и входом стартового генератора 1, вход Старт второго счетчика 16 соединен с выходом схемы 2 сборки, вход Стоп - с выходом схемы 17 сравнения, вход Сброс - с вькодом второй линии 18 задержки, вход Старт третьего счет- чика 19 соединен с выходом стартового генератора 1, вход Стоп - с вы- Ьсодом генератора 7 стробирующих импульсов, вход Сброс - с выходом, каскада схемы 14 Запрет, выход кварцевого генератора 15 соединен с входом измерителя 11 временного интервала, выход схемы 17 сравнения - с входом каскада 8 совпадения.

Устройство работает следующим об- разом.

Стартовый генератор 1 запускается импульсами, поступающими с делителя 20 частоты, работа которого синхронизирована по опорным импульсным колебаниям U,g (фиг. 2а) кварцевого генератора 15i Стартовый генератор 1 через схему 2 сборки запускает импульсом и, в момент времени t,, (фиг. 26 и За) генератор 3 зондирующих импульсов и по входу Старт второй счётчик 16 импульсов. Генератор 3 импульсами U, в моменты времени t,, , tj, , t,, ; ..., tj,, (фиг. 2в и 36) запускает, в свою очередь, временной селектор 12 и возбуждает излучающий преобразователь акустической ячейки 4, который излучает при этом в контролируемую среду зондирующий ультразвуковой сигнал, а второй счетчик 16 начинает с моментов време- .ни t,, ,t4, ,t 3, ,...,t „, (фиг.2г и Зв) счет выс9костабильных импульсных колебаний кварцевого генератора 15, поступающих к нему.

Одновременно стартовый генератор 1 по входу Старт запускает в работу третий счетчик 19, который начинает с момента времени t,, (фиг. Зг) счет высокостабильных импульсных колебаний кварцевого генератора 15. Кроме того, стартовый генератор 1 сбрасьша- ет счетчик 9 в исходное состояние, позволяющее ему начать счет количества импульсов в пакете автоциркуляционных сигналов (фиг. 2д), и запускает измеритель 11 временного интервала, которьй начинает с момента времени t/t (фиг. 2е) дискретный отсчет временного интервала по колебаниям опорного кварцевого генератора 15.

Йрощедший контролируемую среду ультразвуковой сигнал прербразуется в электрический и поступает на усилитель 5. С выхода усилителя 5 сигнал Uj- (фиг. Зд) подается через линию 6 задержки на генератор 7 стробирующих импульсов. Сформированные стробирую- щие импульсы U (фиг. Зе) подаются на вход Стоп третьего счетчика 19 и на первый вход каскада 8 совпадения. Третий счетчик 19 в момент времени t,3 (фиг. Зг) прекращает при этом подсчет опорных колебаний кварцевого генератора 15, а каскад 8 совпадения по своему первому входу получает разрешающий сигнал.

Временный селектор 12 блокирует каскад 8 совпадений на время поступления зондирующего импульса для защиты от электромагнитных помех и от- крыва ет ее через некоторое время.

меньшее, чем время прохода сигнала через акустическую ячейку 4. Первая линия 6 задержки с временем задерж-- ки 0,2 - 0,5 МКС сдвигает строб-импульс генератора 7 стробирующих импульсов ко времени перехода ультразвукового сигнала через нуль. Точная временная селекция осуществляется сигналом схемы 17 сравнения. Для формирования этого сигнала работающие с момента времени t, второй 16 и третий 19 счетчики подсчитывают количество импульсов до момента поступления импульса с генератора 7 на вход Стоп счетчика 19, т.е. фактически второй 16 и третий 19 счетчики измеряют и регистрируют временной интервал t„ -t, , равный с определенной степенью точности времени распространения ультразвука в среде. Импульсом с генератора 7 стробирующих импульсов третий счетчик 19 останавливается и, так как при работе счетчиков 16 и 19 выходное кодовое сое- . тояние счетчика 19 в промежутке t „ -t ,3 опережало на Ьдин импульс выходное кодовое состояние второго счетчика 16, с поступлением следующего импульса с опорного кварцевого генератора 15 на счетный вход второго счетчика 16 выходные коды последнего выравниваются к выходным кодам остановившегося третьего счетчика 19 Поэтому в этот же момент t (фиг.Зи) происходит сравнение кодов и схема 17 сравнения вырабатывает вькодной импульс, останавливающий по входу Стоп второй счетчик. Этот же импульс поступает через вторую линию 18 задержки .на вход Сброс второго : счетчика 16, который сбрасывается в нулевое исходное состояние и выходные коды второго счетчика 16 перестают быть равными выходным кодам третьего счетчика 19. В результате схема 17 сравнения формирует по своему второму выходу временной интервал, по длительности равньй времени задержки во второй линии 18 задержки, соответствующем длительности одног о периода ультразвукового сигнала. Этот временной интервал совпадает с выходным импульсом генератора 7 стробирующих импульсов, что соответ- |Ствует формированию сигнала Точная подготовка на первом и че твертом входах каскада 8 совпадения.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

На третий вход каскада 8 совпадения поступает информативный сигнал с усилителя-ограничителя 13, (фиг. Зк). По наиболее крутому фронту информативного сигнала посредством селектирующих сигналов Грубая подготовка и Точная подготовка, а также посредством стробирующего напряжения, поступающего с генератора 7 стробирующих импульсов, каскад 8 совпадения формирует на выходе импульс (фиг. 3л), поступающий через схему 14 Запрет, схему 2 сборки на запуск генератора 3 зондирующих импульсов и на запуск второго счетчика 16. Процесс автоциркуляции про- должается.

Следовательно, второй счетчик 16 запускается в работу по каждому импульсу из пакета ультразвуковых автоциркуляционных сигналов. Третий же счетчик 19 запускается в работу только вначале формирования пакета автоциркуляционных сигналов импульсом, поступающим по входу Старт с выхода стартового генератора 1, а сбрасывается в исходное состояние только в конце формирования п-импульсов в пакете автоциркуляционных сигналов. Это позволяет запомнить время прихода первого импульса в серии автоциркуляционных сигналов. Этот импульс приходит в то время, когда в акустической ячейке 4 нет реверберационных акустических сигналов.

При достижении моментов t ,t, t,,..., кодовые состояния второго 16 и третьего 19 счетчиков становятся равными, схема 17 сравнения вырабатывает импульс, который по входу Стоп останавливает второй счетчик 16 и Через время, равное времени задержки этого импульса во второй линии 18 задержки, сбрасьшает его в исходное нулевое состояние, а на входах каскада 8 совпадения по сигналам со схемы 17 сравнения и с выхода генератора 7 стробирующих импульсов : формируется сигнал Точная подготовка. Выделенные с помощью сигналов подготовки информативные импульсы Ug с выхода каскада 8 совпадения пропускают в моменты времени .j, t,s,...,tn5. (фиг. 3л) через каскад 14 Запрет.

Одновременно импульсы Ug с выхода каскада 8 совпадения подаются на вход дополнительного каскада 10 совпадения и на вход первого счетчика 9, который закрывает п-импульсом схему 14 Запрет и открывает дополнительный каскад 10 совпадения. Следо- вательно, (п+1)-го импульс каскада 8 совпадения не пропускается каскадом Запрет и режим автоциркуляции прекращается . Он пропускается в момент времени дополнительным (фиг.2е) каскадом 10 совпадения к входу измерителя 11 временного интервала, который отсчитывает временной интервал, пропорциональный скорости распространения ультразвука. Временной ин- тервал, в течение которого прекращена автоциркуляция и существует, пауза отводится на затухание появившейся реверберационной помехи что обеспечивает высокую стабильность работ|.1.

Особенностью работы предлагаемого устройства (по сравнению с известными) является то, что задержка ультразвукового сигнала в защитных мем-. бранах, в пьезопреобразователях, соединительных кабелях и электронной схеме равна целому числу периодов высокочастотного заполнения ультра- звуков ого сигнала. В результате в каждом из импульсов автоциркуляции прямой ультразвуковой сигнал становится сфазированным с ревербер ацион- ной помехой. Регулировка задержки ультразвукового сигнала в пьезопре- обраэователях, защитных мембранах, соединительных кабелях и электронной схеме прибора может достигаться несколькими приемами. Одним из них может быть, например, выбор толщины защитных мембран пьезопреобразовате- лей или, например, выбор резонансных частот собственно пьезопреобразова- телей. При этом реверберационные сигналы не появляются перед ультразву-

0

5 О Q с

5

ковыми зондирующими импульсами в случайных фазовых соотношениях, а являются сфазированными относительно зондирующего сигнала (фиг. Зд), что не вызывает дополнительных фазовых и временных сдвигов прямого ультразвукового сигнала.

Уменьшение влияния помех фазиров- кой реверберации и более точным стро- бированием позволяет увеличить число импульсов автоциркуляции и, тем самым, повысить точность измерений.

Формула изобретения,

Устройство для измерения скорости ультразвука по авт. св. № 654893, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности, оно снабжено последовательно соединенными кварцевым генератором, вторьм счетчиком, схемой сравнения и второй линией задержки, третьим счетчиком, включенным между выходом кварцевого генератора и входом схемы сравнения, и делителем частоты, включенным между выходом кварцевого генератора и входим стартового генератора, вход Старт второго счетчика соединен с выходом схемы сборки, вход Стоп - с выходом схемы сравнения, вход , Сброс - с вькодом второй линии задержки, вход Старт третьего счетчика - с вькодом стартового генератора, вход Стоп - с выходом генератора стробирующего импульса, вход Сброс - с. выходом каскада Запрет, выход кварцевого генератора соединен с входом измерителя временного интервала, а выход схемы сравне-ния - с - входом каскада совпадения, причем исходное состояние .третьего счетчика на единицу больше исходного состояния второго счетчика.

til

tjl tzi t37 tiff tfjf

t// ; t2; 2«fj/ i J f/7f Я

1 L LJLJLJ

w t2f tsjtnt tm

tn

П

til tf2t2jt22t3ltj2 tnr trn.

Фив. г

Фиг.1

t

11

. -t I

t fl 27

tk t lif

A

f f

% г/

tns

n

J.I i-l 41 42