Устройство для измерения скорости распространения и коэффициента поглощения ультразвука Советский патент 1988 года по МПК G01H5/00 G01N29/00 

Фиг.1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в гидроакустике для прецизионных измерений акустических параметров жидких сред.

Цель изобретения - повьшение точности измерения и расширение функциональных возможностей устройства за счет частотно-независимого управления разностью фаз, расширения диапазона рабочих частот и различения фаз, отличающихся на 2fr.

На фиг. 1 изображена блока-схема предлагаемого устройства; на фиг.2- форма фазочастотной характеристики (ФЧХ) измерительной камеры, измеряемые величины частот и задаваемые уровни модуляции фазы на выходе блока згправления.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1, измерительную камеру 2 с излучающим и приемным акустическими преобразователями (.не показаны), фазовый детектор 3, суммирующий интегратор 4 и сумматор 5, блок 6 управления, вход которого подключен к выходу генератора а выход - к второму входу суммирующего интегратора А, и управляемый источник 7, выход которого соединен с вторым входом сумматора 5, второй вход фазового детектора 3 подключен к выходу генератора 1, выход сумматора 5 соединен с управляющим входом генератора 1.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение генератора 1 возбуждает излучающий преобразователь измерительной камеры 2, который излучает ульт-развуковую волну, распространяющуюся в исследуемой среде. Ультразвуковая волна преобразуется на приемном преобразователе в электрические колебания, поступающие на первый вход фазового детектора 3, на второй вход которого подается сигнал с генератора 1. На выходе фазового детектора 3 формируется сигнал, уровень которого пропорционален разности фаз q входных сигналов без учета целого числа If . Этот сигнал поступает на первый суммирующий вход интегратора 4. На второй вход интегратора 4 поступает сигнал с выхода блока 6 управления. Уровень сигнала модуляции фазы ±s (f на выходе блока 6 управления представля0

5

0

5

0

5

0

5

ет собой периодическую последовательность трех уровней. Если средний уровень iff сигнала на выходе блока 6 управления не равен уровню сигнала на выходе фазового детектора 3, то напряжение на выходе интегратора будет изменяться и по цепи отрицательной обратной связи через сумматор 5 будет обеспечивать фазовую автоматическую подстройку частоты (ФА11Ч) генератора 1 на центральную частоту f, соответствующую разности фаз п на ФЧХ измерительной камеры. Дискретное переключение уровня сигнала модуляции фазы+S tf будет отслеживаться ФАПЧ, что будет вызыва ь модуляцию разности фаз между сигналами на входе и выходе измерительной камеры 2 и соответствующую ей девиацию частоты +sf (см.фиг.2). Величина перепадов сигна- ла модуляции ±s ср относительно среднего значения Cip соответствует модуляции разности фаз на t. .

Блок 6 управления обеспечивает измерение центральной частоты ±f и девиации частоты +sfц соответствующих выбранному номеру п из номеров гармоник измерительной камеры 2. Для определения номера гармоники п фиксируют частоту f, уровень сигнала на выходе управляемого источника 7 изменяют на величину, приблизительно соответствующую разности центральных частот двух гармоник, отличающихся по фазе на 21Г . При этом ФАПЧ точно настраивается на частоту той гармоники, в область которой был перестроен генератор 1 при изменении уровня на выходе управляемого источника 7„ Номер п гармоники определяют по разности 2if центральных частот f t 2 и f в соответствии со

и следующим выражением:

fn

п

uf

(1)

Для измерения скорости распространения и коэффициента поглощения ультразвука в исследуемой среде измерительную камеру 2 заполняют средой с известными значениями скорости распространения Ср и коэффициента поглощения Ыр ультразвука. Записывают установивщиеся значения f р центральной частоты и девиации частоты sfnp.

Затем измерительную камеру 2 заполняют исследуемой средой и по установившимся значениям центральной частоты f, и девиации частоты sf пи определяют скорость распространения С f и коэффициент поглощения oi,, в соответствии со следующими выражениями:

Си

Ч

I

f

nu Uli,

irifl

hu

- Bf,

J.

(2) (3)

де

В В

постоянная, характеризующая потери энергии в измерительной камере 2, не связанные с поглощением ультразвука в исследуемой среде,

1 Г . - (4) f.

5f

пр

пр

ФАПЧ с помощью суммирующего интегратора 4 позволяет компенсировать погрешности измерения, обусловленные изменением уровней сигналов на втором входе сумматора 5 или на управляющем входе генератора 1. Управляемый источник 7 обеспечивает дискретное переключение двух уровней и и U(, + ДУ , разность между которыми uU соответствует перестройке частоты генератора 1 на величину дР,

5

0

5

0

определяемую соотношением 4 f ё uF 3if. Оставляя величину &U постоянной, но смещая уровень U, можно выбирать частоты диапазона работы ФАПЧ. Формула изобретения

Устройство для измерения скорости распространения и коэффициента поглощения ультразвука, содержащее последовательно соединенные генератор, измерительную камеру с излучающим и приемным ультразвуковыми преобразователями и фазовый детектор, блок управления, вход которого соединен с выходом генератора, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерений и расширения функциональных возможностей, оно снабжено последовательно соединенными суммирующим интегратором, первый вход которого соединен с выходом фазового детектора, и сумматором, выход которого соединен с управляющим входом генератора, управляемым источником, выход которого соединен с вторым входом сумматора, второй вход фазового детектора соединен с выходом генератора, а второй вход суммирующего интегратора соединен с выходом блока управления,

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в химической и микробиологической промьппленности, в гидроакустике для прецизионных измерений акустических параметров жидких сред. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства и повьшение точности измерений за счет частотно-независимого управления разностью фаз, расширения диапазона рабочих частот и обеспечения возможности различения фаз, отличакнцихся на 2 . Устройство содержит генератор 1, измерительную камеру 2 с излучающим и приемным ультразвуковыми преобразователями, фазовый детектор 3, суммирующий интегратор 4, сумматор 5, управляемый источник 7 и блок 6 управления. Суммирующий интегратор 4, введенный в цепь отрицательной обратной связи регулирования частоты генератора, обеспечивает функции модуляции фазы, задания среднего ее значения, фильтрации входных сигналов и запоминания уровня на время перестройки частоты генератора 1. Блок 6 управления обеспечивает модуляцию разности фаз и измерения центральной частоты и девиации частоты. Сумматор 5 обеспечивает перестройку на частоты гармоник, отличающихся по разности фаз на 2 , 2 кл. I сл

(тИЛ

( itS пГ %

lit