Ультразвуковой интерферометр переменной длины Советский патент 1988 года по МПК G01H5/00 

со со ю

со 00 оо

Изобретение относится к ультразвуковой измерительной технике, а именно к устройствам для измерения скорости ультразвука вещества, и может быть использовано при исследовании веществ

Целью изобретения является повышение точности за счет исключения ошибок, связанных с возможными изме- нениями амплитуды резонансных сигналов

На чертеже представлена структурная схема ультразвукового интерферометра переменной длины,,

Ультразвуковой интерферометр содержит генератор 1 высокочастотного напряжения, камеру 2 с излучающим 3 и приемным 4 пьезопреобразователя- ми, блок 5 перемещения приемного . преобразователя, последовательно соединенные и подключенные к приемному пьезопреобразователю 4, усилитель 6, дете ктор 7 и блок 8 .фиксации резонанса, хронизатор 9 и блок .Ю скорости ультразвука, выполненный из первого 1Ги второго 12 счетчиков, два выхода первого счетчика 11 подключены соответственно к входам запуска и остановки второго счетчика 12, подключенный к выходу блока 8 фиксации резонанса, переключатель 13 изменения адреса, запоминающее устройство J4 с регистром 15 адреса, входы которого подключены к .выходам переключателя 13 изменения адреса, преобразователь 16 аналог - код, информациинньш вход которого соеди- нен с выходом детектора 7, вход запуска - с выходом блока 8 фиксации резонанса, а выход с информационным входом запоминающего устройства 14, подключенные к выходу последнего последовательно соединенные функциональный преобразователь 17 и переключа- тель 18 регулировки усиления, выход которого подключен к регулирующему входу усилителя 6, блок 19 концевых выключателей, подвижный элемент 20 которого соединен с выходом хрониза- тора 9 и механически связан с подвижной частью 21 блока 5 перемещения приемного пьезопреобразователя 4, триггер 22, первый и второй входы которого соединены с соответствующи- ми выходами блока 19 концевых выключателей, первый выход соединен с входом чтения запоминающего устройства 14 и переключателем 18 регулиров5

Q

5

0 0 5 0 г

ки усиления, а второй - с входом записи запоминающего устройства 14, входом сброса регистра 15 адреса, и переключателем 13 изменения адреса, выход блока 8 фиксации резонанса соединен с информационным входом первого счетчика 11, вход управления которого подключен к выходу хронизато- ра 9, информационный вход второго счетчика 12 подключен к выходу блока 5 перемещения, а его второй вход подключен к выходу хронизатора 9.

Устройство работает следующим образоМо

Генератор 1 высокочастотного напряжения вьфабатывает переменное напряжение, подаваемое на излучатель 3, находящийся в измерительной камере 2 а Высокочастотное напряжение преобразуется излучателем 3 в ультразвуковые волны, распространяющиеся в исследуемой жидкости или газе, которым заполнена камера 2о Волны частично отражаются от пьезопреобразователя 4, частично преобразуются им в высокочастотное напряжение,усиливаемое усилителем 6„ До начала измерения пьезопреобразователь 4 под воздействием собственного веса подвижной части блока 5 перемещения находится в крайнем нижнем положении Логический уровень 1 поступает с элемента 20 на нижний контакт блока 19 концевых выключателей, посредством чего триггер 22 поставлен в положение, соответствующей паузе между измерениями,, Сигналами триггера 22 включен режим записи в запоминающем устройстве (ЗУ) 14, сброшен в ноль регистр 15 адреса. Тов. выбрана и подготовлена для записи нулевая ячейка ЗУ, а переключателем 13 подготовлен режим увеличения адреса Переключатель 18 соединяет клемму 23 с регулирующим входом усилителя 6 усиление его постоянно

При подготовке измерения пьезо- приемник посредством блока 5 перемещения поднимается с повьшгенной скоростью. Каждьй раз, когда между пьезопреобразователями 3 и 4 располагается определенное количество полуволн ультразвука, соответствующее образованию режима стоячих волн, столбик исследуемой среды 24 резонирует При приближении к очередному резонансу возрастает напряжение на

Обладках пъезопреобразователя 4 и следовательно на выходе усилителя 6 и детектора 7о В момент резонанса, соответствующий макснмально ту напряжению на выходе детектора 7,срабатывает блок 8 фиксации резонанса, основанный, например, на дифференцировании входного сигнала и определении момента нулевого значения производной. Сигналом блока 8 запускается преобразователь 16 аналог-код, который преобразует максимальное выходное напряжение детектора в код и записьгоает этот код в нулевую ячейку ЗУ14. Тем же сигналом блока 8 (задним фронтом) к адрегу и регистре 15 адреса прибавляется единица, В момент следующего резонанса максимальное напряжение преобразуется в код ,а код записывается во второй ячейке ЗУ14 и т„До Процесс протекает описанным образом до достижения пьезопреобразователем 4 подвижной частью 21 блока 5 верхнего крайнего iположения о Это может осуществляться например, так же, как в известном устройстве, с помощью гидравлической системы, при этом подвижная часть 21 блока 5 поднимается нажатием руки на рычаг, связанный с одним поршнем гидравлической системы (на чертеже не показано), а опускается действием веса на второй порщень Замыканием верхнего контакта блока 19 концевых выключателей логический уровень единицы поступает на другой вход триггера 22, он перебрасьшает- ся, включая режим чтения ЗУ 14, режим уменьшения адреса регистра 15 адреса и соединяет регулирующий вход усилителя 6 с выходом функционального преобразователя 17 через переключатель 18о Далее пьезопреобразова- тель 4 плавно опускается вниз и начинается собственно измерение а

Преобразователь 17 преобразует входной сигнал по закону, обеспечи- вамцему меньшее усиление для большего сигнала и наоборот Закон этот может быть снят экспериментально при исследовании усилителя 6 или расчи- тан по известной его регулировочной характеристике.

С каждым акустическим резонансом адрес в регистре 15 уменьшается на единицу, с ЗУ считывается все новое значение кода, которое посредством преобразователя 17 уменьшает усиление усилителя 6о Это обеспечивает практическое постоянство максимального сигнала на выходе усилителя 6 и детектора 7 Это позволяет опти- мально использовать динамический диапазон усилителя 6 -амплитуды резонансных сигналов уравниваются Одновременно в блоке 10 подсчитыf. вается количество, п меток перемещения, вьщаваемых блоком 5 и соответствующих заданному количеству N+1 акустических резонансов, Тое, изменению длины столбика среды на за

с данное количество N полуволн ультра- звукао Соответствующий каждому резонансу сигнал поступает с выхода блока 8о Указанный режим блока 10 включается хронизатором 9 в момент

Q отпускания верхнего контакта блока 19 концевых выключателей при движении преобразователя 4 вниз, В результате блок 10 (счетчик 12) выдает значение скорости с ультразвука в

5 исследуемой среде согласно выражению

N

2fd4n N

где f - частота ультразвука ,

Д{ - изменение длины столбика среды, которому соответствует N полуволн ультразвука и п меток перемещения;

cTt - цена метки перемещения в единицах длины.

При достижении пьезопреобразователем 4 нижнего крайнего положения подается уровень логической единицы на нижний контакт блока 19 и восстанавливается исходное состояние,

В предлагаемом устройстве обеспечивается постоянство резонансного амплитудного сигнала на входе блока

8 фиксации резонанса при изменении его на пьезопреобразователе 4, При этом, в течении резонанса усиление строго постоянно в отличие от известного устройства, в котором регулирующее напряжение АРУ неизбежно изменяется

Усилитель 6 предлагаемого устройства принципиально не может возбуждаться по цепи регулированияо В то же время цепь импульсной АРУ в известном устройстве имеет ограниченный запас устойчивости и даже может возбуждаться на частоте в два раза мень-

шей частоты входных импульсных сигналов о

Постоянство амплитуцы речоиансно- го сигнала в интерферометре обесне- чивается при любых, даже при резких (Б несколько раз ) изменениях амплитуды двух соседних резонансов,, В известном необходимо искать компромисс между быстродействием АРУ (т.е. степенью реакции на резкое изменение амплитуды двух соседних сигналов) и устойчивостью 1

Это позволяет поддерживать ампли- туду резонансных сигналов на уровне, обеспечивающем наибольшую точность блока фиксации, тем самым - повысить точность измерения

Формула изобретения

Ультразвуковой интерферометр переменной длины , содержащий ген-ератор высокочастотного напряжения, камеру с излучающим и приемным пьезопре- образователями, блок переменного пье- зопреобразователя, п.оследовательно соединенные и подключенные к приемному преобразователю усилитель,детектор и блок фиксации резонанса, хрониза- тор и блок определения скорости ультразвука, . выполненный из первого и второго счетчиков, два выхода первого из них подключены соответственно к выходам запуска и остановки второго счетчика, отличающийся тем, что, с целью повьше- ния точности, он снабжен подключенным к выходу блока фиксации резо

0

5

0

5

нанса переключателем изменения адf

реса, запоминающим устройством с регистром адреса, входы которого под- ключены к выходам переключателя изменения адреса преобразователем анл- лог-код, информационный вход которого соединен с выходом детектора, вход запуска - с выходом блока фиксации резонанса, а выход - с информа- ;ионным входом запоминающего устройства, подключенными к выходу последне- - го,последовательно соединенными функциональным преобразователем и переключателем регухтровки усиления , выход которого подключен к регулирующему выходу ycилиteля, блоком концевых выключателей, подвижный элемент которого соединен с выходом хронизатора и механически связан с подвижной частью блока перемещения приемного преобразователя, триггером, первый и второй входы которого соединены с. соответствукщими выходами блока концевых выключателей, первый выход соединен с входом чтения запоминающего устройства и переключателем регулировки усиления, а второй с входом записи запоминающего устройства, входом сброса регистра адреса и переключателем изменения адреса, выход блока фиксации резонанса соединен с информационным входом первого счетчика, вход управления которого подключен к выходу хронизатора, информационный вход второго счетчика подключен к выходу блока перемещения приемного преобразователя, а его второй выход подключен к входу хрони- заторао

Изобретение относится к ультразвуковой изьтерительной технике, а именно к устройствам для измерения скорости ультразвука в веществах, и может быть использовано при исследовании веществ о Цель изобретения - повышение точности за счет исключения опдабок связанных с возможными изменениями амплитуды резонансных сигналов, В интерферометре осуществляют измерение амплитуд сигналов акустических резонансов во время подготовительного хода вверх приемного подвижно закрепленного пьезо- преобразователя 4 Результаты измерений записьшаются в запоминающее устройство 14 и используются в рабочем ходе пьезопреобразователя 4, движущемся вниз для коррекции коэффици ента усиления усилителя 6, за счет чего достигается повышение точнос- 1 6 (Л