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

4:

СО

ьо

N;

Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и может быть использовано в химической промышленности и биотехнологии, в научно-исследовательских и заводских лабораториях для анализа свойств сред с широким диапазоном акустических параметров.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Устройство содержит измерительную камеру 1 с излучаюшим 2 и приемным 3 ультразвуковыми преобразователями, генератор 4, усилитель 5 низкой частоты, фазовый детектор 6, первый 7 и второй 8 смесители, первые входы которых соединены с выходом генератора 4, второй вход первого смесителя 7 соединен с вь ходом приемного ультразвукового преобразователя 3, а выход - с входом усилителя 5 низкой частоты, выход которого соединен с первым входом фазового детектора 6, выход которого соединен с управляюшим входом генератора 4, последовательно соединенные генератор 9 сигналов с эталонным сдвигом фаз и коммутатор 10, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора 6, формирователь 11 меандра, связанный выходом с управляюш,им входом коммутатора 10, второй вход которого и вход формирователя 11 меандра соединены с вторым выходом генератора 9 сигналов с эталонным сдвигом фаз, соединенные по входам излучаюш,ий ультразвуковой преобразователь 2, частотомер 12 и измеритель 13 девиации частоты, перестраиваемый полосовой фильтр 14, вход которого соединен с выходом смесителя 8, а выход - с входом излучаю- шего ультразвукового преобразователя 2, управляющие входы частотомера 12 и измерителя 13 девиации частоты соединены с выходом формирователя 11 меандра; управляющий вход перестраиваемого полосового фильтра 14 соединен с выходом фазового детектора 6, а второй вход смесителя 8 - с вторым выходом генератора 9 сигналов с эталонным сдвигом фаз.

Контуры перестраиваемого полосового фильтра 14 и генератора 4 являются взаимно-сопряженными и средняя частота полосы пропускания полосового фильтра 14 во всем диапазоне рабочих частот отличается от частоты генератора 4 приблизительно на величину FH, а ширина полосы пропускания фильтра меньше 2Рн.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы частоты с выхода генератора 4 и частоты FH с выхода генератора 9 с эталонным сдвигом фаз преобразуются смесителем 8 и полосовым фильтром 14 в сигнал суммарной или разностной частоты Гр±Ря, поступающий на вход излучающего преобра- зователя 2, который излучает ультразву

5

0

0 0

Q

5 где.п 1 0

5

ковые волны, распространяющиеся в измерительной камере 1 с исследуемой средой. Ультразвуковые волны воздействуют на приемный преобразователь 3, на выходе которого образуются электрические колебания, поступающие на сигнальный второй вход первого смесителя 7, на опорный первый вход которого поступает синусоидальный сигнал с выхода генератора 4. Сигнал частоты FII, сформированный на выходе смесителя 7 и промодулированный по фазе за счет свойств исследуемого раствора, усиливается усилителем 5 низкой частоты и поступает на первый вход фазового детектора 6, на второй вход которого поступает сигнал, промодулированный по фазе на величину

-|- двухуровневым сигнало.м типа меандр, поступающим с выхода формирователя 11 меандра на управляющий вход коммутатора 10, который коммутирует на выход попеременно сигналы то с первого, то с второго выходов генератора 9 сигналов с эталонным сдвигом фаз.

Напряжение с выхода фазового детектора 6 поступает ,на управляющие входы генератора 4 и полосового фильтра 14 в качестве сигнала отрицательной обратной связи в системе фазовой автоматической подстройки частоты, обеспечивающей стабилизацию частоты fp±F в двух точках фазочас,- тотной характеристики п-го резонанса (ФЧХ) измерительной камеры 1, отличающихся от центральной точки ФЧХ с нулевой фазой на ± -|--. При поступлении сигнала с второго выхода генератора 9 на второй вход фазового детектора 6 система ФАПЧ настраивается на точку ФЧХ, в которой разность фаз между сигналами на входе и сигналом на выходе измерительной камеры 1 равна . Это достигается предварительной настройкой фазового детектора 6. При поступлении на второй вход фазового детектора 6 с первого выхода генератора 9 сигнала с фазой, отличающейся от фазы сигнала на втором выходе на ±, система ФАПЧ настраивается на точку ФЧХ с фазой

о± . Таким образом, обеспечивается .модуляция разности фаз между сигналом на входе и сигналом на выходе измерительной камеры 1. Возникающую при этом девиацию частоты 7f«. обратно пропорциональную добротности измерительной камеры 1 с исследуемой средой, измеряет измеритель 13 девиации частоты, а частотомер 12 измеряет среднее значение частоты „

Скорость ультразвука С определяют по среднему значению частоты „ из следующего соотношения;

я п.-2

(1,

номер резонанса;

расстояние между ультразвуковыми

преобразователями, которое постоянно.

Номер п определяют из следующего соотношения:

п In

(2)

Частоту X измеряют с помощью инвертирования сигнала в усилителе 5 низкой частоты.

Коэффициент поглощения связан с величиной девиации частоты следующим соотношением:

Jl« + в, f,,л;

где л - длина ультразвуковой волны,

В - постоянная, которая характеризует потери энергии, не обусловленные поглощением ультразвука в исследуемой среде.

Использование изобретения обеспечит исключение составляющей погрешности измерений, связанной с ошибкой в системе регулирования частоты и фазы, что повышает точность измерения устройства.