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

3 /4

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости ультразвука в материалах, в частности в бетоне. Цель изобретения - повышение точности измерений. Устройство содержит синхронизатор 1, генератор 2 импульсов, излучающий и приемный акустические преобразователи 3 и 4, N- канальный усилитель 5, ключ 6, пиковый детектор 7, делитель 8 напряжения, первый 9, второй 10, третий 16 и четвертый 17 компараторы напряжения, первый 11, второй 12 и третий 14 триггеры, измеритель 13 интервалов времени, экстрематор 15, схему 18 эквивалентности, схему 19 совпадений и реверсивный счетчик 20. В образце 21 исследуемого материала акустическим преобразователем 3 возбуждаются ультразвуковые колебания, которые принимаются приемным преобразователем 4, усиливаются усилителем 5 и через ключ 6 поступают на экстрематор 15, на выходе которого получают импульсы, совпадающие с экстремумами импульсов первого вступления. Амплитуда импульса первого вступления анализируется компараторами 16 и 17 напряжения, на которые подаются опорные напряжения, соответственно Ui и U2, по результатам анализа с помощью схемы 18 эквивалентности, схемы 19 совпадения и реверсивного счетчика выбирается необходимый канал усиления. 1 ил. i (Л

ю

СП

4 О5

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости ультразвука в материалах, в частности в бетоне.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, генератор 2

акустическим преобразователем 4. Сигнал с выхода последнего усиливается N-ступенчатым усилителем 5 и через ключ 6 поступает на вход экстрематора 15. На выходе с экстрематора 15 получают импульсы, совпадающие с экстремумами импульсов первого вступления. Эти импульсы сбрасывают третий триггер 14, который закрывает ключ 6. На выходе ключа б получают периодическую последовательность импульимпульсов и излучающий акустический преоб- 10 сов длительностью от момента первого разователь 3, последовательно соединенныевступления до первого экстремума, которая

приемный акустический преобразователь 4, N-ступенчатый усилитель 5, ключ 6, пикодалее поступает на пиковый детектор 7.

и входы компараторов 9 и 10 напряжения. С пикового детектора 7 напряжение, равния, первый 9 и второй 10 компараторы . ное по величине амплитуде первого вступ- напряжения, первые входы которых сое-ления, поступает на делитель 8 напряжевый детектор 7 и делитель 8 напряжединены с выходом ключа 6, а вторые входы - с соответствующими выходами делителя 8 напряжения, первый триггер 11, первый вход которого подключен к синхронизатору 1, а второй вход - к выходу первого компаратора 9 напряжения, второй триггер 12, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого 9 и второго 10 компараторов напряжения, измеритель 13 интервалов времени, входы которого подключены к выходам первого 11 и второго 12 триггеров, третий триггер 14, первый вход которого соединен с синхронизатором 1, а выход - с управляющим входом ключа 6, экстрематор 15, вход которого связан с выходом ключа 6, а выход - с вторым входом третьего триггера 14, третий 16 и четвертый 17 компараторы напряжения, первые входы которых соединены с выходом ключа 6, а вторые входы предназначены для подачи на них опорных напряжений соответственно Ui и U2, схему 18 эквивалентности, входы которой соединены соотетственно с выходами третьего 16 и четвертого 17 компараторов напряжения, схему 19 совпадений, первый

ния, с выходов которого на вторые входы компараторов 9 и 10 поступают опорные напряжения Uoi KiAi и Uo2 К2А|. Первый компаратор 9, срабатывая 20 по уровню Uoi, сбрасывает первый триг- тер 11, образуя на выходе импульс длительностью T-j-Ati, где Т - время от импульса синхронизатора до момента первого вступления; Ati - время от момента первого вступления до момента сра25

30

35

батывания первого компаратора 9 напряжения. Этот импульс поступает на суммирующий вход измеритеря 13 интервалов времени.

Одновременно со сбросом второго триггера 12, который сбрасывается вторым компаратором 10, срабатывающим по уровню Uo2, на выходе второго триггера 12 формируется импульс длительностью At2 от момента срабатывания первого компаратора до момента срабатывания второго компаратора 10 напряжения. Этот импульс поступает на вычитающий вход измерителя 13 интервалов времени, на выходе которого получают, например, в цифровом коде величину T+Ati-At2. Величины Ki и К2 выи второй входы которой подютючены соот- 40 бирают такими, чтобы выполнялось соотношение , в результате чего получают величину Т, соответствующую времени распространения ультразвука.

С выхода ключа 6 сигнал поступает управления реверсом подключен к выходу на первые входы третьего 16 и четвер- четвертого компаратора 17 напряжения, атого 17 компараторов напряжения. Третий

компаратор 16 срабатывает по уровню Ui, а четвертый компаратор 17 - по уровню U2. Импульсы с выходов третьего 16 и четвертого 17 компараторов напряжеветственно к выходам экстрематора 15 и схемы 18 эквивалентности, реверсивный счетчик 20, счетный вход которого связан с выходом схемы 19 совпадения, вход

выход - к управляющему входу N-сту- пенчатого усилителя 5. Кроме того, на чертеже показан образец 21 исследуемого материала.

зом.

Устройство работает следующим обра- Q ния поступают на первый и второй входы

схемы 18 эквивалентности, на выходе которой появляется сигнал тогда, когда третий 16 четвертый 17 компараторы напряжения находятся в одинаковом состоянии. Сигнал с выхода схемы 18 эквиваС синхронизатора 1 периодическая последовательность импульсов поступает на запуск генератора 2 импульсов, первого триггера 11 и третьего триггера 14. В образсхемы 18 эквивалентности, на выходе которой появляется сигнал тогда, когда третий 16 четвертый 17 компараторы напряжения находятся в одинаковом состоянии. Сигнал с выхода схемы 18 эквиваце 21 исследуемого материала с по- 55 лентности поступает на первый вход схемы 19

мощью излучающего акустического преобразователя 3 возбуждаются ультразвуковые колебания, которые принимаются приемным

совпадения, на второй вход которой поступают импульсы с выхода экстрематора 15.

акустическим преобразователем 4. Сигнал с выхода последнего усиливается N-ступенчатым усилителем 5 и через ключ 6 поступает на вход экстрематора 15. На выходе экстрематора 15 получают импульсы, совпадающие с экстремумами импульсов первого вступления. Эти импульсы сбрасывают третий триггер 14, который закрывает ключ 6. На выходе ключа б получают периодическую последовательность импульсов длительностью от момента первого вступления до первого экстремума, которая

ния, с выходов которого на вторые входы компараторов 9 и 10 поступают опорные напряжения Uoi KiAi и Uo2 К2А|. Первый компаратор 9, срабатывая 0 по уровню Uoi, сбрасывает первый триг- тер 11, образуя на выходе импульс длительностью T-j-Ati, где Т - время от импульса синхронизатора до момента первого вступления; Ati - время от момента первого вступления до момента сра5

0

5

батывания первого компаратора 9 напряжения. Этот импульс поступает на суммирующий вход измеритеря 13 интервалов времени.

Одновременно со сбросом второго триггера 12, который сбрасывается вторым компаратором 10, срабатывающим по уровню Uo2, на выходе второго триггера 12 формируется импульс длительностью At2 от момента срабатывания первого компаратора до момента срабатывания второго компаратора 10 напряжения. Этот импульс поступает на вычитающий вход измерителя 13 интервалов времени, на выходе которого получают, например, в цифровом коде величину T+Ati-At2. Величины Ki и К2 выния поступают на первый и второй входы

схемы 18 эквивалентности, на выходе которой появляется сигнал тогда, когда третий 16 четвертый 17 компараторы напряжения находятся в одинаковом состоянии. Сигнал с выхода схемы 18 эквивасовпадения, на второй вход которой поступают импульсы с выхода экстрематора 15.

генератор импульсов и излучающий акустический преобразователь, последовательно соединенные приемный акустический преобразователь, N-ступенчатый усилитель, ключ, пиковый детектор и делитель напряжения, первый, второй и третий компараторы напряжения, первые входы которых соединены с выходами ключа, вторые входы первого и второго компараторов напряжения соединены с соответствующими выходами деВ результате с выхода схемы 19 совпадения на счетный вход реверсивного счетчика 20 поступают счетные импульсы, соответствующие экстремумам импульсов первого вступления, в те моменты, когда с амплитуда импульсов первого вступления либо . Если , то на выходе счетчика 20 после счета импульсов с выхода схемы 19 совпадения устанавливается код, с помощью которого на вход,. , „„

ключа 6 подключается выход N-ступенча- лителя напряжения, второй вход третьего того усилителя 5 с более высоким коэф-компаратора напряжения предназначен для

фициентом усиления, при котором .- подачи на него опорного напряжения U:, Если , то в момент счета напервый триггер, первый вход которого

вход управления реверсом счетчика 20соединен с синхронизатором, а второй вход -

поступает сидгнал с выхода четвертого 5 с выходом первого компаратора напряже- компаратора 17 напряжения, счет произво-ния, второй триггер, первый и второй входится в обратном направлении, в результа-ды которого соединены соответственно с

те на вход ключа 6 подключается выходвыходами первого и второго компараторов

N-ступенчатого усилителя с меньщим коэф-напряжения, измеритель интервалов времефициентом усиления, при котором , входы которого подключены соответст- Ai :U2. Минимальное значение коэффи- 20 венно к выходам первого и второго триг- циента усиления первой ступени усилителя 5геров, третий триггер, первый вход котои максимальное значение коэффициента усиления после последней ступени усилителя 5 определяют из соотнощений:

K.«MK. - l/Alnwn ; .

где,А1икнИ A|rt«t - минимальная и максимальная величины амплитуды первого вступ- .ления.

Коэффициент усиления каждой из ступеней, начиная с второй, определяется соот- ЗО тором напряжения, первый вход которого ношением Kve.cm..U2/U.. Количество ступе-соединен с выходом ключа, а второй вход

предназначен для подачи на него опорного напряжения Uo, схемой эквивалентности, входы которой соединены соответственно с выходами третьего и четвертого компара- 35 торов напряжения, а выход - с вторым входом схемы совпадения, и реверсивным счетчиком, счетный вход которого соединен с выходом схемы совпадения, вход управления реверсом - с выходом четвертого компаратора напряжения, а выход -

рого подключен к синхронизатору, а выход соединен с управляющим входом ключа, экстрематор, вход которого соединен с выхо- 25 дом ключа, а выход - с вторым входом третьего триггера, и схему совпадений, первый вход которой соединен с выходом экстрематора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено четвертым компараней усиления усилителя 5 определяют из соотношения

N-fn.

/(ай.яАкс

- Kite.HMH I 1 Л 1/г с/1 Луг. ПЛ1

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости--г . .,.

ультразвука в материалах, содержащее по- с управляющим входом N-канального уси- следовательно соединенные синхронизатор,лителя.

генератор импульсов и излучающий акустический преобразователь, последовательно соединенные приемный акустический преобразователь, N-ступенчатый усилитель, ключ, пиковый детектор и делитель напряжения, первый, второй и третий компараторы напряжения, первые входы которых соединены с выходами ключа, вторые входы первого и второго компараторов напряжения соединены с соответствующими выходами де,. , „„

лителя напряжения, второй вход третьего компаратора напряжения предназначен для

тором напряжения, первый вход которого соединен с выходом ключа, а второй вход

рого подключен к синхронизатору, а выход соединен с управляющим входом ключа, экстрематор, вход которого соединен с выхо- дом ключа, а выход - с вторым входом третьего триггера, и схему совпадений, первый вход которой соединен с выходом экстрематора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено четвертым компара