Цифровой измеритель скорости распространения ультразвуковых колебаний Советский патент 1989 года по МПК G01H5/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля теплотехнических процессов и качества материалов по скорости распространения ультразвуковых колебаний в химической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности

Цель изобретения - повышение точ- ности измерений за счет автоматического выбора пределов измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний.

На фиг о 1 изображена структурная схема цифрового измерителя; на фиг о 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие его работу; на фиг. 3 - структурная схема блока автоматического переключения разрядов; на фиг„4 структурная схема блока деления кодов о

Цифровой измеритель скорости распространения ультразвуковых колебаний содержит последовательно соеди- ненные синхронизатор 1, генератор 2 зондирующих импульсов, излучатель 3, приемник 4, усилитель 5 и первый формирователь 6, первый триггер 7, первую схему В совпадения, генератор 9 калиброванной частоты, вторую схему 10 совпадения, блок автоматического переключения разрядов,первый и второй счетчики 12 и 13, умножитель 14 частоты, входы которого под- ключены к выходам первого и второго счетчиков 12 и 13, первый и второй демультиплексоры 15 и 16, третий счетчик 17, последовательно соединенные регистр 18, блок 19 деления ко- дов и третью схему 20 совпадения, составляющие блок 21 определения коэффициентов пересчета, последовательно соединенные второй триггер 22, четвертую схему 23 совпадения, чет- вертый счетчик 24 и второй формирователь 25 , Выход синхронизатора 1 связан с первыми входами первого триггера 7, блока 11 автоматического переключения разрядов, первого и второго счетчиков 12 и 13, блока 19 деления кодов и с вторым входом четвертого счетчика 24, второй вход первого триггера 7 подключен к выходу первого формирователя 6, выход генератора 9 калиброванной частоты соединен с вторыми входами первой и четвертой схем 8 и 32 совпадения и с первым входом второй схемы 10 совпадения,

первый выход первого триггера 7 связан с первым входом первой схемы 8 совпадения, второй (инверсный) выход перпого триггера 7 подключен к второму входу второй схемы 10 совпадения и к входу второго формирователя 25, выходы первого счетчика 12 соединены с входами блока 11 автоматического переключения разрядов,первый выход 26 блока 11 автоматического переключения разрядов связан с первыми входами первого и второго демультиплексоров 15, 16 и второго формирователя 25, вторые входы первого и второго демультиплексоров 15 и 16 соединены соответственно с выходами второй схемы 10 совпадения и умножителя 14 частоты, входы второго счетчика 13 связаны с выходами первого демультиплексора 15, а второй вход первого счетчика 12 подключен к выходу первой схемы 8 совпадения.

Блок 11 автоматического переключения разрядов состоит из m D-тригге ров 27„1...27т, элемента 28 И-ИЛИ, счетчика 29, Входы начальной установки триггеров 27.1.оD27m соединены между собой и с входом начальной установки счетчика 29. Стробирующие входы каждого триггера 27„1„ , „27т соединены с выходами соответствующих разрядов счетчика 12 умножителя 4 частоты.

Выход элемента 28 И-ИЛИ соединен с входом счетчика 29 и с входом 30 блока деления кодов. Выход 26 счетчика 29 соединен с управляющими входами первого 15 и второго 16 демультиплексоров.

Клок 1е деления кодов содержит сдвиговый регистр 31, блок 32 элементов И, стробирующий вход 33, входную кодовую тику 34, выходную кодовую шину 35.

Измеритель работает следующим образом о

Импульс с выхода синхронизатора 1 (фиг„2а) поступает на первый вход триггера 7 и устанавливает его в состояние Одновременно этот импульс служит импульсом сброса для счетчиков i2 и 13 умножителя 14 частоты, счетчика 24, счетчика 29 блока 11 автоматического переключения разрядов, импульсом начальной установки триггеров 27.1ссо27„т и регистра и запускающим импульсом для генератора 2 колебания возбуждают излуча514

тель 3, ультразвуковые колеПлния которого проходят путь до приемника 4, преобразующего ультразвуковые колебания в электрический сигнпл, который усиливается усилителем 5 (фиг.26) и подается на вход формирователя 6, выходной прямоугольный импульс (фиг.2в), который поступает на второй вход триггера 7 и опрокидывает его в состояние О.

Таким образом, на выходе триггера 7 формируется прямоугольный импульс (фиг.2г), длительность которого равна времени распространения ультразву новых колебаний в исследуемом материале. Этот импульс с прямого выхода триггера 7 поступает на первый вход схемы 8 совпадения, кч згорок БХОД которой поступают импульсы с генера- тора 9 калиброванной частоты (фиг0 2д), выход схемы 8 совпадения соединен с входом счетчика 12 умножителя 14 частоты, В счетчике 12 фиксируется К-разрядное число, равное количеству импульсов (фиг,2е), поступающих на его вход за время t, т.еа

(О

N fn

-4

где f0 - частота генератора калиброванной частоты С изменением сьойств исследуемого материала время tM распространения ультразвука будет изменяться в пределах t1MMH 4 tM 4 t1waKt, Следовательно, диапазон возможного ТС будет удовлетворять неравенству

1 6 - lЈN,Ma«c

(2)

где m - количество разрядов счетчика 12;

К - количество разрядов, заполненных числом N/ в счетчике 12 умножителя 14 частоты. В счетчике 29 блока 11 автоматического переключения разрядов будет зафиксирован код, равньй количеству К заполненных отрядов в счетчике 12„ При этом при поступлении импульса переноса с 1-го разряда счетчика 12 он проходит через элемент 28 И-ИЛИ на счетный вход счетчика 29 и по задВыходной код блока 11 автоматического переключения разрядов, пропорциональный количеству К заполненных разрядов числом К л счетчике 12, поступает на первый входы демульти- плексоров 16 и 15, на второй вход последнего поступают импульсы (фиг 2д с генератора 9 калиброванной частоты через открытую инверсным выходом триггера 7 схему 10 совпадения, выходные импульсы (Фиг.2и) де- мультиплексора 15 с частотой поступают на собственно выбранный блоком 11 автоматического переключения разрядов вход счетчика 13 умножителя 14 частоты,

С выхода умножителя 14 частоты импульсы (фиг.2к) поступают на второй вход демультиплексора 16, среднее значение частоты которых определяется из выражения

к

fy

f0- N,/10

(3)

По переднему фронту импульса

(фиг„2л), сформированного на инверсном выходе триггера 7, формирователь 25 формирует на своем выходе короткий прямоугольный импульс (фиг о 2м),

который устанавливает триггер 22 в состояние I, выходной сигнал которого поступает на первый вход схемы 23 совпадения, на ее второй вход поступают импульсы с генератора 9, выход схемы 23 совпадения соединен с входом счетчика 24. Одновременно выходной импульс (фиг,2м) формирователя 25 устанавливает счетчик 17 в состояние О, и на соответственно

выбранный блоком 11 вход счетчика 17 поступают импульсы (Фиг.2н) с демультиплексора 16 с частотой fy, выходной код числа импульсов которого поступает на второй вход схемы 20 устрой ства 21 автоматического определения коэффициента пересчета.

Если установить код числа N0 1 fc/10, где 1 - длина акустической базы, в регистре 18, выходы которого соединены с вторыми входами блока 19 деления кодов, то. на выходе блока 19 получим код.числа

,/ЮК,

N. 1

(4)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля технологических процессов и материалов по скорости распространения ультразвуковых колебаний. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет автоматического выбора пределов измерения. Устройство снабжено блоком 11 автоматического переключения разрядов, блоком 21 определения коэффициентов пересчета, первым 15 и вторым 16 демультиплексорами, третьим 17 и четвертым 24 счетчиками, вторым триггером 22 и вторым формирователем 25. 4 ил.

нему фронту сбрасывает соответствующий триггер 2701оо 273т в нулевое 55 так как на стробирующий вход сдпиго- состояние, что запрещает поступлениевого регистра 31 поступают К импульна счетный вход счетчика 29 следующих импульсов переноса с 1-го разряда„

сов, которые сдвигают в младших К разрядах регистра 31 нули При равенсов, которые сдвигают в младших К разрядах регистра 31 нули При равенстве кодов, поступающих на входы схемы 20, на ее выходе формируется прямоугольный импульс, который устанавливает триггер 22 в состояние

Таким образом, на выходе триггера 22 будет сформирован прямоугольный импульс (фиг.2п) длительностью

ta

Nr

(5)

Я

За время t$ в счетчике 24 будет зафиксировано количество импульсов (фиг„2р), равное скорости распространения ультразвуковых колебаний в материале, ,т.е„

N2 fo

tft - -s-(6)

Формула изобретения

Цифровой измеритель скорости распространения ультразвуковых колебаний, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, излучатель, приемник, усилитель и первый формирователь, первый триггер, первый и второй входы которого соединены с выходами синхронизатора и первого формирователя, первую схему совпадения, первый вход которой подключен к первому выходу первого триггера, генератор калиброванной частоты,вто- рую схему совпадения, второй триггер первый, второй, третий и.четвертый счетчики и умножитель частоты,первые входы первого, второго и четвертого счетчиков соединены с выходом синх- ронизатора, первый вход второй схемы совпадения и второй вход первой схемы совпадения подключены к выходу генератора калиброванной частоты, второй вход первого счетчика связан

0

5

0

5 0 j 0

с выходом первой схемы совпадения, входы умножителя частоты подключены к первому и второму счетчикам,второй выход первого триггера соединен с вторым входом второй схемы совпадения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен блоком автоматического переключения разрядов, первый вход которого связан с выходом синхронизатора, первый и вторым демультиплексорами, первые входы которых подключены к первому выходу блока автоматического переключения разрядов, последовательно соединенные регистром, блоком деления кодов, . третьей схемой совпадения, второй вход которой подключен к выходу третьего счетчика, вторым формирователем и четвертой схемой совпадения, второй вход которой связан с выходом генератора калиброванной частоты и вторым формирователем, вход которого соединен с вторым выходом первого триггера, вторые входы первого и второго демультиплексоров подключены соответственно к выходам второй схемы совпадения и умножителя частоты, выходы первого демультиплек- сора связаны с входами второго счетчика, выходы первого счетчика соединены с входами блока автоматического переключения разрядов, выход которого связан с вторым входом блока деления кодов, третий вход которого подключен к выходу синхронизатора, входы третьего счетчика соединены с выходами второго демультиплексора, третий вход третьего счетчика и второй вход второго триггера соединены с выходом второго формирователя,второй вход четвертого счетчика подключен к выходу четвертой схемы совпадения о

Фиг. 2

J3

W

4k

$

.V

L У V

9 e e

32

j