Измеритель скорости звука Советский патент 1990 года по МПК G01H5/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости звука в жидких средах.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет уменьшения влияния изменений амплитуды приемного сигнала.

На фиг. 1 представлена структурная схема измерителя,- на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие его работу.

Измеритель скорости звука содержит последовательно соединенные генератор 1 импульсов, электроакустический преобразователь (ЭАП) 2 со ступенчатым отражателем 3,ограничитель 4 импульсов и компаратор 5, последовательно соединенные дискриминатор 6, коммутатор 7, интегратор 8, управляемый генератор 9, делитель 10 частоты и распределитель 11 импульсов, подключенный к выходу управляемого генератора 9 регистратор 12, первый 13 и второй . 14 RS-триггеры, последовательно соединенные линию 15 задержки, пиковый детектор

16, аттенюатор 17 и первый управляемый ключ 18 и вторые управляемый ключ 19 и распределитель 20 импульсов. Второй вход пикового детектора 16 соединен с выходом ограничителя 4 импульсов, выход компаратора 5 соединен с первым входом второго распределителя 20 импульсов, первый и второй выходы первого распределителя 11 импульсов соединены соответственно с входом генератора 1 импульсов и первым входом дискриминатора 6, третий выход первого распределителя 11 импульсов подключен к второму входу второго.распределителя 20 импульсов и R-входам первого 13 и второго 14 RS-триггеров, S-входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам второго распределителя 20 импульсов, третий выход которого соединен с вторым входом дискриминатора 6 и управляющим входом коммутатора 7, второй вход компаратора 5 связан с выходами первого 18 и второго 19 управляемых ключей, управляющие входы которых подключесл

GJ

ны соответственно к прямому и инверсному выходам первого RS-триггера 13, вход второго управляемого ключа 19 предназначен для подключения к источнику положительного напряжения, а инверсный выход второго RS-триггера 14 соединен с входом линии 15 задержки. Выходные сигналы с распределителей представлены диаграммами 21-32 на фиг. 2,

Измеритель скорости звука работает следующим образом.

Выходные импульсы управляемого генератора 9 (21, фиг. 2) поступают на вход делителя 10 частоты, последовательность импульсов с выхода которого поступает на первый распределитель 11 импульсов, вь1- ходные сигналы которого представлены на временных диаграммах 23-25 фиг. 2.

По переднему фронту импульса с первого выхода распределителя 11 (23) генератор 1 формирует импульс 26, возбуждающий ЭАП 2, который излучает в исследуемую среду акустические колебания, распространяющиеся до поверхности отражателя 3 и

обратно.

Ступенька отражателя 3 позволяет разделить во времени отраженные акустические колебания и получить на выходе . ограничителя 4 два приемных импульса В и С. Импульс А возникает на выходе ограничителя 4 при поступлении на его вход импульса 26 ударного возбуждения от генератора 1. Импульс В возникает на выходе ЭАП 2 в результате прохождения в исследуемой среде-расстояния 2L1, а импульс С - расстояния 2L2.

В исходном состоянии RS-триггеры 13 и 14 и распределитель 11 установлены в состояние О, с инверсного выхода RS- триггера 13 сигнал 1 поступает на управляющий V-вход ключа 19, через информационный Х-вход которого на второй вход компаратора 5 подается некоторое положительное постоянное напряжение Uo, являющееся опорным для приема компаратором импульсов А и В, С инверсного выхода RS-григгера 14 через линию 15 задержки сигнал 1 поступает на второй вход (сброса) пикового детектора 16.

Импульс D, сформированный на выходе компаратора 5 вследствие приема импульса -А на пороговом уровне Do, поступает на первый вход второго распределителя 20, на

втором выходе которого формируется импульс 29, по переднему фронту которого RS- триггер 14 устанавливается в состояние 1. С инверсного вь1хода последнего через линию 15 задержки сигнал О поступает на первый вход пикового детектора 16, подготавливая его к работе. Линия 15 задерживает открытие пикового детектора 16 на время Тз , равное длительности импульса D. Таким образом, при поступлении на вход

пикового детектора 16 импульса В на выходе детектора 16 формируется уровень напряжения, пропорциональный максимальному значению амплитуды приемного сигнала В. Аттенюатор 17 производит деление выходного напряжения пикового детектора в раз, Коэффициент деления аттенюатора Кат определяется соотношением

Кат К ПД

где Кпд- козффициент усиления пикового детектора 16;

X - отношение амплитуды приемного сигнала к желаемому уровню порогового напряжения компарации, как правило выбира- ется х 5 + 10.

Импульс В принимается также компаратором 5 на постоянном пороговом уровне Uo и поступает на вход второго распределителя 20, на первом выходе которого формируется импульс 30.

По переднему фронту ил(1пульса 30 RS- триггер 13 устанавливается в состояние 1. При зтом на управляющий V-вход ключа 18 поступает сигнал 1, а на V-вход ключа 19- сигнал О. Ключ19 закрывается, и на второй вход компаратора 5 начинает поступать выходное напряжение аттенюатора 17.

Прием сигнала С осуществляется ком- паратором 5 на пороговом уровне Unop UaT, сформированном от сигнала В. При малом значении расстояния AL L2 - Li для изменения амплитуды сигнала по сравнению с амплитудой сигнала В значение х удет оди- наково.для обоих приемных сигналов В и С. Таким образом, прием сигнала С на следящем за величиной амплитуды сигнала пороговом уровне компарации Uar устраняет случайную погрешность, возникающую при приеме сигнала с переменной амплитудой на постоянном уровне компарации.

Приемный сигнал F поступает на вход распределителя 20, на третьем выходе которого формируется импульс 31. Временной интервал между передними фронтами импульсов 23 и 31 представляет собой время зондирования Гзонд акустическим сигналом исследуемой среды на расстоянии .

Взаиморасположение передних фрон- тов приемного импульса 31 с третьего выхода второго распределителя 20 и импульса 24 со второго выхода первого распределителя 11 анализируется дискриминатором 6. При опережении передним фронтом импульса

31 переднего фронта импульса 24 на прямом выходе дискриминатора 6 устанавливается сигнал логической 1, вследствие чего коммутатор 7 также устанавливается в состояние Г, напряжение 32 на выходе интегратора 8 повышается. Это приводит к увеличению выходной частоты f управляемого генератора 9, уменьшению длительности Три, сближению передних фронтов импульсов 31 и 24.

При опережении передним фронтом импульса 24 переднего фронта импульса 31 на прямом выходе дискриминатора 6 устанавливается сигнал логического О. На выходе коммутатора 7 также сигнал О, напряжение на интеграторе 8 уменьшается, что приводит к уменьшению частоты управт ляемого генератора 9 и увеличению длительности Гри .

Величина AL выступа отражающей поверхности, равная L2 - LI, выбирается таким образом,чтобы время AL распространения акустических колебаний на расстоянии А L в исследуемой среде превышало сумму временных задержек в пиковом детекторе 16, аттенюаторе 17 и ключе 18.

Формула изобретения

Измеритель скорости звука, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, электроакустический преобразователь с отражателем, ограничитель импульсов и компаратор, последовательно соединенные дискриминатор, коммутатор, интегратор, управляемый генератор, делитель частоты и первый распределитель импульсов, первый RS-триггер и регистратор, первый и второй выходы первого распределителя импульсов соединены соответственно с входом генератора импульсов и первым входом дискриминатора, вход регистратора подключен к выходу уп- 5 равляемого генератора, отличающий- с я тем. что. с целью повышения точности измерений за счет уменьшения влияния изменений амплитуды приемного сигнала, он снабжен вторым RS-триггером. послёдова- 0 тельно соединенным линией задержки, подключенной к инверсному выходу второго RS-триггера, пиковым детектором, аттенюатором и первым управляемым ключом и вторыми управляемым ключом и распреде- 5 лителем импульсов, выход компаратора соединен с первым входом второго распределителя импульсов, третий выход первого распределителя импульсов подключен к второму входу второго распреде0 лителя импульсов и R-входам первого и второго RS-триггеров. S-входы которых связаны соответственно с первым и вторым выходами второго распределителя импульсов, третий выход которого подключен к

5 второму входу дискриминатора и управляющему входу коммутатора, второй вход пикового детектора соединен с выходом ограничителя импульсов, прямой и инверсный выходы первого RS-триггера соедине0 ны соответственно с управляющими входами первого и второго управляющих ключей, выходы которых подключены к второму входу компаратора, вход второго управляемого ключа предназначен для

5 подключения к источнику положительного напряжения, а отражатель выполнен ступенчатым.

Фиг.1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости звука в жидких средах. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет уменьшения влияния изменений амплитуды приемного сигнала. При помощи RS-триггера, линии задержки, пикового детектора, аттенюатора, управляемых ключей и распределителя импульсов и благодаря выполненю отражателя ступенчатым формируется уровень компарации сигнала, отраженного от дальней ступеньки отражателя, в соответствии с амплитудой сигнала, отраженного от ближней ступеньки. 2 ил.

Фие.2