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

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

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет уменьшения паразитного времени задержки.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого измерителя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Измеритель содержит последовательно соединенные генератор 1 импульсов, электроакустический преобразователь 2 (ЭАП) с протектором 3 и отражателем 4, ограничитель 5 импульсов и первый компаратор 6, последовательно соединенные управляемый ключ 7, интегратор 8 и второй компаратор 9, последовательно соединенные управляемый генератор 10, делитель 11 частоты и распределитель 12 импульсов, две цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных управляемого RS- триггера 13(14), интегратора 15(16) и

сумматора 17(18), регистратор 19, вход которого подключен к выходу управляемого генератора 10, RS-триггер 20, счетный триггер 21, линию 22 задержки и схему ИЛИ 23. Первый выход распределителя 12 импульсов соединен со входами генератора 1 импульсов и линии 22 задержки, второй выход распределителя 12 импульсов соединен с первым входом схемы ИЛИ 23 и с S-входом счетного триггера 21, третий выход распределителя 12 импульсов соединен с R-входом счетного триггера 21 и с управляющим входом управляемого RS-триггера 13 первой цепи, четвертый выход распределителя 12 импульсов соединен со вторым входом схемы ИЛИ 23. пятый выход распределителя 12 импульсов соединен с управляющим входом управляемого RS-триггера 14 второй цепи. Второй вход первого кo iпapaтopa 6 подключен к выходу линии 22 задержки, выход первого компаратора 6 соединен с С-входом счетного триггера 21, управляющий вход управляемого ключа 7 подключен к выходу счетного триггера 21, пмформаци(Л

с

о о

СА)

Р

00

онный вход управляемого ключа 7 заземлен, второй вход второго компаратора 9 подключен к выходу румматора 18 второй цепи, вход управляемого генератора 10 соединен с выходом сумматора 17 первой цепи, прямой и инверсный выходы Р5-т0иггера 20 подключены соответственно к S- и R-входам управляемых RS-триггеров 13 и 14 первой и второй цепей, вторые входы сумматоров 17 и 18 первой и второй цепей предназначены для подключения к источникам положительного напряжения, S-и R-входы RS-триггера 20 подключены соответственно к выходам второго компаратора 9 и схемы ИЛИ 23.

Измеритель работает следующим образом.

Импульсы частотой F управляемого генератора 10 через делитель 11 частоты с коэффициентом К деления поступают на вход распределителя 12 импульсов. Импульсы на выходах распределителя 12 показаны на диаграммах 24-31 (фиг. 2).

По переднему фронту импульса 24 с первого выхода распределителя 12 генератор 1 импульсом 32 возбуждает ЭАП 2, излучающий акустические колебания. После распространения в протекторе 3 акустические колебания частично проходят в контролируемую среду, а частично отражаюдся от границы протектор 3 - среда вследствие различия их акустических импедансов и возвращаются обратно по толще протектора 3 к ЭАП 2 через время Гп и преобразуются в электрический импульс первого приемного сигнала А.

Акустические колебания, распространяясь в контролируемой среде, достигают отражателя 4 и, отражаясь от него, возвращаются обратно через время 2 Ткс к ЭАП 2, где преобразовываются во второй приемный сигнал В.

Первый компаратор 6, стробируемый по второму входу через линию 22 задержки от переднего фронта импульса 24 первого выхода распределителя 12, не пропускает в измерительный канал импульс А ударного возбуждения. Импульсы С и D с выхода компаратора 6 поступают на С-вход счетного триггера 21, формируя на его входе импульс 35, управляющий через ключ 7 зарядом конденсатора интегратора 8.

Линейно нарастающее напряжение 36 интегратора 8 поступает на вход второго компаратора 9, где сравнивается с опорным напряжением на втором входе компаратора 9. При равенстве напряжений на входах на выходе компаратора 9 возникает импульс 37, устанавливающий RS-триггер 20 в состояние 1 (диаграмма 38 на фиг. 2).

Управляемый RS-триггер 14 в течение длительности импульса 26 с третьего выхода распределителя 12, действующего на его управляющем V-входе, устанавливается

также в состояние 1, разрешающее заряд конденсатора интегратора 16. Напряжение 39 на выходе последнего увеличивается до некоторого значения,.которое, суммируясь на входе сумматора 18 с напряжением Uo,

увеличивается на его выходе до значения U д (диаграмма 39 на фиг. 2), поступающего на опорный вход компаратора 9.

Таким образом, напряжение пропорционально информативной длительности 2 Гкс

(диаграмма 34 на фиг. 2). Совокупность блоков 21, 7, 8, 9, 20, 14, 16 и 18 представляет собой следящий преобразователь длительность временного интервала 2 Гкс - напряжение, выходное напряжение которого не

зависит от случайных воздействий внешних условий, помех и утечек конденсатора. Напряжение Uo на входе сумматора 18 отличается от максимального значения напряжения на входе интегратора 8 на величину, определяемую воздействиями температур, помехами и нестабильностями срабатываний элементов.

Импульс с четвертого выхода распределителя 12, поступая на S-.вход RS-триггера

20, устанавливает его вторично в состояние 1 (диаграмма 40 на фиг. 2). Через управляемый ключ 7 конденсатор интегратора 8 начинает заряжаться, преобразуя в напряжение длительность 2 Три двух последовательных(четвертого и пятого) выходных импульсов распределителя 12. При достижении линейно изменяющимся напряжением значения, равного Ui (диаграмма 41 на фиг. 2) на опорном входе компаратора 9,на

выходе последнего формируется выходной импульс 42 (фиг. 2), в результате чего RSr триггер 20 устанавливается в состояние 1, и в течение шестого импульса распределителя 12, воздействующего на управляющий

V-вход управляемого RS-триггера 13, с выхода последнего сигнал логической 1 поступает на вход интегратора 15, обеспечивая заряд его конденсатора, напряжение которого представлено на диаграмме 44 (фиг. 2).

Выходное напряжение сумматора 17, представляющее собой сумму напряжения (диаграмма 44 на фиг. 2) интегратора 15 и постоянного напряжения, подается на вход

управляемого генератора 10. При этом частота его увеличивается, а длительность импульсов распределителя 12 уменьшается. Уменьшение длительности 2 Гри приводит к сближению передних фронтов выходного

импульса (диаграмма 42 на фиг. 2) компаратора 9 и импульса (диаграмма 29 на фиг, 2) с третьего выхода распределителя 12.

Сумматор 17 служит для ускорения достижения установившегося режима при включении. Если выходная частота измерителя, пропорциональная изменению скорости звука от Cmin до Стах, изменяется соответственно от Fmin до Fmax, то значение напряжения + Uo выбирают из условия обеспечения на выходе управляемого генератора 10 частоты Fmin при воздействии на его управляющий вход напряжения.

В установившемся режиме работы измерителя соблюдается условие 2Гкс 2Гри , . -2L ., К

kcQ- , И Три р-, ТО

КС L а так как

F

Формула изобретения

Измеритель скорости звука, содержащий последовательно соединенные генератор импульсдв, электроакустический преобразователь с отражателем, ограничитель импульсов и первый компаратор, последовательно соединенные управляемый генератор, делитель частоты и распределитель импульсов, первый выход которого со- единен с входом генератора импульсов, и регистратор, вход которого подключен к выходу управляемого генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен двумя це- пями, каждая из которых состоит из после10

0

5 0 5

довательно соединенных управляемого RS- триггера, интегратора и сумматора, вторым компаратором, RS-триггером, счетным триггером, линией задержки, вход которой подключен к первому выходу распределителя импульсов, выход линии задержки соединен с вторым входом первого компаратора, и схемой ИЛИ, S-и R-входы управляемых RS- триггеров подключены соответственно к прямому и инверсному выходам RS-тригге- ра, С-вход счетного триггера подключен к выходу первого компаратора, второй выход распределителя импульсов соединен с первым входом схемь ИЛИ и с S-входом счетного триггера, третий выход распределителя иМ- пульсов соединен с R-входом счетного триггера и с управляющим входом управляемого RS-триггера первой цепи, выход счетного триггера подключен к управляющему входу управляемого ключа, информационный вход которого заземлен, выход интегратора соединен с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с выходом сумматора второй цепи, выход второго компаратора соединен с S-входом RS- триггера, второй вход схемы ИЛИ подключен к четвертому выходу распределителя импульсов, пятый выход которого соединен с управляющим входом управляемого RS-триггера второй цепи, выход схемы ИЛИ соединен с R-входом RS-триггера, вторые входы сумматоров первой и второй цепей предназначены для подключения к источникам положительного напряжения, а выход сумматора первой цепи соединен с входом управляемого генератора.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости звука в жидких средах. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет исключения временной зоны нечувствительности работы делителя. В измерениях используются сигналы, отраженные от границы протектор электроакустического преобразователя - исследуемая среда и распространяющиеся в протекторе, в качестве элемента памяти, запоминающего длительность временных интервалов, применен интегратор, а для сравнения временных интервалов, преобразованных в напряжения, использован компаратор. 2 ил.

-„ -