Устройство для измерения скорости ультразвука Советский патент 1991 года по МПК G01H5/00 

(Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для ультраакустических технологических и аналитических измерений в веществах, находящихся в различных агрегатных состояниях

Цель изобретения - повышение точности измерений путем обеспечения косвенных измерений скорости ультразвука

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит измерительный канал , состоящий из последовательно соединенных генератора 1 импульсов, излучающего преобразователя 2, приемного преобразователя 3, усилителя 4,

интегрирующего видеодетектора 5, формирователя 6 импульсов, синхронизируемого генератора 7 и регулируемого , усилителя 8 (выход регулируемого усилителя 8 соединен с входом генератора 1 импульсов), последовательно соединенных линейного усилителя 9, блока 10 привязки уровня, детектора 11 и усилителя 12 постоянного тока. Выход приемного преобразователя 3 соединен с входом линейного усилителя 9 Выход усилителя 12 постоянного тока соединен с вторым входом регулируемого усилителя 8. Устройство содержит также последовательно соединенные счетчик 13 импульсов ч управляемое сопротивление 14.

СО СО

10

20

Выход генератора 1 импульсов соединен с входом счетчика 13 импульсов, выход управляемого сопротивления 14 соединен с вторым входом интегрирую- щего видеодетектора 5„ Устройство содержит эталонный канал, состоящий из последовательно соединенных дополнительного генератора 15 импульсов, излучающего преобразователя 16, приемного преобразователя 17, усилителя 18, интегрирующего видеодетектора 19, формирователя 20 импульсов, синхронизируемого генератора 21 и регулируемого усилителя 22 (выход jj дополнительного регулируемого усилителя 22 соединен с входом дополнительного генератора 15 импульсов), последовательно соединенных дополнитель ных линеййого усилителя 23, блока 24 привязки уровня, детектора 25 и усилителя 26 постоянного тока Выход дополнительного приемного преобразователя 17 соединен с входом дополнительного линейного усилителя 23, 25 выход дополнительного усилителя 26 постоянного тока соединен с вторым входом регулируемого усилителя 22, Устройство содержит последовательно соединенные преобразователь 27 частота - напряжение и дополнительное управляемое сопротивление 28. Выход дополнительного генератора 15 импульсов соединен с входом преобразователя 27 частота-напряжение и с вторым входом счетчика 13 импульсов, а выход дополнительного управляемого сопротивления 28 соединен с вторым входом дополнительного интегрирующего видео- детектора 19.

При включении устройства в измерительном канале синхронизируемый генератор 7 вырабатывает электрический импульс, который, пройдя через регулируемый усилитель 8 и генератор 1 импульсов , усиливается и поступает на излучающий преобразователь 2, вызывая генерацию и излучение в среду акустического импульса Акустический импульс после прохождения исследуемой среды принимается приемным преобразователем 3, преобразуется в электрический импульс усиливается усилителем 4, детектируется интегрирующим видеодетектором 5, формируется формирователем 6 и вновь поступает на вход син- 5 хронизируемого генератора 7, вызывая повторный цикл автоциркуляции электроакустических импульсов в синхро30

35

40

45

50

0

0

j 5

5

0

5

0

5

0

кольце„ При этом синхроимпульсы с второго выхода генератора 1 поступают на вход счетчика 13, в котором происходит индикация результатов

измерения скорости ультразвука в среде, и с аналогового выхода счетчика 13 сигнал, пропорциональный скорости ультразвука (частоте автоциркуляции) , поступает на вход управляемого сопротивления 14, величина которого уменьшается при увеличении сигнала на его входе.

Подключрнием выхода управляемого сопротивления 14 параллельно интегрирующей емкости вндеодетектора 5 обеспечивается обратная пропорциональ- ность постоянной времени видеодетек- тора частоте автоциркуляций в устройстве .

В процессе работы синхроимпульсы с выхода приемного преобразователя

3поступают также на вход линейного усилителя 9, усиливаются им без ограничения и поступают на вход блока 10 привязки уровня, отрегулированного так, что сигнал управления на его выходе появляется только в случае превышения заданного соотношения сигнал-шум на входе усилителей

4и 9. С выхода блока 10 привязки уровня сигнал поступает на вход детектора 11, детектируется в нем и дальше усиливается усилителем 12, с выхода которого он поступает на второй вход регулируемого усилителя 8, усиление которого максимально при отсутствии сигнала с выхода блока 10 привязки уровня, В результате напряжение на выходе генератора 1, а следовательно , и мощность, подводимая к излучающему преобразователю, окачываются функционально зависимыми от заданного оптимального уровня полезного сигнала на выходе приемного преобразователя 3, Toe соотношение сигнал- шум на выходе блоков 3 и 4 поддерживается стабильным. Стабильность соотношения сигнал-шум на входе интегрирующего видеодетектора 5 и обратная пропорциональность его постоянной времени частоте автоциркуляций в совокупности позволяет минимизировать уровень привязки к переднему фронту принятого импульса и оптимизировать время интегрирования сигнала в видеодетекторе 5,

Аналогичным образом в эталонном канале при включении устройства синхро10

15

20

25

5«649300

низируемый генератор 21 вырабатывает электрический импульс, который, пройдя через регулируемый усилитель 22 и генератор 15,усиливается и поступает на излучающий преобразователь 16, вызывая генерацию и излучение в среду акустического импульса.

Акустический импульс после прохождения эталонной среды принимается приемным преобразователем 17, преобразуется в электрический импульс, усиливается усилителем 18, детектируется интегрирующим видеодетектором 19, формируется формирователем 20 и вновь поступает на вход синхронизируемого генератора 21, вызывая повторный цикл автоциркуляции электроакустических сигналов в синхро- колъце. При этом синхроимпульсы с второго выхода генератора 15 поступают на вход преобразователя частота- напряжение 27. С аналогового выхода преобразователя 27 сигнал, пропорциональный скорости ультразвука (частоте автоциркуляции), поступает на вход управляемого сопротивления 28,

величина которого уменьшается при увеичении сигнала на его входе. Постоянная времени видеодетектора I9 обратно пропорциональна частоте авто- циркуляции.

В процессе работы синхроимпульсы с выхода приемного преобразователя 17 поступают также на вход линейного

силителя 23 , усиливаются им без ограичения и поступают на вход блока 24 привязки уровня, отрегулированного так, что сигнал управления на его выоде появляется только в случае преышения заданного соотношения сигал-шум на входе усилителей 18 и 23. С выхода блока 24 сигнал поступает а вхоД детектора 25, детектируется нем и далее усиливается усилителем 6, с выхода которого он поступает на торой вход регулируемого усилителя 2, усиление которого максимально ри отсутствии сигнала с выхода блоа 26. В результате анпряжение на выоде генератора 15, а следовательно, мощность, подводимая к излучающему реобразователю 6, оказываются функ ионально зависимыми от заданного опимального уровня полезного сигнала а выходе приемного преобразователя

т т п им т р

п од л сч в п р

I

л

30 Ф

ул н

35 и л д с р

40 с п с у

45 гу в л х у че у пу г м вх р чт ре

50

55

17, т.е. соотношение сигнал-шум ка выходах блоков 17 и 18 поддерживается стабильными.

5

0

5

Стабильность соотношения сигнал- шум на входе интегрирующего видеодетектора 19 и обратная пропорциональность его постоянной времени частоте автоциркуляций в совокупности также позволяет минимизировать уровеш привязки к переднему фронту принятого импульса и оптимизировать время интегрирования сигнала в видеодетекторе 19.

Импульсы, поступающие на вход преобразователя частота-напрчжение,- одновременно подаются на вход делителя частоты счетчика 13. При этом в счетчике 13 отпадает необходимость использования кварцевого генератора для формирования измерительного интервала, так как формирование этого интервала происходит при помощи, импульсов , поступающих на вход преобразователя 27 частота-напряжение о

I

В результате в счетчике 13 появляется число N, пропорциональное отношению скорости С ультразвука в измерительном канале к скорости С ультразвука в эталонном канале.

30 Формула изобретения

Устройство для измерения скорости ультразвука, содержащее последователь-1, но соединенные генератор импульсов,

излучающий и приемный преобразователи, усилитель, интегрирующий видеодетектор, формирователь импульсов, синхронизируемый генератор и регулируемый усилитель, последовательно

соединенные линейный усилитель, блок привязки уровня, детектор и усилитель постоянного тока, последовательно соединенные счетчик импульсов и управляемое сопротивление, выход регулируемого усилителя соединен с входом генератора импульсов, вход линейного усилителя подключен к выходу приемного преобразователя, выход усилителя постоянного тока подключен к второму входу регулируемого усилителя, первый вход счетчика импульсов подключен к второму выходу генератора импульсов, выход управляв мого сопротивления соединен с вторые входом интегрирующего видеодетектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности изн рения за счет обеспечения косвенных

измерений скорости ультразвука, oiu

снабжено последовательно соединенными дополнительными генератором импулсов , излучающим и приемным преобразователями, усилителем, интегрирующим видеодетектором, формирователем импульсов, синхронизируемым генераторо и регулируемым усилителем, последовательно соединенными дополнительными линейным усилителем, вход которого ПОДКЛЮЧРН к выходу дополнительного приемного преобразователя, блоком привязки уровня, детектором и усилителем постоянного тока, выход которо- о соединен с вторым входом дополни1

8

тельного регулируемого усилителя, последовательно соединенными преобразователем частота-напряжение и дополнительным управляемым сопротивлением, выход которого подключен к второму входу дополнительного интегрирующего видеодетектора, вход дополнительного генератора импульсов соединен с выходом дополнительного регулируемого усилителя, а второй выход дополнительного генератора импульсов подключен к второму входу счетчика импульсов и к входу преобразователя частота-напряжение .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для ультразвуковых технологи- ческих и аналитических измерений в веществах, находящихся в различных агрегатных состояниях, Цель изобретения - повышение точности измерений за счет обеспечения косвенных измерений скорости ультразвука. Устройство снабжено эталонным каналом, включающим преобразователь частота- напряжение Оба канала, эталонный и измерительный, функционируют по принципу синхрокольца, измерительный интервал формируется при помощи им- пульсов, поступающих на вход упомянутого преобразователя. 1 ил. (Л