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

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости распространения ультразвука и функционально зависящих от нее параметров жидких и газообразных сред.

Цель изобретения - повышение точности измерений скорости ультразвука путем компенсации паразитной задержки о

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные синхронизируемый генератор 1, излучающий и приемный преобразователи 2 и 3, усилитель 4, амплитудный детектор 5, формирователь 6 импульсов, линию 7 задержки, измеритель 8 временных интервалов, формирователь 9 заднего фронта импульса, дополнительную линию 10 задержки, первый суммирующий счетчик 1I импульсов, блок 12 памяти, вычитающий счетчик 13 импульсов и второй суммирующий счетчик 14 импульсов, синхронизатор 15, вход которого соединен с выходом амплитудного детектора 5, а выход соединен с входами синхронизируемого генератора 1 и измерителя 8 временных интервалов, последовательно соединенные кварцевый генератор 16 и схему И 17, второй вход которой соединен с выходом измерителя 8 временных интервалов. Выход схемы И 17 соединен с вторым входом первого суммирующего счетчика 11 импульсов. Второй выход кварцевого генератора 16 соединен с вторым входом вычитающего счетчика 13о

Устройство работает следующим образом.

Синхронизируемый генератор 1 вырабатывает электрический импульс, поступающий на излучающий преобразователь 2, который преобразует его в

2

СО СО

акустический импульс. Акустический импульс, пройдя исследуемую среду, воздействует на приемный преобразователь 3, где он преобразуется в элек- .трический импульс, который усиливается усилителем 4, детектируется амплитудным детектором 5 и поступает на синхронизатор 15, где вырабатывается синхроимпульс в момент превышения амплитудьг сигнала постоянного порогового уровня0 Синхроимпульс поступает на генератор 1, вызывая излучения следующего импульса. Период рециркуляции содержит помимо времени распространения акустического импульса в исследуемой среде еще и неинформативное время задержки сигнала, состоящее из постоянной и переменной составляющих. Постоянная составляющая обусловлена задержкой сигнала в преобразователях 2 и 3 и электронной схеме. Для ее компенсации используется линия 7 задержки, время задержки в которой равно сумме времен задержек сигнала в преобразователях и в электронной схеме.

Переменная составляющая задержки обусловлена нестабильностью момента привязки к переднему фронту продетек- тированного сигнала в синхронизаторе 15 при изменении амплитуды принятого сигнала и постоянстве порога срабатывания . Переменная составляющая задержки компенсируется с помощью формирователя 6 импульса задержки, пороговый уровень в котором в два раза превышает пороговый уровень синхронизатора 15.

В каждом периоде рециркуляции им- пульсы с выхода амплитудного детектора 5 одновременно поступают на синхронизатор 15 и формирователь 6 импульсов . На выходе формирователя Ъ импульса задержки сигнал появляется с задержкой относительно к сигналу на выходе синхронизатора 15, время которой равно переменной составляющей паразитной задержки, так как та част переднего фронта продетектированного импульса, гле.происходит фиксация момента превышения его пороговых уровней в формирователе 6 и синхронизаторе 15, обладает высокой линейностью. В блоке 7 задержки сигнал дополнительно задерживается на время, равное постоянной составляющей паразитной задержки. На входы измерителя 8 временных интервалов

Q

5

0

в каждом периоде рециркуляции приходят сигналы, сдвинутые во времени один относительно другого на время суммарной паразитной задержки, что позволяет в измерителе 8 временных интервалов вычесть время паразитной задержки из периода рециркуляции и получить на выходе измерителя 8 временных интервалов импульсы, длительность которых равна времени распространения ультразвука в исследуемой среде.

Импульсы с выхода измерителя 8 временных интервалов поступают на вход схемы И 17 и управляют прохождением сигнала с кварцевого генератора 16 на вход суммирующего счетчика П, в котором происходит счет импульсов. Одновременно импульсы с измерителя 8 поступают на формирователь 9 заднего фронта, где происходит выделение заднего фронт.а разрешающих импульсов. Выделенный в формирователе 9 импульс заднего фронта подается в линию 10 задержки и блок 12 памяти. В момент поступления импульсов с форцирователя 9 в блок 12 памяти происходит перезапись состояния триггеров счетчика

11с входа на выход блока 12 памяти. Импульс заднего фронта, пройдя через линию 10 задержки, обнуляет счетчик 110 При поступлении следующего разрешающего импульса счет импульсов в счетчике 1I производится в аналогичном порядке

I

Одновременно импульсы с второго выхода кварцевого генератора J6 поступают на вход вычитающего счетчика 13, где происходит счет импульсов. В момент появления импульса на выходе обратного переноса счетчика 13 этот импульс поступает на вход предварительной записи этого же счетчика и происходит перезапись кода из блока

12памяти в вычитающий счетчик 13.

С этого момента счетчик 13 вновь начинает работать в режиме вычитания. В результате на выходе обратного переноса счетчика 13 формируются примыкающие один к другому интервалы с периодом, равным времени прохождения сигнала в контролируемой среде. Эти импульсы подаются на вход суммирующего счетчика 14, работающего по методу измерения с непосредственным отсчетом частоты, в результате чего в счетчике формируется число N, пропорциональное скорости ультразвука в исследуемой среде, Тое„:

f. о То f« Т

N где 1

интервалов и синхронизатор, вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, выход синхронизатора подключен к входу синхронизируемого генератора и второму входу измерителя временных интервалов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет

Ю компенсации паразитной задержки, оно снабжено последовательно соединенными формирователем заднего фронта импульса, дополнительной линией задержки, первым суммирующим счетчиком им15 пульсов, блоком памяти, вычитающим счетчиком импульсов и вторым суммирующим счетчиком импульсов, последовательно соединенными кварцевым генератором и схемой И, второй вход

20 блока памяти соединен с выходом формирователя заднего фронта импульса, вход которого и второй вход схемы И подключены к выходу измерителя временных интервалов, выход схемы И сое- ультразвука, содержащее последователь- 25 динен с вторым входом первого суммис ff

Т.I/

т -

TV N Тес .

-г- Ас, о Ах L расстояние между преобразователями;

скорость звука в среде; частота колебаний образцового генератора, формирующего измерительный интервал в счетчике 14;

частота сигнала в точке Е (на чертеже);

период колебания,образцовой частоты в счетчике 14; период колебания сигнала в точке Е;

число импульсов в счетчике 14,

Формула изобретения Устройство для измерения скорости

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости ультразвука и функционально зависящих от нее параметров жидких и газообразных сред. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет компенсации паразитной задержки. Устройство снабжено дополнительной линией задержки, длительность которой равна сумме задержек в преобразователях и электронном канале, суммирующим счетчиком, блоком памяти и вычитающим счетчиками, обеспечивающими прямую пропорциональность выходного сигнала скорости ультразвука. 1 ил.

но соединенные синхронизируемый генератор, излучающий и приемный преобразователи, усилитель, амплитудный детектор, формирователь импульсов, линию задержки и измеритель временных

рующего счетчика, второй вход вычитающего счетчика соединен с вторым выходом кварцевого генератора, а третий вход вычитающего счетчика подключен к его выходу