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

Изобретение относится к неразрушающим способам контроля и может быть применено при изучении физико-химических свойств различных материалов, находящихся в твердом и жидком состояниях.

Целью изобретения является повышение точности измерений путем уменьшения погрешности, вызванной разностью фазовых сдвигов сигналов усилителей, нелинейными и частотными искажениями, а также прецизионной поддержкой амплитуды выходного сигнала, и повышение производительности труда путем автоматизации процесса счета номера полуволны.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - диаграммы электрических процессов.

Устройство содержит генератор 1, соединенный с акустическим преобразователем 2, механически связанным с контролируемой средой 3, и последовательно соединенные электронный ключ4,усили- t тель 5, детектор 6, пересчетный блок 7, причем второй выход блока 7 через линию 8 задержки соединен со своим вторым входом, а также последовательно соединенные формирователь 9 однополярного сигнала, инвертор 10, селектор 11 и элемент 12 Исключающее ИЛИ, счетчик 13, первый вход которого соединен с выходом селектора 11, триггер 14. вход которого через сдвоенный переключатель 15 соединен с вторым выходом пересчетного блока 7, а выход соединен с первым входом компаратора 16, выход

О

ел

СА) СА)

о

которого соединен с вторыми входами элемента Исключающее ИЛИ и счетчика 13, аналого-цифровой преобразователь 17(АЦП), выход которого соединен с входами прямого 18 и инверсного 19 цифроаналоговых преобразователей (ЦАП), а вход соединен с выходом элемента 12 Исключающее ИЛИ, блок 20 сравнения, первый и второй тходы которого соединены с выходами прямого 18 и инверсного 19 ЦАП, а выход соединен с вторым входом усилителя 5, блок 21 автозапуска, выход которого соединен с первым входом генератора 1, а вход соединен с выходом усилителя 5, частотомер 22, вход которого соединен с выходом генератора 1, выход усилителя 5 соединен с вторыми входами селектора 11 и компаратора 16, выход селектора 11 соединен с вторым входом генератора 1, выход которого соединен с входом электронного ключа 4, вход формирователя 9 через сдвоенный переключатель 15 соединен с первым выходом пересчетного блока 7.

Устройство для измерения скорости ультразвука работает следующим образом.

При возбуждении генератором 1 ультразвукового преобразователя 2 импульсом 23 последний начинает колебаться и колебания передаются в среду 3. Отразившись от границы раздела двух сред, ультразвуковые колебания через электронный ключ 4 .поступают на усилитель 5. На время действия мощного импульса 23 ключ 4 закрыт. Усиленные колебания 24 в виде коротких радиоимпульсов поступают на детектор 6 и преобразуются в видеоимпульсы 25, а дальше поступают на блок 7. В зависимости от положения сдвоенного переключателя 15 каждый n-й импульс (например, ) поступает на формирователь 9 и через линию 8 задержки - на второй свой вход. Переключатель 15 ставится всегда в такое положение, что, если на формирователь 9 поступает n-й импульс, то на триггер 14 поступает (п-1) импульс, который задним фронтом (п-1) импульсом устанавливается в 1, а задним фронтом последующего п-го импульса устанавливается в исходное положение, т.е. триггер 14 находится в единичном состоянии 26 на протяжении времени ti, за которое на компаратор 16 проходит импульс n-го отражения. Формирователь 9 отсекает часть n-го видеоимпульса длительностью, равной одному периоду ультразвуковых колебаний, и через инвертор 10 поступает на первый вход селектора 11, а на второй вход поступает радиоимпульс 24 от усилителя 5. На выходе селектора 11 формируется отрицательная полуволна 27, равная половине периода радиоимпульса 24. Эта полуволна поступает на первый вход элемента 12 Исключающее ИЛИ, а на второй вход поступает ряд импульсов 28 выбранного n-го отражения из выхода компаратора 16. На выходе элемента 12 получается один

импульс 29, длительность которого равна разности и длительностей Д|/ импульса 30 между двумя импульсами от компаратора 16 и селектора 11 на уровне V0n - опорное срабатывание элемента 12, т.е. в зэвисимо0 сти от амплитуды отселектированной полуволны будет меняться фаза двух импульсов на уровне V0n и соответственно меняется длительность г.2 импульса 30. Импульс 30 поступает на вход АЦП 17, где преобразует5 ся в цифровую форму и поступает на ЦАП 18 и 19. Если амплитуда отселектированной полуволны меньше заданной, то срабатывает инверсный ЦАП 19 и через блок 20 сравнения подается в цепь обратной связи усилителя

0 5 таким образом, что амплитуда отселектированной полуволны увеличивается, а если амплитуда полуволны больше заданной, то срабатывает прямой ЦАП 18 и через блок 20 сравнения амплитуда полуволны уменьшает5 ся.

Так как с помощью обратной связи можно автоматически удерживать ошибку измерения выходного сигнала усилителя в допустимых пределах, т.е. она обладает пет0 лей гистерезиса, то в данном случае, преоб- .разуя фазовый сдвиг двух импульсов в длительность импульса 30 при помощи АЦП и ЦАП 18 или 19, разделяя длительность импульса на т уровней, возможно в т

5 раз уменьшить погрешность, вызванную изменением амплитуды выходного сигнала. С выхода селектора 11 импульс поступает на первый вход счетчика 13, запрещающий дальнейший счет, на второй вход поступают

0 счетные импульсы с выхода компаратора 16 и если отселектируется первая полуволна, то на счетчике показание будет О, если - вторая, то показания будут равняться показаниям измеренной частоты частотометром,

5 если отселектируется третья полуволна, то показания счетчика удвоятся и т.д.

Если показания счетчика не равны О и не кратны показаниям частотомера, то имеет место за время одного цикла измерение се0 лекции первой, последующей и т.д. полуволн. Таким образом, по показаниям счетчикамож- но судить о номере отселектированной полуволны во время одного цикла измерения, что в конечном итоге повышает произ5 водительность труда. Импульс с выхода селектора 11 поступает на второй вход генератора 1, который перезапускается на новый цикл измерений. При отсутствии импульсов на выходе усилителя 5 блок 21 автозапуска выдает импульсы с

собственным периодом повторения Таким образом, применяя один усилитель, добиваемся уменьшения погрешности измерения из-за уменьшения нелинейных и частотных искажений и фазовых сдвигов, вызванных неодинаковой глубиной отрицательной обратной связи.

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости ультразвука, содержащее последовательно соединенные блок автозапуска, генератор и акустический преобразователь, усилитель, выход которого связан со входом блока автозапуска, детектор, пересчетный блок и линию задержки, выход которой связан с установочным входом пересчетного блока, и частотомер, подключенный к выходу генератора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и производительности, оно снабжено последовательно

соединенными триггером, компарато- ромэлементом Исключающее ИЛИ, аналого-цифровым преобразователем, цифроаналоговым преобразователем и блоком сравнения, выход которого подключен к управляющему входу усилителя, последовательно соединенными формирователем однополярного сигнала, инвертором и селектором, выход которого подключен к второму входу элемента Исключающее ИЛИ и управляющему входу генератора, счетчиком, подключенным входами к выходам селектора и компаратора, инверсным цифроаналоговым пребразователем, включенным между выходом аналого-цифрового преобразователя и вторым входом блока сравнения, и переключателем, включенным между выходами пересчетного блока и входами триггера и формирователя однополярного сигната, в выход усилителя связан с вторыми входами селектора и компаратора.

Изобретение относится к неразрушающим способам контроля и может быть использовано при исследовании физико-химических свойств различных материалов. Цель изобретения - повышение точности за счет уменьшения погрешностей в усилителе и повышение производитетьнс- сти за :чет автоматизации счета номера полуволны сигнала. Из последовательности отраженных импульсов выделяется заданный n-ый импульс. Формирователем 9 отсекается видеоимпульс из него с длительностью, равной периоду ультразвуковых колебаний. После элемента 12 Исключающее ИЛИ формируется прямоугольный импульс, длительность которого пропорциональна изменению усиления усилителя 5. Это изменение выделяется цепью из аналого-цифрового преобразователя 17, цифроаналогового преобразователя 18 или 19 и блока 20 сравнения. Упр&вгяющий сигнал поступает на усилитель 5. Номер отражения индицируется счетчиком 13. 2 ил.

фие-i

23

2$

ППИПQ

tt

v

30

...,.

I Ј7

- -3tJ- |abt

п

п

v

«&л

2.2