Устройство для акустического контроля параметров среды Советский патент 1991 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля физико-механических параметров различных сред по скорости распространения ультразвуковых колебаний в широком частотном диапазоне, а именно по фазочастотной характеристике.

Цель изобретения - повышение точности за счет точного измерения разности фаз сигналов путем исключения погрешно- стей фазового детектора.

На фиг,1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - временные диаграммы.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 переменной частоты 0)1, переключатель 2, к входу которого подключен генератор 3 фиксированной частоты Qfc, совмещенный преобразователь из

излучателя 4 и приемУнжа 5, двухэлектрод- ный электроакустический приемник 6, широкополосный усилитель 7 с автоматической регулировкой усиления, фазовый детектор 8, усилитель 9 частоты переключений, синхронный детектор 10 и регистратор 11, переключатель 12, подключенный к приемникуб, один выход которого через регулируемый фазовращатель 13 соединен с входом широкополосного усилителя 4 с автоматической регулировкой усиления, другой выход соединен с входом усилителя 14 непосредственно. Выход широкополосного усилителя 14 соединен с другим входом фазового детектора 8, управляющий вход фазовращателя 13 соединен с выходом синхронного детектора 10, управляющий вход которого соединен с управляющими входами переключателей 2,12 и выходом делителя 15час« s

сь

х|

со ел

СЛ

|оты, подключенного к выходу генератора 3 фиксированной частоты, входы регистратора 11 соединены с выходами генератора 1 переменной частоты и синхронного детектора 10 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение Ui переменной частоты со с выхода генератора 1 (эпюра а) и напряжение U. фиксированной частоты №с выхода генератора 3 (эпюра б) поступают на входы автоматического переключателя 2, управляемого прямоугольным напряжением частоы ,Q (эпюра в). На выходе автоматического переключателя 2 образуются пакеты напряжений Ui и Ua, поступающие на вход излучателя 4, преобразующего электрические колебания в акустические. Акустические колебания переменной м фиксированной одг частот принимаю гея приемником б, преобразующим их Р. электрические напряжения Us и LM соответственно (эпюра г). Напряжения Us и U/i нормируются по амплитуде широкополос- н ым усилителем 7 с автоматической регулировкой усиления. Напряжения Us и Ua с приемника 5 поступают на автоматический перекпюча- тяль 12, управляемый напряжением ,-Напряжение UG дополнительно сдвигают по фазе из величину Л/ о с помощью управляемого фазовращателя 13, Напряжение Us и напряжение U с выхода фазовращателя 13 поочередно поступают на вход широкополосного усилителя 14 с автоматической регулировкой усиления (эпюра .ц). Выходные напряжения усилителей 7 и 14 одинаковых амплитуд поступают на входы фазового детектора 8, выполненного на основе перемножающей схемы. Работа фазового детектора 8, перемножающего входные напряжения, основана нз следующем тригонометрическом ураряснии:

cos со l cos(co t р) - Ki cos(2 ft) t + -h (f) K2 cos (p , где KI и - масштабные коэффициенты,

В результате перемножения входных сигналов выходное напряжение детектора 8 состоит из двух составляющих: переменного напряжения удвоенной частоты и постоянного, С помощью сглаживающей емкости, сходящей в состав нагрузки фазового детектора 8, выделяется постоянное напряжение, пропорциональное . Таким образом, на выходе фазового детектора 8 з один полупериод переключения Qбудет присутствовать постоянное напряжение Us, а в другой - иэ(эпюра е). При этом переменная составляющая частоты Q выходного напряжения фазового детектора 8 будет равна Uio Kg

Ua - Ug -

2

-, Переменная составляющая Uio вы0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

деляется и усиливается усилителем 9 частоты переключений Q , выходное напряжение которого представлено на эпюре ж. Переменное напряжение частоты переключений Q поступает на сигнальный вход синхронного детектора 10, на управляющий вход которого поступает напряжение ид .Синхронный детектор 10 выпрямляет напряжение Uio. При этом на выходе синхронного детектора 10 образуется постоянное напряжение Uc-д., которое воздействует на вход управляемого фазовращателя 13 и регулирует его до исчезновения напряжения ис.д.. При этом частотные изменения фазы акустических колебаний в диапазоне изменения переменной частоты (о 1 определяются по регистрируемым изменениям фазы электрического напряжения фиксированной частоты шг, вносимых регулируемым фазовращателем 13. Благодаря тому, что фазовращатель 13 работает на одной фиксированной частоте, частотные изменения фазы зондирующих акустических колебаний переменной частоты регистрируются с высокой точностью в широком частотном диапазоне.

Формула изобретения Устройство для акустического контроля параметров среды, содержащее первый переключатель, соединенные с его входами генератор фиксированной частоты и генератор переменной частоты, излучатель, подключенный к выходу первого переключателя, первый приемник, совмещенный с излучателем, второй приемник, делитель частоты, первый широкополосный усилитель, усилитель частоты переключений и синхронный детектор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности оно снабжено последовательно соединенными вторым широкополосным усилителем, вход которого подключен к выходу второго приемника, и фазовым детектором, выход которого связан с входом усилителя частоты переключений, вторым переключателем, вход которого соединен с выходом первого приемника, и фазовращателем, включенным между первым выходом второго переключателя и входом первого широкополосного усилителя, подключенного выходом к второму входу фазового детектора, второй выход второго переключателя подключен к входу первого широкополосного усилителя, синхронный детектор включен между выходом усилителя частоты переключений и управляющим входом фазовращателя, а делитель частоты включен между выходом генератора фиксированной частоты и управляющими входами переключателей и синхронного детектора.

IS

нчз

% н

x/

15

5 6

У 7

5

М

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля сред по фазочастотной характеристике. Цель изобретения - повышение точности за счет точного измерения разности фаз сигналов путем исключения погрешностей фазового детектора. Измеряют разность фаз между зондирующим сигналом и аналогичным ему опорным напряжением. В опорном напряжении изменяют фазовращателем фазу фиксированной частоты (одной из составляющей сигнала) до равенства нулю выпрямленной переменной составляющей измеренного сигнала о разности фаз. По значениям показаний фазовращателя при этом строят фазочастотную характеристику. Так как компенсирующий фазовращатель работает на одной фиксированной частоте, то результат его показаний не зависит от диапазона исследуемых частот колебаний. 2 ил.

/

, п

у/3

X

/V

ю

Фиг,1