Устройство для измерения скорости ультразвука Советский патент 1992 года по МПК G01H5/00 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для анализа состава и свойств твердых, жидких и газообразных сред по скорости распространения ультразвука.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности и точности измерений.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения скорости ультразвука, которое содержит электроакустически последовательно соединенные счетчик 1 импульсов, генератор 2 импульсов, ультразвуковой излучатель 3, ультразвуковой приемник 4, усилитель 5 и первый формирователь 6. а также первый элемент 7 И, второй формирователь 8. второй элемент 9 И, суммирующий счетчик 10. вычитающий счетчик 11, расширитель импульсов 12. третий элемент 13 И элемент 14 ИЛИ. формирователь 15 заднего фронта

импульсов, первый 16 и второй 17 кварцевые генераторы и частотомер 18.

Второй формирователь 8 подключен вторым входом ко второму выходу генератора 2 импульсов и к первому входу счетчика 1 импульсов, первым входом - к второму входу счетчика 1 импульсов, к входу частотомера 18 и к выходу первого элемента 7 И, выходом - к входу формирователя 15 заднего фронта импульсов и к первому входу второго элемента 9 И. Выход первого формирователя 6 соединен с первыми входами первого и третьего элементов 7 и 13 И.

Расширитель импульсов 12 подключен входом к выходу вычитающего счетчика 11, первым выходом - к второму входу первого элемента 7 И и вторым выходом - к второму входу третьего элемента 13 И, выход которого соединен с первым входом элемента 14 ИЛИ Выход первого кварцевого генератора 16 соединен со вторым входом второго элемента 9 И подсоединенного выходом к счет&

Ё

ё

сл о ю

ном/ входу суммирующего счетчика 10, выход которого подключен к информационному входу вычитающего счетчика 11. Выход второго кварцевого генератора 17 соединен с входом обратного счета вычитающего счетчика 11, подключенного входом предварительной записи к выходу элемента 14 ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом формирователя 15 заднего фронта импульсов.

Устройство для измерения скорости ультразвука работает следующим образом, Генератор 2 импульсов возбуждает ультразвуковой излучатель 3. Ультразвуковой импульс проходит через контролируемую среду и принимается ультразвуковым приемником 4 через время: т + 2тм ,

где т- время прохождения импульса в среде;

Гм - время задержки импульса в излу- чателе, приемнике и звукопроводах.

Через время 2 г после приема первого импульса ультразвуковой приемник 4 принимает второй импульс, вызванный вторич- ным отражением от излучателя 3 акустического импульса, отразившегося ранее от ультразвукового приемника 4 импульса многократного отражения и далее с периодом 2 т продолжает поступать на ультразвуковой приемник 4 Через время (N -1) % после приема первого импульса прямого прохождения зондирующего сигнала к ультразвуковому приемнику 4 на последний поступает N-й акустический импульс. Принятые импульсы усиливаются усилителем 5 и поступают на вход первого формирователя 6. Первый формирователь 6 осуществляет амплитудное детектирование и формирование входных импульсов для последующего запуска счетчика 1 импульсов, который выполня- ет деление частоты следования входных импульсов на N. При появлении на входе счетчика 1N-ro импульса на его выходе формируется импульс, вызывающий повторное срабатывание генератора 2 импульсов. На приемнике 4 формируется синхропоследо- вательность импульсов, содержащая в одном цикле импульсов периодичностью появления 2 т. Последовательность на входе частотомера 18 сдвинута относительно последовательности импульсов на приемнике 4 на время задержки в усилителе бив первом формирователе 6. О скорости распространения ультразвука судят по показаниям частотомера 18.

Первый излученный импульс со второго выхода генератора 2 импульсов поступает на второй вход второго формирователя Я

Первый акустический импульс, поступивший на приемник 4, преобразуется им в электрический и, пройдя усилитель 5, первый формирователь 6 и первый элемент 7 И, поступает на первый вход второго формирователя 8, на выходе которого преобразуется в прямоугольный импульс длительностью г. За время существования этого импульса на выходе второго элемента 9 И появляется пропорциональное число высокочастотных импульсов, прошедших через него с выходе первого кварцевого генератора 16. Это число К импульсов поступает на счетный вход суммирующего счетчика 10, в результате чего на его выходе появляется определенная кодовая комбинация сигналов. Сигналы с выхода суммирующего счетчика 10 постоянно приложены к информационному входу вычитающего счетчика 11.

С выхода второго формирователя 8 импульсы длительностью т также поступают на вход формирователя 15, на выходе которого появляется импульс в момент исчезновения импульса на его входе, т.е. импульс заднего фронта, который через элемент 14 ИЛИ воздействует на вход предварительной записи вычитающего счетчика 11, в результате чего в вычитающий счетчик 11 записывается число, подсчитанное суммирующим счетчиком 10 и равное К. С этого момента времени начинается вычитание содержимого в вычитающем счетчике 11 по сигналам, поступающим на его вход обратного счета с выхода кварцевого генератора 17 Частота fi второго кварцевого генератора 17 выбирается равной, например,

fi7 0,526 fie.(1)

где fie - частота импульсов на выходе первого кварцевого генератора 16.

При этом условии на выходе вычитающего счетчика 11 появляется стробирующий импульс через время 1,9 т с момента поступления импульса на его вход предварительной записи.

Стробирующий импульс с выхода вычитающего счетчика 11 поступает на вход расширителя 12, где подвергается расширению до величины

Т1 0,2 Т(2)

Соотношение (2) выбрано из условия необходимости надежного подавления любого импульса, появившегося на выходе первого формирователя 6. Расширенный импульс с первого расширителя 12 поступает на второй вход первого элемента 7 И в отрицательной полярности, что исключает появление на его выходе любого импульса, поступающего с первого входа первого элемента 7 И за время действия расширенного стробирующего импульса.

В тоже время со второго выхода расши- ритепя 12 на второй вход третьего элемента 13 И поступает расширенный стробирую- щий импульс положительной полярности, что обеспечивает беспрепятственное прохождение за время его действия импульсов с выхода первого формирователя 6 на первый вход элемента 14 ИЛИ и далее на вход предварительной записи вычитающего счетчика 11.

В результате такого включения в случае, когда амплитуда (N+1)-ro, (N+2)-ro и других импульсов до (2N-1)-ro включительно на выходе усилителя 5 окажется больше порога срабатывания первого формирователя 6, импульсы (N+1)-u, (М+2)-й и так далее до (2М-1)-го не смогут пройти через первый элемент 7 И на вход счетчика 1 и частотомера 18, что обеспечивает повышение помехозащищенности измерений за счет надежного самозапуска синхрокольцевой схемы от N- го импульса и повышение точности измерений за счет исключения (N+1)-ro, (N+2)-ro и так далее до (2N-1)-ro импульсов из результатов измерении, фиксируемых частотомером 18.

Использование изобретения позволяет повысить помехозащищенность и точность измерений скорости ультразвука без снижения быстродействие контроля,

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости ультразвука содержащее электроакустически последовательно соединенные счетчик импульсов, импульсный генератор, ультразвуковой излучатель, ультразвуковой приемник, усилитель и первый формирователь и частотомер, а первый вход счетчика импульсов подключен ко второму выходу импульсного генератора, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности и точности измерения оно снабжено двумя кварцевыми генераторами, тремя элементами И, суммирующим счетчиком, вычитающим ситчиком, расширителем импульсов элементом ИЛИ, формирователем заднего фронта импульсов и вторым формирователем, подключенным первым входом ко второму выходу генератора импульсов, вторым входом к выходу первого элемента И, подсоединенного выходом к второму входу счетчика импульсов и ко входу частотомера, второй формирователь подключен выходом к первому входу второго элемента И и к входу формирователя заднего фронта импульсов, выход крторого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход первого формирователя подключен к первым входам первого и третьего элементов И, второй вход первого элемента И соединен с первым выходом расширителя

импульсов, подключенного входом к выходу вычитающего счетчика и вторым выходом - к второму входу третьего элемента И, выход которого подсоединен к второму входу элемента ИЛИ, первый кварцевый генератор

соединен выходом со вторым входом второго элемента И. выход которого подключен к входу суммирующего счетчика, подсоединенного выходом к информационному входу вычитающего счетчика, подключенного вхо8дом обратного счета к выходу второго кварцевого генератора, а входом предварительной записи - к выходу элемента ИЛИ.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для анализа состава и свойств твердых, жидких и газообразных сред по скорости распространения ультразвука. Цель изобретения - повышение помехозащищенности и точности измерений. При по- явлении импульсов многократного отражения на выходе первого формирователя возможен самозапуск синхрокольцевой схемы, что может нарушить работу устройства, так как самозапуск синхрокольца станет возможен от первого прошедшего, а не от многократно отраженных импульсов. Введенные в устройство блоки исключают самозапуск, что позволяет повысить помехозащищенность и точность измерений. 1 ил.