сл
с
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
Акустический уровнемер | 1990 |
|
SU1783310A1 |
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИМПУЛЬСНЫЙДАЛЬНОМЕР КОНТРОЛЯ ПРОФИЛЯГОРНЫХ ВЫРАБОТОК | 1972 |
|
SU429392A1 |
ИМПУЛЬСНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАЛЬНОМЕР | 1973 |
|
SU373674A1 |
РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ УРОВНЕМЕР | 2000 |
|
RU2176382C1 |
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ЛОКАТОРСРЕД | 1970 |
|
SU267389A1 |
Способ измерения скорости ультразвукаи уСТРОйСТВО для ЕгО ОСущЕСТВлЕНия | 1979 |
|
SU853521A2 |
Устройство для измерения скорости ультразвука в материалах | 1990 |
|
SU1705732A1 |
Магнитоакустический толщиномер | 1979 |
|
SU800632A2 |
РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ УРОВНЕМЕР | 2003 |
|
RU2247950C1 |
Способ измерения скорости ультразвука и устройство для его реализации | 1979 |
|
SU879439A1 |
Сущность изобретения уровнемер содержит синхронизатор 1, состоящий из блокинг-генератора 2, дополнительный излучатель 3, дополнительный приемник 4, два усилителя 5, 9, формирующий каскад 6, три делителя 7, 14, 17 частоты, генератор 8 импульсов, два триггера 10, 15, приемно-излу- чающую головку 11, формирователь 11 импульсов задержки, два блока 13,21 задержки, две схемы И 16, 18, счетчик 19 импульсов, генератор 20 калибровочной частоты. 6-2-3-4-5-12-13-14-15-16-17-18-19, 5-6-7-8- 21-10-18, 8-9-10, 7-15, 8-11, 11-8, 20-19, 20- 16. 2 ил. Z ZZZZZZZ/ Ь t
XI
О vj СО СЛ
Изобретение относится к акустическим приборам и может найти применение для измерения уровня жидких сред, толщины изделий и для определения расстояния до объектов контроля в промышленности и сельском хозяйстве.
Известен ультразвуковой уровнемер, содержащий генератор тактовых импульсов, приемно-возбуждающее устройство с уставкой срабатывания ,приемно-излучаю- щий преобразователь, кипп-реле, элемент задержки, формирователь строб-импульсов, генератор счетных импуЗ ьсв, селектор, счетчик, регистратор и схему совпадений с вентилями 1.
Недостатком указанного устройства является низкая точность измерений, обусловленная прямыми измерениями скорости ультразвука и наличием паразитной задержки сигнала в электронной схеме и мембране преобразователя.
Такж е известен ультразвуковой уровнемер, содержащий синхрокольцо из генератора, преобразователя, приемного устрйства и схемы запрета, формирователь строб-импульсов, измеритель временных интервалов, компенсационное синхроколь- цо, делитель частоты, генератор тактовых импульсов и схему ИЛИ 2.
Недостаток данного устройства в его низкой точности из-за влияния паразитных, задержек сигнала в обоих каналах.
Наиболее близким по техничекой сущности к заявляемому устройству является ультразвуковой импульсный локатор сред, содержащий последовательно соединенные первый делитель частоты, импульсный генератор, первый усилитель и первый триггер, приемно-излучающую головку, соединенную с входом первого усилителя, синхронизатор, выполненный в виде после- довательно соединенных блокинг-генерато- ра, дополнительного излучателя, дополнительного приемника, второго усилителя и формирующего каскада, выход которого соединен с входами блокинг-генератора и первого делителя частоты.
Недостаток данного устройства в том, что период рециркуляции сигнала в синхронизаторе содержит помимо времени распространения сигнала в исследуемой среде еще и неинформативное время задержки сигнала, состоящее из постоянной и переменной составляющих.
Постоянная составляющая обусловлена задержкой сигнала в дополнительном излучателе, дополнительном приемнике и электронной схеме.
Переменная составляющая задержки обусловлена нестабильностью момента
привязки к переднему фронту продетекти- рованного сигнала, что имеет место в формирующем каскаде при изменении амплитуды (флуктуации) принятого сигнала
и постоянстве порога срабатывания.
Аналогичные задержки сигнала характерны и для контролируемого канала. Все это снижает точность измерений, особенно в условиях, когда расстояние до объекта
0 контроля мало, а измерения производятся в сильно флуктуирующих, высокотемпературных или в агрессивных средах, что обуславливает наличие толстых защитных мембран на пьезопреобразователях и, как следствие,
5 наличие заметного (до единиц и десятков процентов) паразитного времени задержки сигнала в синхронизаторе и в контролируемом канале.
Цель изобретения - увеличение точно0 сти измерений.
Указанная цель достигается тем, что в ультразвуковой уровнемер, содержащий последовательно соединенные первый делитель частоты, импульсный генератор,
5 первый усилитель и первый триггер, приемно-излучающую головку, соединенную с входом первого усилителя, синхронизатор, выполненный в виде последовательно соединенных блокинг-генератора, дополни0 тельного излучателя, дополнительного приемника, второго усилителя и формирующего каскада, выход которого соединен с входами блокинг-генератора и первого делителя частоты, согласно изобретению, вве5 дены последовательно соединенные формирователь импульсов задержки, первый блок задержки, второй делитель частоты, второй триггер, первая схема И, третий делитель частоты, вторая схема И и счетчик
0 импульсов, второй блок задержки и генератор стабильных колебаний, выходы которого подключены к входам первой и второй схем И, вход формирователя импульсов задержки соединен с выходом второго усили5 теля, при этом вход первого усилителя соединен с вторым входом первого триггера через второй блок задержки, второй вход второго триггера соединен с выходом первого делителя частоты, а третий вход второй
0 схемы И соединен с выходом первого триггера.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: форми5 рователя импульса задержки, первого блока задержки, второго делителя частоты, второго триггера, первой схемы И, третьего делителя частоты, второй схемы И, счетчика импульсов, генератора стабильных колеба- ний и второго блока задержки, и их связями
с остальными элементами схемы. Таким образом, заявляемое утсройство соответствует критерию изобретения новизна.
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что все перечисленные блоки широко известны.
Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами схемы в заявляемый ультразвуковой уровнемер вышеуказанные блоки проявляют новые свойства, что приводит к увеличению точности измерений. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию существенные отличия.
Устройство содержит синхронизатор 1, выполненный в виде последовательно соединенных блокинг-генератора 2, дополнительного излучателя 3, дополнительного приемника 4, второго усилителя 5, формирующего каскада 6, выход которого подключен к входам блокинг-генератора 2 и первого делителя 7 частоты. Уровнемер содержит также последовательно соединенные импульсный генератор 8, первый усилитель 9, первый триггер 10, а также приемно-излучающую головку 11, причем вход импульсного генератора 8 соединен с выходом первого делителя 7 частоты, а выход импульсного генератора 8 соединен с приемно-излучающей головкой 11.
Устройство содержит также последовательно соединенные формирователь 12 импульсов задержки, первый блок 13 задержки, второй делитель 14 частоты, второй триггер 15, первую схему И 1 б, третий делитель частоты 17, вторую схему И 18 и счетчик
19импульсов. Уровнемер содержит также генератор 20 стабильных колебаний и второй блок 21 задержки. Причем вход формирователя 12 соединен с выходом усилителя 5, второй вход триггера 15 соединен с выходом делителя 7, первый выход генератора
20соединен с вторым входом схемы И 16, второй его выход соединен с вторым входом схемы И 18, третий ее вход соединен с выходом триггера 10, второй вход которого соединен с выходом блока 21 задержки, а вход блока 21 задержки соединен с выходом генератора 8.
В эталонном канале (в синхронизаторе) блокинг-генератор2 вырабатывает электрические импульсы, которые, пройдя через излучатель 3, преобразуются в акустические импульсы, поступают на приемник 4, преобразуются в электрические импульсы, прохо- дятусилитель 5, формирующий каскад 6, где вырабатываются синхроимпульсы в момент превышения амплитуды сигнала постоянного порогового уровня, и поступают на вход
блокинг-генератора 2, вызывая повторный цикл автоциркуляции электроакустических импульсов с периодом Тэ, а также поступают на вход делителя 7, с выхода которого
импульсы поступают на вход генератора 8 и триггера 15.
Период рециркуляции содержит помимо времени распространения акустического импульса в исследуемой среде еще и неин0 формативное время задержки сигнала, состоящее из постоянной и переменней составляющих.
Постоянная составляющая обусловлена задержкой сигнала в излучателе, приемнике
5 и электронной схеме. Для ее компенсации используется блок 13 задержки, время задержки которого равно сумме времен задержки сигнала в излучателе, приемнике и электронной схеме.
0 Переменная составляющая задержки обусловлена нестабильностью момента привязки к переднему фронту продетекти- рованного сигнала, что имеет место в формирующем каскаде 6 при изменении
5 амплитуды принятого сигнала и постоянстве порога срабатывания. Переменная составляющая задержки компенсируется с помощью формирователя 12, пороговый уровень в котором в два раза превышает
0 пороговый уровень формирующего каскада 6.
В каждом периоде рециркуляции импульсы с выхода усилителя 5 одновременно поступают на блоки 6 и 12. На выходе фор5 мирователя 12 сигнал появится с задержкой относительно к сигналу на выходе формирователя 6, время которой равно переменной составляющей паразитной задержки, так как та часть переднего фронта продетекти0 рованного импульса, где происходит фиксация момента превышения его пороговых уровней в каскадах 6 и 12, обладает высокой линейностью. В блоке 13 сигнал дополнительно задерживается на время, равное по5 стоянной составляющей паразитной задержки, и через делитель 14 поступает на первый вход триггера 15.
На входы триггера 15 в каждом периоде рециркуляции приходятсигналы, сдвинутые
0 во времени относительно друг друга на время суммарной паразитной задержки, что позволяет в триггере 15 вычесть время паразитной задержки из периода рециркуляции и получить на выходе триггера 15 им5 пульсы, длительность Т э которых равна времени распространения ультразвука в акустической среде эталонного канала (синхронизатора).
С выхода триггера 15 импул ьсы поступают на первый вход схемы И 16, управляя
прохождением высокочастотных импульсов с периодом Tt с выхода генератора 20 на вход делителя 17, имеющий коэффициент деления Кд. Коэффициент деления делителей 7 и 14 одинаков и равен КД1. Число N3 импульсов с длительностью КД1 -Тэ (увеличенный в КД1 эталонный интервал) и периодом Кд Тэ, поступивших с выхода триггера 15 на вход схемы И 16 в течение измерительного интервала времени, определится из условия:
N3-KAi Тэ Кд-Т0,(1)
откуда
N3 , Кд1 Тэ
Генератор 8 вырабатывает электрические импульсы с периодом повторения Тэ. Эти импульсы одновременно поступают на приемно-излучающую акустическую головку 11 и на вход блока 21 задержки, в котором задерживаются на время, равное постоянной составляющей паразитной задержки сигнала, в контролируемом канале, т.е. в защитной мембране головки 11 и в блоке 9. С выхода блока 21 задержки электрические импульсы поступают на второй вход триггера 10.
Ультразвуковой импульс, излучаемый головкой 11, распространяясь в лоцируемой среде, достигает граничной поверхности ее и, отразившись от нее, поступает на головку 11 через интервал времени Т1к, равный отношению удвоенного лоцируемого расстояния и скорости ультразвука, и преобразуется в электрический импульс. Последний через приемно-усилительный 6iioK 9 поступает на первый вход триггера 10, на выходе которого формируются импульсы, с периодом Кд Тэ автоциркуляции и длительностью Т к .
С выхода триггера 10 импульсы поступают на третий вход схемы И 17, управляя прохождением высокочастотных импульсов с второго выхода генератора 20 на вход счетчика 19.
Общее число Nx высокочастотных импульсов, заполняющих МЭ эталонных интервалов времени, длительностью Тк каждый в течение измерительного интервала N34 Кдг Тэ с учетом выражения (2) равно
Т
Nx N3
ТЙ Кд То Кд Til
TJ
(3)
То Т° КД1 -Тэ КД1 Принимая во внимание, что время распространения импульсов в эталонной и контролируемой среде равно
t э
Тэ
-И Ik
где э и 1К - расстояние между излучателем и приемником ультразвука в эталонном канале (синхронизаторе) и удвоенное лоцируе- мое расстояние в контролируемом канале соответственно;
Сэ и Ск - скорости звука соответственно в эталонном и контролируемом канале; имеем после подстановки значений Тэ и Т в формулу (3):
10 м - Кд lk Сэ х КД1 э Ск
(4)
15
Учитывая, что , формула (4) преобразуется к виду
Принимая во внимание, что э const, можно записать
,
(6)
20
30
35
где
Кл
2 Кл
(7)
Кд1-1эНа фиг.2 приведены временные диаграммы работы устройства, причем диаграм- 5 мы A,B,C,D и Е соответствуют одноименным точкам на фиг,1.
Конструктивное выполнение блоков 1,2,3,4,5,6,8,9,11,12,13,16,18.19,20 и 21 известно (3,4,5,6).
Блоки 10 и 15 представляют собой статические триггеры с раздельными входами.
Блоки 7 и 14 одинаковы и отличаются от аналогичного блока 17 меньшим коэффициентом Кд1 деления частоты.
Условие для выбора коэффициента КД1 имеет вид:
Н40 Таким образом, результат(6) измерений в предложенном устройостве не зависит от постоянной и переменной составляющих паразитного времени задержки сигнала в синхронизаторе и от постоянной составля45 ющей паразитного времени задержки сигнала в контролируемом канале, что повышает точность измерений расстояния до объекта контроля (толщины или уровня) особенно в условиях, когда расстояние до
50 объекта контроля мало, а измерения производятся в агрессивных, сильно флуктуирующих или высокотемпературных средах, что обуславливает наличие толстых защитных мембран на пьезопреобразователях и, как
55 следствие, наличие заметного (до единиц и десятков процентов) паразитного времени задержки сигнала в эталонном и контролируемом каналах.
При этом появляется возможность не только уменьшить габариты эталонного и
контролируемого акустических каналов без снижения точности измерений, но и дополнительно увеличить точность и быстродействие измерений соответствующим повышением частоты стабильных колебаний (с выхода генератора 20) и быстродействия счетчика 19 (аналогично-делителя 17 частоты), так как пропорционально уменьшается погрешность дискретности.
Формула изобретения Ультразвуковой уровнемер, содержащий последовательно соединенные первый делитель частоты, импульсный генератро, первый усилитель и первый триггер, прием- но-излучающую головку, сединенную с входом первого усилителя, синхронизатор, выполненный в виде последовательно соединенных блокинг-генератора, дополнительного излучателя, дополнительного приемника, второго усилителя и формирую J ±1- .
,Тэ
КЪ7э
к
С
ZLI
ИЗ РЪ. I:
Ј
щего каскада, выход которого соединен также с входом блокинг-генератора и первого делителя частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него
введены последовательно соединенные формирователь импульсов задержки, первый блок задержки, второй делитель частоты, второй триггер, первая схема И, третий делитель частоты, вторая схема И и счетчик
импульсов, второй блок задержки и генератор стабильных колебаний, выходы которого подключены к вторым входам первой и второй схем И, вход формирователя импульсов задержки соединен с выходом второго
усилителя, при этом выход генератора импульсов соединен также с вторым входом первого триггера через второй блок задержки, второй вход второго триггера соединен с выходом первого делителя частоты, а третий вход второй схемы И подключен к выходу первого триггера.
±
НЭ, 7
-----I1,
i,
1
Ч
Ультразвуковой уровнемер с цифровым отсчетом | 1976 |
|
SU564538A1 |
Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ЛОКАТОРСРЕД | 0 |
|
SU267389A1 |
Приспособление для точного наложения листов бумаги при снятии оттисков | 1922 |
|
SU6A1 |
Авторы
Даты
1992-10-07—Публикация
1990-10-15—Подача