Устройство для измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний Советский патент 1993 года по МПК G01H5/00 

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано для измерения скорости ультразвука в пищевой промышленности, медицине и других отраслях народного хозяйства.

„ Целью изобретения является повышение точности определения скорости ультразвука за счет исключения неоднозначности результатов измерений частоты следования зондирующих импульсов.

На чертеже представлена структурная схема устройства для определения скорости распространения ультразвуковых колебаний.

Устройство содержит последовательно. соединенные генератор 1 импульсов с регулируемой частотой следования, излучающий 2 и приемный 3 электроакустические преобразователи, коммутатор 4, усилитель 5, амплитудный детектор 6, формирователь 7 импульсов, триггер 8, фильтр 9 нижних частот и индикатор 10, подключенные к генератору 1 последовательно соединенные линию 11 задержки, второй амплитудный детектор 12, третий формирователь 13 импульсов, одновибратор 14 и второй формирователь 15 импульсов, выход которого подключен ко входу триггера 8, подключенные к выходу генератора 1 частотомер 16 и последовательно соединенные линию 17 задержки и аттенюатор 18, выходом соединенный со вторым входом коммутатора 4/ Устройство работает следующим образом.

00

го о го со о

Последовательность выходных импульсов генератора 1 разделяют на зондирующие и опорные импульсы. Зондирующие импульсы поступают на электроакустический преобразователь, где преобразуются в ультразвуковые. Прошедшие контролируемую среду ультразвуковые импульсы с помощью приемного электроакустического преобразователя 3 вновь преобразуются в электрические импульсы. Электрические импульсы, ослабленные прохождением ультразвуковых импульсов через контролируемую среду, усиливаются усилителем 5 и детектируются амплитудным детектором 6. Из видеоимпульсов формирователем 7 формируются короткие импульсы, которые поступают на один из входов триггера 8.

Опорные импульсы задерживаются линией задержки 11 и детектируются амплитудным детектором 12. Короткие импульсы, сформированные в формирователе 13 импульсов, возбуждают одновибратор 14. Из выходных колебаний одновибратора 14 формируются задержанные, короткие импульсы формирователем 15, которые поступают на второй вход триггера 8.

Зондирующие импульсы опаздывают относительно опорных импульсов на время прохождения ультразвуковыми импульсами фиксированного расстояния между излучающим 2 и приемным 3 электроакустическими преобразователями. При отсутствии задержки, вносимой одновибратором 14, время

t3 l/c,(1) где ts - время запаздывания,

I - расстояние между излучающим 2 и приемным 3 преобразователями,.

с - скорость распространения ультразвуковых колебаний.

Длительность выходных импульсов триггера 8 будет определяться разностью времен прихода опорных импульсов и ближайших к ним зондирующих импульсов. Если период следования импульсов Т, то возбуждающий и принятый импульсы будут разделены количеством импульсов

„..Ef.

где f - 1 /Т - частота следования импульсов;

- целая часть числа А.

Длительность выходных импульсов триггера с учетом выражения (2) можно представить в виде

. о)

Из последовательности выходных импульсов триггера 8 фильтром 15 нижних частот выделяют постоянную составляющую напряжения, которая регистрируется индикатором 10. .

Частоту следования импульсов f предварительно устанавливают такой, чтобы обеспечить стабильное показание индикатора 10. Это обеспечивается повышением частоты следования импульсов, при котором возрастает отношение сигнал/шум на

выходе усредняющего фильтра 9. После достижения стабильного показания индикатора 10 плавно изменяют частоту следования импульсов совпадения последующих опорных импульсов с принимаемыми зондирую-

щими импульсами. При достижении нулевого показания индикатора 10 (Ati 0) имеем

ta

- n Ti с

п

fl

(4)

где fi - частота следования совпадающих импульсов.

Измеряют частоту ft следования импульсов частотомером 16. Дополнительно

задерживают опорные импульсы одновибратором 14 на время, которое превышает порог чувствительности индикатора 10, но меньше времени полупериода следования

импульсов. Для этого плавно увеличивают постоянную одновибратора 14 до достижения максимального значения показаний индикатора 10. Затем постоянную времени уменьшают до значения, при котором показания индикатора 10 достигают половинного уровня. В результате дополнительной задержки длительность выходных импуль- сов триггер 8 принимает значение

.«A -AV-JL

(5)

где A to - дополнительная задержка, вносимая одновибратором 14.

Далее увеличивают частоту следования импульсов до значения, при котором восста- навливается совпадение импульсов. При At2 0 получаем.

(2)

сов;

50

-Ј--At0 nT2 -g-,(6)

где h - частота следования импульсов при втором совпадении.

Измеряют частоту fa частотомером 16. Затем переключатель 4 переводят в противоположное состояние. При этом зондирующие импульсы через линию 17 задержки и аттенюатор 18 непосредственно поступают

на усилитель 5. Затухание, вносимое контролируемой средой, должно соответствовать акустическому затуханию, вносимому аттенюатором 18. Время задержки выбирают равным задержке импульсов в излучаю- щем 2 и приемном 3 .-V электроакустических преобразователях. Задержки, вносимые линиями 11 и 17, делают равными.

В результате формирования коротких импульсов из ослабленных зондирующих импульсов на выходе триггера 8 образуются импульсы, длительностью

1,3 Ato

Т2

Увеличивают частоту следования импульсов до достижения совпадения. Так как дополнительная задержки At0 T2/2, та совпадение возникает тогда, когда20

Аь

где з - частота следования импульсов при третьем совпадении.25

Решая систему уравнений, составленных из соотношений (4), (6) и (8)

-Ate - п fi

относительно скорости распространения получаем

Jli

I.

- (Ю) 40

Из полученного выражения (10) следует, что по трем значениям частоты следования импульсов можно определить скорость рас510

15

20

25

30

35

40

45

пространения ультразвуковых колебаний независимо от соотношения времени прохождения пути ультразвуковыми импульсами t3 и начального периода следования импульсов (ta/T 1). В результате исключения неоднозначности в определении скорости распространения устройство позволяет существенно расширить диапазон измеряемых скоростей и повысить точность измерения при наличии помех.

Формула изобретения Устройство для измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов, излучающий и приемный электроакустические преобразователи, последовательно соединенные усилитель, амплитудный детектор, первый формирователь импульсов, триггер, фильтр нижних частот и индикатор, подключенные к выходу генератора импульсов последовательно соединенные линию задержки и второй амплитудный детектор, второй формирователь импульсов, выходом подключенный к второму входу триггера, и частотомер, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет исключения неоднозначности результатов измерения частоты следования зондирующих импульсов, оно снабжено подключенными к выходу второго амплитудного детектора последовательно соединенными третьим формирователем импульсов и одновибратором, выход которого подключен к входу второго формирователя импульсов, и подключенными к выходу генератора импульсов последовательно соединенными второй линией задержки, аттенюатором и коммутатором, второй вход которого соединен с выходом приемного электроакустического преобразователя, а выход - с входом усилителя.

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано для измерения скорости ультразвука в пищевой промышленности, медицине и других отраслях народного хозяйства. Цель изобретения - повышение точности определения скорости ультразвука за счет исключения неоднозначности результатов измерений частоты следования зондирующих импульсов. В устройстве формируются две последовательности импульсов - зондирующих и опорных. Измеряется частота зондирования, при которой наблюдается совпадение последующих опорных импульсов с принимаемыми зондирующими импульсами. ЭтаТГроцедура осуществляется при различных заданных значениях частоты опорной последовательности импульсов и различной амплитуде зондирующих импульсов, что позволяет исключить неоднозначность в показаниях устройства. 1 ил. ел с