Измеритель скорости звука Советский патент 1993 года по МПК G01H5/00 

Изобретение относится к технике акустического контроля и может быть использовано для контроля скорости распространения акустических колебаний (звука) в жидких средах.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг.1 изображена блок-схема заявляемого измерителя; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу блок-схемы.

Измеритель скорости звука, блок-схема которого приведена на фиг.1, содержит регистратор 1, объединенный входом со входом делителя 2 частоты и выходом управляемого генератора 3, подключенного входом к интегратору 4, выход задающего генератора 5 соединен со входом генератора б возбуждающих импульсов, выход источника 7 тока подключен к первому входу прерывателя 8 тока, подключенный первым

входом к выходу делителя 2 частоты, распределитель 9 импульсов соединен первым выходом с управляющим входом ключа 10 разряда, второй вход которого, объединенный с выходом прерывателя 8, соединен с первым вйводом времязадающего конденсатора 11, объединенного вторым выводом с выходом ключа 10изаземленными, второй выход распределителя 9 подключен ко вто- .рому управляющему входу прерывателя 8, электроакустический преобразователь 12, погруженный с отражателем 13 в исследуемую среду, подключен к выходу генератора 6, объединенного со входом ограничителя 14 импульсов, подсоединенного выходом ко входу компаратора 15 приемного сигнала, второй источник 16 тока, объединенный по входу с источником 7, сравнивающий блок 17, соединенное первым входом с первым выводом времязадающего конденсатора 11, выход сравнивающего блока 17 соединен с

СО

ел о

к

(А)

первым входом 9 триггера 18, подключенного первым, вторым выходом к одноименным входам RS-триггера 19, выход которого соединен со входом интегратора 4, выход ком-, паратора 15 подключен к первому входу второго распределителя 20 импульсов, выход источника 16 тока соединен с первым входом второго прерывателя 21 тока, соединенного выходом с первым входом второго ключа 22 разряда, второй вход которого подключен к первому выходу распределителя 20, соединенного вторым выходом со вторым входом прерывателя 21 тока, второй времязадающий конденсатор 23, подключенный первым, вторым, выводами параллельно первому входу и выходу ключа 22, соединенному с шиной земля, первый вывод конденсатора 23, объединенный с выходом прерывателя 21 и первым входом ключа 22, подключен ко второму входу сравнивающего блока 17, второй вход и третий выход распределителя 9 объединены и подключе; ны к первому входу элемента 24 И, второй вход которого соединен с объединенными вторым входом и третьим выходом распределителя 20, выход элемента 24 И подключен к объединенным второму входу триггера 18 и входу формирователя 25 корректирующих импульсов, выход которого подключен к объединенным третьим входам распределителей 5,20 и RS-триггера 19.

В Качестве регистратора 1, например, можно использовать электронно-счетный частотомер типа 43-34, ечетчиковый делитель 2 выполнен на и/с 584 ИЕ9.

Измеритель работает следующим образом.

Импульсы 26 задающего генератора 5, работающего с постоянной частотой {2,5 кГц) поступают на вход генератора б возбуждающих импульсов, формирующего короткие импульсы (27-1) ударного возбуждения, воздействующие на преобразователь 12 измерителя. Образованный при возбуждении преобразователя 12 акустический импульс, после зондирования среды и отражения от отражателя 13 будет частично приниматься преобразователем 12 в виде электрического приемного сигнала (27-П), а частично отражаясь от лицевой поверхности последнего, вновь зондировать среду после отражения от отражателя 13 приниматься преобразователем 12 в виде второго электрического приемного сигнала (27-Ш). Длительность т между двумя приемными

сигналами (27-П, 27-UJ) будет равна г -р,

где I. - длина акустической базы электроакустического преобразователя: С - скорость звука в среде.

Сигналы с выхода (входа) преобразователя 12 после ограничения по амплитуде ограничителем 14 нормируются по амплитуде и длительности компаратором 15 (28-1,

28-П; 28-Ш). Импульс 28-1 вызывается ударным возбуждением, импульсы 28-П и 28-Ш - приемные сигналы. Указанная последовательность импульсов воздействует на счетный вход С распределителя 20.

Импульсом 28-1 на выходе 1 распределителя 20 формируется сигнал 30 высокого логического уровня, который, воздействуя на управляющий вход - V ключа 22, вызывает замыкание его коммутирующего в.хода и

5 выхода. Это обеспечивает шунтирование выводов конденсатора 23 и его разряд. При этом коммутирующий вход и вход прерывателя 21 находятся в разомкнутом состоянии и ток источника 16 не вызывает падения

0 напряжения на замкнутых выводах ключа 22. Введение прерывателя 21 тока .позволяет снизить остаточное напряжение на конденсаторе 23 при разряде до минимального значения (2-4 глВ)и.. следовательно, обеспе5 чить его незначительные изменения при воздействии внешних факторов.

Импульсы (28-П) на выходе 2 распределителя 20 формируется сигнал 31 высокого логического .уровня и прекращается шунти0 рование выводов конденсатора 23, так как на управляющем входе ключа 22 будет действовать с-игкал низкого логического уровня, Сигнал 31, воздействуя на управляющий вход V прерывателя 21, будет вызывать за5

мыкание его коммутирующего входа и выхода. Это будет приводить к заряду конденсатора 23, током lie и возрастанию напряжения на нем с постоянной крутизной (диаграмма 32 - фиг.2).

0 Импульсом 28-Ш на выходе 3 распределителя 20 формируется сигнал 33 высокого уровня и прекращается заряд конденсатора 23 (коммутирующий вход и выход прерывателя 21 размыкается, так как на управляю5 щем входе V последнего будет действовать сигнал низкого уровня).

Значение напряжения на конденсаторе 23 в момент прекращения его заряда будет определяться известным выражением LJ23

0 (is Т

, где Саз - емкость конденсатора 23.

С23

Сигнал 33 поступает как на вход СЕ распределителя 20, вызывая его блокирование, так и на первый вход логического, эле- § мента И 24.

Импульсы управляемого по частоте генератора 3 через делитель 2 поступают на счетный вход С распределителя 9 (диаграмма 34 на фиг.2).

Сигналом 36 (фиг.2), сформированным на выходе 1 распределителя 9, через ключ 10 осуществляется разряд конденсатора 11.

Сигналом 37 (фиг.2), сформированным на выходе 2 распределителя 9, прерыватель

8подключает конденсатор 11 к выходу источника 7 тока. Это приводит к заряду конденсатора 11 током и возрастанию напряжения на нем с постоянной крутизной (диаграмма 38 - фиг.2).

При формировании сигнала 39 - фиг.2 на выходе 3 распределителя 9 заряд конденсатора J1 прекращается и значение напряжения на нем в этотлмомент времени определяется известным выражением Vn

т Т

- -ft-. где Т - период импульсов на входе

11

распределителя 9; Си - емкость конденсатора 11. Сигнал 39 (фиг.2) поступает как на вход СЕ распределителя 9, вызывая его блокирование, так и на второй вход логического элемента И 24.

Сигнал 40 (фиг.2) высокого уровня, сформированный на выходе элемента И 24, при совпадении сигналов на его входах, воздействует как на вход С триггера 18, так и на зход формирователя 25 корректирующих импульсов.

Сигнал 40 (фиг. 2), воздействующий на С-вход триггера 18, будет изменять его положение, если на выходе сравнивающего блока 17 будет действовать сигнал высокого уровня, что будет соблюдаться при Vvi Uas. Если принять, что he и Сц , то триггер 18 изменит свое положение при Т т.

В противном случае (Уп U23 ) изменение положения D-триггера 18 не происходит. Импульс 41 (фиг.2), сформированный на выходе формирователя 25, будет воздействовать на входы распределителей

9и 20 и вход V чтения RS-триггера 19.

Воздействие импульса 41 (фиг.2) на входы V распределителей 9 и 20 приводит к установке последних в исходное состояние (на выходах 0 распределителей 9 и 20 действуют сигналы высокого уровня - диаграммы 29 и 35 фиг.2).

Воздействие импульса 41 (фиг,2) на вход V чтения триггера 19, приводит к формированию на выходе последнего сигнала высокого (низкого) уровня - если произошло (не произошло) изменение положения триггера 18. Сигнал высокого (низкого) уровня будет вызывать повышение (понижение) напряжения на выходе интегратора 4, являющегося входным для управляемого генератора 3. При этом повышение (понижение) этого напряжения приводит к повышению (понижению) частоты f колебаний последнего.

В установившемся режиме работы измерителя будет происходить чередование 5 условий Vn U23 (Т т) и Un U23 (Т т). В этом режиме усредненные значения указанных напряжений (длительностей) будут равI/ны, т.е. Un U23 и Т г, так какТ - . где К

0 - коэффициент деления счетчикового делителя 2, и г 7, то f- A L

В схеме измерителя равенство токов I и he достигнуто выполнением их схем иден5 тичными и использованием для источников 7 и 16 тока единого опорного элемента (стабилитрона Д 818 Е), включенного между выводом плюс источника питания и неинвертирующими входами операцион0 ных усилителей источников (140 2УД20А).

Диаграмма сигналов на фиг.2 приведена из предположения, что распределитель 9 начинает работать раньше распределителя 20. В противном случае картина меняется на

5 противоположную.

Таким образом, в предлагаемой схеме сохранено положительное достоинство прототипа - в качестве сигнала измерительной информации используется длительность

0 временного интервала между двумя приемными сигналами и дальнейшее повышение точности пульсации управляющего напряжения. Частота пульсации в данном случае задается задающим генератором 5.

5Кроме указанного, в предлагаемой схеме измерителя достигнуто повышение быс. тродействия при малых скоростях звука вследствие того, что частота зондирования принята максимальной и не зависит от зна0 чения скорости звука.

В предлагаемой схеме измерителя мм, К- 100, выходной сигнал 140000- 155000 Гц соответствующий диапазону 140000-155000 см/с, отклонение от линей5 ности не хуже ± 4,5 см/с (в прототипе ±6 см/с). Достигнуто уменьшение времени установления выходного сигнала на 0,06 с по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

0 Измеритель скорости звука, содержа- . щий последовательно соединенные первый ключ, сравнивающий блок, D-триггер, НС- триггер, интегратор, управляемый генератор, делитель частоты и первый

5 распределитель импульсов, связанный первым выходом с вторым входом первого ключа, выход которого предназначен для заземления, первый конденсатор, параллельно подключенный к первому входу и

выходу первого ключа, последовательно соединенные генератор возбуждающих импульсов, электроакустический преобразователь, ограничитель импульсов и компаратор, источник тока и регистратор, подключенный k выходу управляемого генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен первым. прерывателем тока, сигнальный вход которого соединен с выходом первого источника тока, управляющий вход - с вторым выходом первого распределителя импульсов, а выход - с первым входом сравнивающего блока, задающим генератором, подключенным к входу генератора возбуждающих импульсов, последовательно соединенными вторыми источником тока, прерывателем тока и вторым ключом, выход которого предназначен для заземления, вторым конденсатором, параллельно подключенным к первому входу и выходу второго ключа, вторым распределителем, счетный вход которого подключен к выходу компаратора, первый

выход - к второму входу второго ключа, а второй выход - к управляющему входу второго прерывателя тока, и последовательно соединенными элементом И и формирователем корректирующих импульсов, выход

которого подключен к установочным входам RC-триггера .и распределителей импульсов, третьи выходы распределителей связаны соответственно с собственными входами блокировки и входами элемента И, выход

которого подключен к С-входу D-триггера, выход второго прерывателя тока связан с вторым входом сравнивающего блока, а опорные входы источников тока объединены.

Изобретение относится к технике акустического контроля и может быть использовано для контроля скорости распространения акустических колебаний в жидких средах. Целью изобретения является повышение точности измерения. Принцип действия измерителя заключается в следящем уравновешивании времени прохождения исследуемой среДы акустическими колебаниями длительностью временного интервала, пропорциональной периоду выходной частоты измерителя. Повышение точности измерителя достигнуто за счет стабилизации пульсаций выходной частоты на минимальном уровне. 2 ил,