Поглощение ультразвука в сильнопоглощающих средах Советский патент 1974 года по МПК G01N29/00 

1

Изобретение относится к технике акустических методов исследования вещества и может использоваться в акустических уровнемерах и расходомерах вязких сред.

Известны устройства для измерения скорости распространения коэффициента поглощения ультразвука в сильнопоглощающих средах, содержащие преобразователь с приемо-передающими пьезоэлементами, генератор монохроматических колебаний, гетеродинный приемник с двумя когерентными каналами, усилители, смесители, ограничители и импульсные счетчики.

Возможность измерения с помощью известных устройств сильнопоглощающих сред ограничена вследствие малого отношения сигнал/шум. Такие устройства имеют низкую точность и малый предел измерения.

Целью изобретения является повышение точности и расширение пределов измерения.

Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве опорный канал содержит 2п кольцевых смесителей, входы которых соединены с отводами п-ступенчатого делителя частоты опорного генератора и выходами усилителей промежуточной частоты опорного канала, а выходы - с соответствующими кольцевыми смесителями в опорном и измерительном каналах, к усилителям которых подключен цифровой вычислитель корреляционной функции.

включающий усилители-ограничители, формирователь- умножитель частоты, соединенный с входами схемы селекции полярностей сигналов, выходы которой связаны с входами

двух импульсных счетчиков.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из генератора 1 монохроматических колебаний; предварительного

усилителя 2; первых смесителей 3 и 4; гетеродина 5; первых усилителей 6 и 7 частоты; кольцевых смесителей 8, 9 и 10; ступенчатого делителя 11 частоты; вторых усилителей 12 и 13 промежуточной частоты; кольцевых смесителей 14, 15 и 16; третьих усилителей 17 и 18 промежуточной частоты; опорного генератора 19; цифрового вычислителя 20 корреляционной функции, содержащего формирователь-умножитель 21, усилители-ограничители 22 и 23,

схему селекции, состоящую из схем совпадения 24-27 и вентильных схем 28 и 29, схемы инвертирования 30 и 31 и два импульсных счетчика 32 и 33; и акустического преобразователя 34 с двумя приемо-передающими

пьезоэлементами 35 и 36.

Схема соответствует случаю трехкратного гетеродирования для п, равного двум.

Усилители 6 и 7 широкополосны, реализация преимуществ работы акустического устройства в непрерывном режиме в этом случае

возможна при условии узкополосности последующих каскадов в измерительном канале и как следствие высокой стабильности частоты сигналов второй и последующих промежуточных частот, что выполнено с помощью кольцевых смесителей 9 и 15, ступенчатого делителя 11 частоты и опорного генератора 19. Суммарная нестабильность генератора 1 и гетеродина 5 компенсируется в кольцевых смесителях 8.и 10, 14 и 16, в результате усилители 12, 13, 17 и 18 работают иа частоге, стабильность которой определяется высокостабильным генератором 19. Это исключаег амплитудные и фазовые погрещности, обусловленные флуктуациями частоты генератора 1 и гетеродина 5 в полосе пропускания усилителей 12, 13, 17 и 18, и за счет резкого сужения энергетического спектра шумов повышает отнощение сигнал/щум. Генератор 1, работающий в непрерывном режиме, подключен к акустическому преобразователю 34 и к смесителю 4, к второму входу которого подключен гетеродин 5. На входы другого смесителя 3 после прохождения через преобразователь 34 и предварительного усиления в усилителе 22 подается принятый акустический сигнал и сигнал от гетеродина 5. В результате на выходе широкополосных усилителей 6 и 7 промежуточной частоты образуются когерентные сигналы промежуточной частоты, которые подаются на кольцевые смесители 8 и 9 измерительного и опорного каналов. Одновременно к смесителю 9 подключен выход ступенчатого делителя 11 частоты, вход которого связан с выходом высокостабильного генератора 19. Образующийся сигнал разности частот подается на входы кольцевых смесителей 8 и 10, где суммарная нестабильность частоты генератора 1 и гетеродина 5 вычитается, в результате чего стабильность частоты на выходе смесителей 8 и 10 определяется стабильностью генератора 19. Необходимое подавление сигпалов генератора 19 и одной из боковых частот обеспечивается балансировкой кольцевых смесителей 8, 9 и 10. Аналогичное преобразование осуществляется в смесителях 14, 15 и 16. Увеличения отнощения сигнал/шум осуществляется путем, включения в измерительном канале узконолосных усилителей 12 и 17, имеющих разные полосы , пропускания, соогветствующие разным пределам измерения коэффициента поглощения. Определение, коэффициента поглощения ведется путем подключения осциллографа или вольтметра к входам усилителей 12 или 17. Одновременно к выходам усилителей 17 и 18 подключены усилители-ограничители 22 и 23 цифрового вычислителя, с выхода которых ограниченные по амплитуде сигналы подаются на входы схем совпадения 24-27, куда одновременно поступают импульсы стробирования, образующиеся в формирователе-умножителе

частоты 21. Выходы схем совпадения подключены к вентильным схемам 28 и 29. Схемы 30 и 31 служат для .инвертирования полярностей сигналов измерительного и опорного каналов; с помощью синхронно работающих импульсных счетчиков 32 и 33 осуществляется за время уставки интегрирование импульсов стробирования, число которых соответствует времени совпадения или несовпадения полярностей сигналов опорного и измерительного каналов.

Разность результатов измерения счетчиков 32 и 33 соответствует значению коэффициента корреляции между опорным и измерительным каналами, а момент его перехода через нуль соответствует смещению пьезоэлементов в

преобразователе 34 на длину акустической волны.

Предмет изобретения

Устройство для измерения скорости распространения и коэффициента поглощения ультразвука в сильноноглощающих средах, содержащее акустический преобразователь с приемо-передающими ньезоэлементами, генератор монохроматических колебаний, гетеродинный приемник с двумя когерентными каналами и имнульсные счетчики, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, опорный

канал содержит 2/г кольцевых смесителей, входы которых соединены с отводами «-ступенчатого делителя частоты опорного генератора и выходами усилителей промежуточной частоты опорного канала, а выходы - с соответствующими кольцевыми смесителями в опорпо.м и измерительном каналах, к усилителям которых подключен цифровой вычислитель корреляционной функции, в.ключающий усилители-ограничители, формирователь-умножитель частоты, соединенный с входами схемы селекция ;)о.лярностей сигналов, выходы которой связаны с входами двух импульсных счетчиков.

L