Устройство для измерения скорости распространения акустических волн Советский патент 1976 года по МПК G01H5/00 

1

Изобретение относится к области определения физико-химических свойств и состава сред акустическими методами.

В известном устройстве для измерения скорости распространения акустических волн по авт. св. № 260302 реализован импульсно-частотный метод измерения скорости распространения акустических волн, которая пропорциональна частоте следования импульсов акустико-электрического рециркулятора (синхрокольца).

Устройство содержит генератор импульсов, приемно-передающие акустические преобразователи, усилитель, каскад формирования, пиковый детектор и измеритель частоты. Отличительной его чертой является включение в цепь обратной связи генератора импульсов через пиковый детектор автоматического регулятора напряжения с управляемым вентилем и нуль органом.

При этом, за счет автоматического поддержания амплитуды эхо-импульсов на выходе усилителя на постоянном уровне момент срабатывания формирователя не зависит от затухания в акустическом тракте устройства, и, как следствие, повышается точность измерения скорости.

Но в процессе измерения часто происходят изменения в структуре вещества, вызывающие не ТОЛЬКО изменение скорости, но и различное изменение коэффициента затухания спектральных составляющих акустических импульсов, распространяющихся в среде. При более высоких частотах большинство

испытываемых сред обладает сильно выраженным свойством затухания и действует как фильтры нижних частот. Таким образом, компоненты -более высокой частоты фильтруются из спектра импульса, что вызывает изменение

формы его фронта.

В результате этого все устройства, в которых при изменении скорости распространения акустических волн используется метод «синхрокольца, в том числе и рассмотренное,

имеют существенный недостаток: при прецизионных измерениях скорости не учитываются ее изменения, обусловленные увеличением фронта импульса (тф) «затачиванием за счет изменения затухания высокочастотных составляющих.

Целью изобретения является повышение точности измерения скорости распространения акустических волн.

Это достигается тем, что в предлагаемое устройство между выходом усилителя и входом формирователя введен амплитудный дискриминатор, подключенный к источнику напряжения, задающему различные уровни

порога срабатывания дискриминатора.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предложенного устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие принцип его действия.

Устройство состоит из генератора 1, соединенного с излyчa oщим акустическим преобразователем 2, приемного преобразователя 3, подключенного к широкополосному усилителю 4, связанному с первым входом амплитудного дискриминатора 5, второй вход которого подключен через переключатель к источнику напрял ения 6. Выход дискриминатора 5 через каскад формирования 7 соединен с измерителем частоты 8 и генератором 1 импульсов. Выход широкополосного усилителя 4 через пиковый детектор 9 подключен к автоматическому регулятору напряжения 10, управляющему генератором 1 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Импульс генератора 1 (фиг. 2а) возбуждает излучающий акустический преобразователь 2. Акустический импульс после прохождения через исследуемое вещество преобразуется в электрический приемным преобразователем 3 и поступает на вход широкополосного усилителя 4. С выхода усилителя импульс поступает на первый вход амплитудного дискриминатора 5, порог срабатывания которого изменяется с помощью источника напряжения 6, подключенного через переключатель к другому входу дискриминатора 5. В первом положении (1) переключателя подается напряжение UQ (фиг. 2,6), превышающее напряжение шумов усилителя и составляющее, как правило, 5-15% амплитуды импульса. Во втором (И) положении подается напряжение U , величину которого можно регулировать. Как правило, регулируемое напряжение U составляет 70ч-90% амплитудного импульса.

Таким образом, предлагаемое устройство работает в двух режимах, обусловленных различным значением порогового напряжения срабатывания амплитудного дискриминатора 5.

Частота следования импульсов в первом режиме f 1 : -, где t: (см. фиг. 2, в) - время с

1

момента первоначального импульса генератора 1 (to) до последующего запуска.

Инерционностью (задержкой) дискриминатора 5 и каскада формирования, выходные импульсы которого вновь запускают генератор 1 и подсчитываются измерителем частоты 8, можно пренебречь, так как она будет постоянной в обоих режимах. Во втором режиме частота импульсов fj : - (фиг. 2, г),

3

и при постоянной скорости распространения акустических волн ее отличие от fi будет обусловлено только длительностью фронта импульса Тф, которую можно определить:

J

Ф - 4 - fi

Ti

На фиг. 2д, е показано, что если изменяется длительность тф при неизменной скорости, то новое значение тф легко определяется

J

J

/2

/1

Таким Образом, можно по измерению частоты следования импульсов устройства в двух режимах работы определить изменение фронта импульса и рассчитать необходимую поправку для точного измерения скорости.

Все указанные операции имеют смысл при постоянной амплитуде импульсов на выходе широкополосного усилителя 4, что обеспечивается действием пикового детектора 9 и автоматического регулятора напряжения 10.

Большим достоинством предлагаемого изобретения является возможность измерения фронта импульса и оценки его влияния на точность измерения скорости распространения акустических волн применением простых технических средств.

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости распространения акустических волн по авт. св. № 260302, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, между выходом усилителя и входом формирователя установлен амплитудный дискриминатор, подключенный к источнику иапряжения, задающему различные уровни порога срабатывания дискриминатора.

Tz г/г. 1

Q

v

iVo