Измеритель скорости ультразвука Советский патент 1977 года по МПК G01N29/00 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СКСРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА

1

Изобретение отнсюится к технике ультразвука, предназначено для измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний в исследуемой среде и может быть использовано при построении ряда приборов для физико-химических измерений.

Известен измеритель скорости ультразвука фазовым методом, основанным на сравнении фаз ультразвуковых колебаний, излучаемых в упругую среду, и на выходе из

Этот измеритель имеет сравнительно невысокую чувствительность и точность, а также малый диапазон измерения скорости ультразвука.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является измеритель скорости ультразвука, содержащий излучатель ультразвука, генератор высокочастотных электрических колебаний, приемник ультразвука и частотный детектор 2j. Однако этот измеритель имеет малую чувствительность, помехоустойчивость и точность, а также незначительный диапазон измерения.

Цель изобретения - повышение чувствительности, помехоустойчивости, точности и

расширение диапазона измерения скорости ультразвука.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемый измеритель введены фазовый модулятор, генератор шума, полосовой филкгр мультипликатор, блок регулируемого запаздывания и. интегратор, при этом генератор высокочастотных электрических колебаний подключен к фазовому оаулятору, к моделирукицему входу которртч) подсоединен выход полосового фильтра, входом соединенного с генератором шума, выход фазового модулятора подключен к излучател1о ущугразвука, а выход приемника ульлфазвуковых колебаний через частотный детектор подключен к мультипликатору; второй вход которого соединен с выходом блока регулируемого запаздывания, а выход - с интегратором, подключенным к управляющему входу блока регулируемого запаздывания, вход которого соединен с выходом полосоворго фильтра.

На чертеже показана функциональная схема измерителя скорости ультразвука.

Генератор высокочастотных электрически колебаний 1 подключен к фазовому мопулято ру 2, на оцулируюший вход которого подано напряжение от последовательно соединенных генератора шума 3 и полосового l филыгра4, Выходфазовсгомодулятораподключен к излучателю ультразвука 5, а выход прием кика улыгразвуковых колебаний 6 через частотт ный детектор 7 -к мулнгипликатору 8. Второй gxoa поспеднегосоединен с выходом бпока регу лируемого запаздывания 9, а выход - с интегратором 1О, подключенным к управляющему входу блрка регулируемого запаздыва НИН, на вход которого подано напряжение с выхода полосового фильтра.

Измеритель скорости ультразвука работает следующим образом.

Генергэтор 1 вырабатывает напряжение частоты и , которое модулируется по фазе) в фазовом модуляторе 2 напряжением в ( t ), представляющим собой случайную функцию ограниченного спектра низших частот, статистические параметры которой определяются генерат6 эом щума 3 и полосовым фильтром 4. Высокочастотное модулированное по фазе

напряжениеUj UjSbft)ote(t) подается на излучатель 5, в котором преобразуется в ультразвуковые колебания. Пройдя исследуемую среду, эти колебания достигают приемника 6, на выходе которого напряжение U2i. равHoell U2Sir(iOot @(t -t), задержано на время ;t , равное времени распространения ультразвука в среде. На выходе

частотного детектора 7 напряжение 1/5 Кцд . dQ(t

at где Куд - коэффициент преобразования

частотного детектора,

производная задержанной

фазы по времени,

Напряжение Uj поступает на мультипликатор 8, где перемножается с напряжением иц в (t-ti) « получаемым с выхода блока регулируемого запаздывания 9, на

вход которого подано напряжение 0 ( -t . с выхода полосового фильтра 4, С выхода мультипликатора 8 напряжение поступает на интегратор 1О, выходной сигнал которого подается на регулирующий вход блока регулируемого запаздывания 9, в котором осуществляется изменение величины задержки ti до тех пор, пока 4 . не станет равной задержке f , Выходной сигнал интегратора Ю является также выходным сиг налом измерителя скорости, линейно зависящим от скорости ультразвука в среде, что способствует расширению диапазона измерения.

Выходной сигнал ,равен оценке корреляционной функции сигнала 0 (t -ti ) и его

производной

cie(t-tt)

Ree(t) Tje(t-T,)

dt ,

dt

Получение на выходе напряжения, равного оценке автокорреляционной функции RQQ ( t ) процесса 0 ( t ) в данном случае нецелесообразно, хотя это и обеспечивает повыщение точности измерения в сравнении с интерференционным методом.

Большинство корреляционных функций в области нулевых значений аргумента Ч имеет слабо выраженный экстремум, заметные отличия от которого сама функция имеет

в области относительно больших значений аргумента, что снижает чувствительность и точность систем со структурйойопределения оценки автокорреляционной функции.

Дополнительное повышение чувствительности и точности в измерителе скорости ультразвука достигается за счет использования оценки производной корреляционной функции Rgglff) процесса 0(t), которая, в свою очередь, равна оценке корреляционной функции процесса и его производной 1200 (f ) При нулевом значении :, R0Q(O)(O)O. При значениях t , близких к нулю, функция RQQ имеет большую крутизну, что и обеспечивает повышение чувствительности и точности в сравнении со структурой, в которой используется оценка Rgg() .

cfQ(t-t)

Получение производной

проdt

цесса 0 (t-ч ) обходится без участия операции пифференцирования, сопровождающейся обострением помех, а осуществляется путем фазового детектирования высокочастотного сигнала частотным детектором. Высокая помехоустойчивость способствует повышению точности измерения скорости ультразвука.

Ф о

у лай з-о б р е т е.н.и

Измеритель скорости ультразвука, содержащий излучатель ультразвука, генератор высокочастотных электрических колебаний, приемник ультразвука и частотный детектор, отличающийс я тем, что, с целью повышения чувствительности, помехоустойчивости, точности и расширения диапазона измерения, в него введены фазовый модулятор, генератор щума, полосовой фильтр, мультипликатор, блок регулируемого запаздывания и интегратор, при этом генератор высокочастотных электрических колебаний подключен к фазовому модулятору, к модулирующему входу которого подсоединен выход полосового фильтра, входом соединенного с генератором шума, выход фазового модулятора подключен к излучателю ультг)язвука, а выход приемника ультразвука через частотный детектор пооключен к мультипликатору, второй вход которого соединен с выходом блока регулируемого запаздывания, а выход - с интегратором, подключенным к управляющему входу блока регулируемого запаздывания, вход которого соединен с выходом полосового фильтра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

2.Носов В. А. Проектирование ультразвуковой измерительной аппаратуры , М., Машиностроение, 1972, с. 86-67.