Цифровой измеритель скорости распространения ультразвука Советский патент 1978 года по МПК G01N29/04 

1

Изобретение относится к области неразрушающего контроля ультразвуковым методом и может быть использовано при создании автоматизированных систем контроля.

Известен измеритель скорости звуковых волн, содержащий высокочастотный генератор, двухканальное входное устройство с преобразователями и усилителями, пересчетное устройство, триггеры и дещифратор 1.

Иедостатком его является необходимость выполнения дополнительных математических операций для получений значений скорости ультразвука.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является цифровой измеритель скорости распростраиения ультразвука, содержащий последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, преобразователи, двухканальный приемннк, ключ и счетчик, вход которого нодключеп к выходу генератора, генератор стабильной частоты и частотомер 2.

Недостатком его является также необходимость выполнения донолнительных математических операций н невозможность определения скорости ультразвука при однократном измерении.

Целью изобретения является автоматизация процесса измерения.

Для этого предлагаемый измеритель снабжен последовательно соединенными триггером, первый вход которого подключен к первому входу частотомера п приемнику, а второй вход - к выходу частотомера, дополнительным ключом, дополнительным счетчиком и каскадом сравнения, входы которого соединены с соответствующими выходами счетчика, каскадом ИЛИ, выход которого подключен к

входу дополнительного счетчика, первый вход - к второму входу частотомера и выходу генератора зондирующих импульсов, а второй вход - к третьему входу частотомера и выходу каскада сравнения, вторые входы

ключей соединены с выходом генератора стабильной частоты.

На фиг. 1 представлена блока-схема описываемого измерителя; на фиг. 2 - временные эпюры, поясняющие работы схемы.

Цифровой измеритель скорости зльтразвука содержит последовательно соединенные генератор 1 зондирующих импульсов, преобразователи 2, двухкапальный приемник 3, ключ 4, счетчик 5, вход которого подключен к выходу

генератора 1, и каскад 6 сравнения. Измеритель содержит также иоследовательно соединенные частотомер 7, триггер 8, первый вход которого подключен к приемнику, дополпительный ключ 9 и дополнительный счетчик 10,

выходы которого соединены с соответствующими входами каскада 6 сравнения. Выход каскада 11 ИЛИ подключен к вход) счетчика 10, иервый вход - к второму входу частотомера 7 и выходу генератора 1, а второй вход - к третьему входу частотомера 7 и выходу каскада 6 сравнения. Вторые входы ключей соедииены с выходом генератора 12 стабильной частоты.

РЬмеритель работает следующим образом.

В начальный момент времени /о генератор 1 зондирующих имнульсов 13 возбуждает иреобразователь 2 и одновременно приводит в исходное состояние счетчик 5, частотомер 7 и через каскад 11 ИЛИ дополнительный счетчкк 10.

Во время действия электрического импульса преобразователь 2 возбуждает в исследуемом веществе ультразвуковой импульс 14, который принимается двумя ультразвуковыми преобразователями и поступает на входы двухканального приемника 3. В приемнике электрические импульсы но двум независимым каналам усиливаются и проходят первичную обработку сигнала, причем импульсы 15 в одном канале относительно нмпульсов 16 другого канала имеют временной сдвиг, равиый разности времен прохождения ультразвуковых волн от излучателя до двухканального нриемника ультразвука. Сформированные импульсы по двум каналам поступают, папример, на входы триггера 8, ири помощи которого формируется импульс 17, длительность которого соответствует времени прохождения ультразвука через расстояние Д/. Сформированный прямоугольный импульс с выхода двухканального приемника 3 поступает на вход нормально закрытого ключа 4 и открывает его. При этом с выхода генератора 12 стабильной частоты импульсы 18, период повторения которых во много раз меньше измеряемого временного интервала Д, через ключ 4 подаются на счетный вход счетчика 5 в котором ироисходит преобразование исходного числа импульсов в код.

Во время формирования заднего фронта импульса ключ 4 закрывается, счет импульсов в счетчике 5 прекращается, и записапный код в нем сохраняется до следующего цикла работы генератора 1 зондирующих импульсов. Кроме того, задний фронт импульса 19 открывает частотомер 7 и переводит в единичное состояние триггер 8, который открывает дополнительный ключ 9. Импульсы с выхода генератора 12 стабильной частоты поступают через ключ 9 и на счетный вход дополнительного счетчика 10, в котором они иреобразуются в цифровой код. Коды счетчиков 5 и 10 сравниваются при помощи каскада 6 сравнения кодов и в случае их совпадения на выходе устройства появляется импульс, который проходит через каскад 11 ИЛИ и приводит дополнительный счетчик 10 в исходное (нулевое) состояние, иосле чего счет импульсов и сбрасывание в исходное состояние дополнительного счетчика 10 продолжается. Импульс на выходе каскада 6 сравнения появляется только в случае полного совпадения кодов счетчиков 5 и 10. Это значит, что совьадение кодов ироисходггг только тогда, когда в допо;1Н ггельный счетчик 10 поступает ровно столько же импульсов, сколько их было запнсаио в счетчик 5. Поскольку число им 1ульсов, записанных в счетчике 5, прямо пропорционально длител 1юсти Д импульса 17, то импульсы 20 на выходе каскада 6 сравнепия имеют период повторения Т, равный длительности измеряемого временного интервала Д. При этом импульсы 20 с выхода каскада 6 сравнения поступают на вход частотомера 7, который измеряет частоту их слехЧ.ования.

По истечеиии времени измерения импульс 21 поступает на второй вход триггера 8, переводит его в исходное пулевое состояние, закрывается дополнительный ключ 9, и работа измерителя прекращается.

За время действия импульса длительностью Д число импульсов, поступивших в счетчик 5, составляет

п + 1, о

где to - период повторения генератора 12 стабильной частоты. Обычно выбирают из условия с целью получения минимальной погрешности дискретизации. При этом период повторепия импульсов на выходе каскада 6 сравнения кодов равен Т(п-1)/о, а частота

(п - 1)

Число импульсов, поступивших в счетчик частотомера за время измерения Ti, составляет

w + I 1.

У(л -1)0

Обычно выполняется условие

.

(л - 1) 0

Если выбрать Ti k&.l, где k-коэффициент,

„ ,„ , , „ мк сек

равный 10, 100 , то при заданном расмм

стоянии между преобразователями Д/ и соответствующем подборе базы измерения TI число импульсов, поступивших на счетчик частотомера

, (л - 1)

т. е. равно цифровому значению скорости ультразвука в контролируемой среде.

С приходом следующего тактового импульса 22 с генератора 1 зондирующих импульсов показания частотомера 7 сбрасываются, а счетчики 5 и 10 приводятся в исходные нулевые состояния.

Описываемый измеритель скорости распространения ультразвука позволяет получить

цифровое значение скорости ультразвука в контролируемом веществе при однократных измерениях.

Ф о р м л а изобретения

Цифровой измеритель скорости распространения ультразвука, содержащий иоследовательно соединенные генератор зоидирующнх импульсов, иреобразователи, двухканальный нриемиик, ключ и счетчик, вход которого иодключен к выходу генератора, генератор стабильной частоты и частотомер, отличаюнхийся тем, что, с целью автоматизации процесса измерения, он снабжен носледовательно соединенными триггером, иервый вход которого подключен к первому входу частотомера н приемнику, а второй вход - к выходу

6

частотомера, дополнительным ключом, дополнительным ечетчиком и каскадом сравнения, входы которого соединены с соответствующими выходами счетчика, каскадом ИЛИ, выход которого нодключен к входу дополнительного счетчика, иервый вход - к второму входу частотомера и выходу генератора зондирующих импульсов, а второй вход - к третьему входу частотомера н выходу каскада сравнения, вторые входы ключей соединены с выходом генератора стабильной частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экснертизе

1.Авторское свидетельство СССР №356549, кл. G 01N 29/00, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР №480975, кл. G 01N 29/04, 1971.

14

jn:

13

h-1 i I I I

20

емд

фиг. 2