Устройство для измерения акустических параметров веществ Советский патент 1978 года по МПК G01N29/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЕЩЕСТВ

цепью, канал измерения поглощения выполнен в виде счетчика, соединенного с блоком базы времени и через ключ - с выходом смесите.чя, а генератор высокочастотного напряжения через блок подстройки частоты соединен с гетеродином, выход которого соединен с входом блока цифровой индикации скорости ультразвука и через ключ - с блоком базы времени канала измерения поглощения, при этом все три ключа соединены с мультивибратором.

На фиг. 1 изображена структурная схема предложенного устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжения и частоты в разных точках устройства.

Генератор 1 высокочастотного напряжения подключен к пьезоизлучателю 2, встроенному в камеру 3 постоянной длины с исследуемым веществом. Пьезоприёмник 4,подключен к входу усилителя 5, выход которого подключен к входу схемы 6 определения уровня 0,707 максимального выходного напряжения, а выход ее - на вход запуска мультивибратора 7. Выход мультивибратора 7 соединен со счетным входом триггера 8, а его выход - через ключ 9 и интегрирующую цепь 10, 11 --- с входом электронной настройки генератора 1. Иа вход унравления состоянием ключа 9 подключен выход мультивибратора 7.

генератора I так же через блок подстройки частоты 12 соединен с входом электрон ной настройки гетеродина 13. Выход гетероди)на 13 подключен к входу смесителя И, ко второму входу которого подключен выход генератрра, блок 15 цифровой индикации скорости ультразвука и вход ключа 16. Блок 15 состоит, например, из счетчика с индикацией и блока, управляющего пересчетом периодов входного напряжения (т. е. напряжения гетеродина 13) в т-ечение заданной базы времени, и индикации результата. Смеситель 14 через ключ 17 соединен с входом счетчика 18, связанного с блоком 19 базы времени, к которому так же подсоединен выход ключа 16. Б.ЛОКИ 14-19 составляют канал измерения поглогления.:

На фиг. 2 обозначена зависимость частоты генератора 1 от времени (а), изменение огибающей выходного напряжения усилителя 5 (б), выходные импульсы схемы 6 оп)еделения уровня 0. 707 (в), импульсы мультивибратора 7 (г), частота выходного сигнала ключа 17 (д).

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает высокочастотное напряжение, возбуждающее пьезоизлучатель 2. Он излучает ультразвуковые волны, распространяющиеся в исследуемом веществе в камере 3 в направлении пьезоприемника 4. Ультразвук частично отражается от пьезонриемника, частично преобразуется им в высокочастотное напряжение, усиливаемое блоком 5. Выходное напряжение поступает на вход схелгы определения уровня 0,707 максил.ального пыходпого нанряжения.

Работу устройства удобно прскме.чить с момента окончания очередного импульса мультивибратора 7. Задним фроню.м екг псребраП)вается триггер 8 и замыкается ключ 9. Выходное напряжение интегрирхющей цени 10, 1 1 начинает изменяться в зависимости от состоя-, ния триггера 8, и, так как оно подк.1ючено к входу электронной настройк генератора I, перестраивает частоту генератора 1. Частота приближается к частоте ак}стического резонанса столбика среды между пьезопреобразователями 2 и 4 в камере 3, в сил чего увеличивается выходное г1аг1ряжение пьезоприемника 4 и усилителя 5. В тот момент, когда частота генератора 1 равна частоте акустического резонанса, нанряжение усилителя 5 максимально и при дальнейшем изменении частоты начинает умень1паться. Процесс продолжается до тех пор, пока частота генератора 1 не окажется расстроенной от резонансного зн 1чения на половину полосы пропускания камеры 3 с исследуемым вешество.м и пьезопреобразователями 2 и 4, действующей как ак стический резонатор, а огибающая выходного 1апря/кения усилите.тя

5не уменьшится до ров1{я 0.707 от максимального (резонансного) значения. В этот момент срабать.вает схе.ма 6 О11)(ме,1епия ровня 0,707 .максимального выходного напряженпя, состоящая, например из обычного и пикового детекторов противоположной полярности, нагруженных делителем с cooTiionieiuicM плеч. 1:0,707, и схемы сравнения. Выходной импульс схемы

6запускает мультивибратор 7, а его выходпой сигнал размыкает кл.юч 9. Г1рекращается изменение выходного напряжения цепи 10, 1 и частоты генератора i, а также и напряжения усилителя 5. По окончании импульса му..1ьтибибратора 7 опить замыкается .ключ 9, а триггер 8 перебрасывается в устойчивое состояние. Тепе)ь повторяется описанны) выще процесс с той разницей, что частота генератора 1 приближается к резона11сно у ее значению с противопо.южной стороны.

В резу.1ьтате частота генератора качается симметрично относительно резонансного значения. Закон изменения ч;1стоть1 б;|изок к трапецеидальном} (см. фиг. 2и}. О -ибаюп1ая выходпого напряжения уси.лите,1к 5 имеет вид ряда вершин резонансной камеры 3 с веществом (резонансного пика), разделенгшГх постоянным напряжением, ь i).7i7 раза меньшим, чем максима,:1ьиое напряжемте резонансного пика (см. фиг. 26). На фиг. 2в изображены и.мпульсы схе.мы 6, возникающие каждый раз, когда модуль выходного напряжения усилителя 5 умепьшается на 0,707 от .макси.мального своего значения. Каждый из этих импульсов запускает .мультивибратор 7. Импульсы мультивибратора изображены на фиг. 2г.

Напряжение генератора 1 поступает также на блок подстройки частоты 12, составленный, например, из схем, осупхествляющих сравнение частот генератора 1 и гетеродина 13 и осуществляющих подстройку частоты гетеродииа 13 так, чтобы она равнялась средней частоте генератора, т. е. частоте акустического резонанса . Напряжение гетеродина 13 поступает на блок 15 цифровой индикации скорости ультразвука, где периоды напряжения подсчитыва)отся в течение базы времени, выбранной с таким расчетом, чтобы количество сосчитанных импу.пьсов равнялось цифровому значению скорости ультразвука в исс.чедуемой среде. Одн

временно напряжение гетеродина 13 смешивается в смесителе 14 с напряжением генератора 1, а разностное напряжение поступает на вход ключа 17. Ключи 16 и 17 замыкаются только на длительность импульса мультивибратора 7.

Напряжение гетеродина 13 поступает через замкнутый ключ 16 на вход блока базы времени 19. Он вырабатывает импульс, в течение которого счетчик 18 подсчитывает периоды разностной частоты смесителя 14. Этот импульс равен по длительности заданному количеству периодов гетеродина 13. Естественно, к этой длительности прибавляются и промежутки между импульсами мультивибратора 7, в течение которых ключ 16 разомкнут. Но между импульсами мультивибратора 7 разомкнут и ключ 17, т. е. подсчет периодов разностной частоты счетчиком 18ае происходит. Показания счетчика 18 по истечении базы времени, выработанной блоком 19, прямо пропорциональны максимал)ному значению pasnociiiun частоты смесителя 14. т. е. полосе пропускания резонирующей камеры 3 с исследуемым веп1еством, и обратно пропорциональны частоте гетеродина 13, т. е. частоте акустического резонанса, и носят информацию о поглощении ультразвука в исследуемой среде.

Зависимость частоты сигнала, поступающего на вход счетчика 18. изображена на фиг. 2г.

Таким образом, погрешность измерения скорости устраняется тем, что на вход блока цифровой индикации скорости поступает напряже иe, не имеющее частотной модуляции. Погрешность измерения поглощения устраняется тем, что девиация частоты непосредственно преобразуется в цифровую форму, минуя промежуточную обработку. Кроме того, из процесса измерения исключаются те участки, в течение которых перестраивается частота ультразвука и которые являются трудноучитываемыми ввиду нелинейности и изменения по времени моду-ляционной характеристики генератора. На конец, исключается погрещность измерения поглощения, связанная с изменениями скорости

ультразвука в среде и частоты акустическо-го резонанса, так как время пересчета разностной частоты обратно пропорционально частоте акустиче кого резонанса.

Формула изобретения

Устройство для измерения акустических па0раметров веществ, содержащее последовательно соединенные интегрирующую цепь, генератор высокочастотного напряжения, камеру постоянной длины с двумя пьезопреобразователямн, усилитель, схему определения уровня 0,707

5 максимального выходного напряжения, мультивибратор и триггер, гетеродин и смеситель канала измерения поглощения, а также блок цифровой индикации скорости ультразвука, огличающееся тем, что, с целью повыщения точности измерений, схема определения уровня 0,707 максимального выходного напряжения через мультивибратор, триггер и ключ соединена с интегрирующей цепью, канал измерения поглощения выполнен в виде счетчика, соединенного с блоком базы времени и через ключ .с выходом смесителя, а генератор высокочастотного напряжения через блок подстройки частоты соединен с гетеродином, выход которого соединен с входом блока цифровой индикации скорости ультразвука и через ключ - с блоком базы времени канала измерения поглощения, при этом все три ключа соединены с мультивибратором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Bblef D.J. and J.De Klerk, Some Couiiпцо5 wave technignes for the measurement of

velocity and affennafion of ultrasonic waves Befween 1 and 1000 MC, 1963, v. 10, № 1, p. 19-26.

2.Кундротас К., Сукацкас В., Яронис Э.. Цифровой ультразвуковой интерферометр нос.. тоянной длины. Труды ВУЗов Лит. ССР, Ультразвук, 1973.

10