Устройство для измерения скорости распространения ультразвука Советский патент 1978 года по МПК G01N29/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКА

временной селектор 7; формирователь 8 коротких импульсов; формирователь 9 интервальных импульсов, например триггер, вторым входом подключенный ко второму выходу ждущего генератора I импульсов. В устройстве применен преобразователь 10 напряжения в частоту, вход которого связан с выходом формирователя 9 интервальных импульсов через преобразователь И временных интервалов в напряжение и интегрирующий каскад 12, а выход - с входом ждущего генератора 1 импульсов, который третьим выходом .подключен к частотомеру 13 и через зедерживающее устройство 14 ко второму входу временног.о селектора 7.

Устройство работает следующим образом.

Ждущий генератор 1 импульсов запускается сигналом с выхода преобразователя 10 .напряжения в частоту и вырабатывает короткие запускающие импульсы (см.фиг. 2а), которые через согласующий каскад 2 возбуждают излучающий преобразователь 3. Период возбуждения излучателя 3. для разных режимов работы устройства в 2-3 раза больше времени действия реверберационных помех, что обеспечивает стабильность измерений.

Акустический сигнал проходит через контролируемую среду 5 и преобразуется преобразователем .4 в электрический сигнал (см. фиг. 26), который усиливается до определенного уровня щирокополосны.м усилителе.м б и подается на формирователь 8 коротких импульсов (см. фиг. 2в) через временной селектор 7, запускаемый по второму входу от ждущего генератора 1 импульсов через задерживающее устройство 14. Временной селектор 7 пропускает сигнал прямого прохождения и запрещает пропуск паразитных и реверберационных сигналов, что обеспечивает помехозащищенность устройства в целом. При необходимости временной селектор может пропускать кратноотраженные сигналы, что определяется величиной задержки в устройстве 14.

С формирователя 8 короткие импульсы поступают на быстродействующий формирователь 9 интервальных импульсов, например триггер, запускаемый импульсами со ждущего генератора 1. Длительность импульса формирователя 9 равна времени распространения Траспр акустического сигнала через среду 5 (с.м. фиг. 2г). Интервальные импульсы с быстродействующего формирователя 9 подаются на преобразователь 11 временных интервалов в напряжение, который на своем выходе обеспечивает величину напряжения U„,(cм. фиг. 2д), средний уровень которого одновременно пропорционален времени и частоте F повторения импульсов, т. е.

U.,a«p- F, (1)

где К - коэффициент пропорциональности.

Величина данного напряжения усредняется интегрирующим каскадом-12 до величины ty (см. фиг. 2е), где Uo, в свою очередь, пропорционально средней величине и„.,. Напряжение управляет преобразователем 10 напряжения в частоту, который запускает ждущий генератор 1 импульсов.

При изменении, например увеличении, скорости распространения ультразвука уменьщается длительность интервального и.м пульса Трасер, что вызывает уменьщение напряжения Urip на выходе преобразователя 11 временного интервала в напряжение и соответственно уменьщение напряжения и/, на выходе интегрирующего каскада 12. Незначительному уменьшению О-, соответствует значительное увеличение частоты F преобразователя 10 напряжения в частоту. Увеличение частоты F зондирующих и.мпульсов, в свою очередь, вызывает по цепи обратной связи увеличение Up. Таким образом, в предложенном устройстве для измерения скорости распространения ультразвука устанавливается четкое равновесие, критерием которого является

UQ-const.

Исходя из этого и на основании выражения (1), длительность интервального импульса Тросп,,. обр-а-тно пропорциональна частоте повторения импульсов.

Следовательно, преобразователь 11 временных интервалов в напряжение работает строго определенное время за любые достаточно больщие, но равные промежутки времени при разных скоростях распространения ультразвука, и напряжение на его выходе является постоянной величиной. Этим устраняются систематические погрешности преобразователя временного интервала, например нелинейность, увеличивается четкость работы за счет того, что нагрузочная способность преобразователя остается постоянной. Точность измерений так же повышается за счет того, что, с одной стороны, информация о скорости распространения ультразвука представляется в частотно.м виде, и, с другой стороны, длительная нестабильность работы преобразователя напряжения в частоту не имеет никакого значения, так как устройство автоматически корректируется по цепи обратной связи.

Для повышения разрешающей способности по скорости распространения ультразвука необходимо сформировать интервальный и.мпульс меньшей длительности. Для этого формирователь 9 интервальных импульсов запускают не импульсами ждущего генератора 1, а задержанны.ми импульсами, поступающими, например, со второго выхода устройства 14 задержки. В этом случае устройство 14 целесообразно выполнить в виде высокостабильной линии временной задержки сигналов с соответствующими отводами. В этом случае диапазон измерения скорости распространения ультразвука ограничивается сверху до определенной величины.

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости распространения ультразвука, содержащее последова тельно включенные генератор импульсов, согласующий каскад, акустический преобразователь с излучающим и приемным пьезоэлементами, щирокополосный усилитель, формирователь коротких импульсов, формирователь интервальных импульсов, вторым входом подключенный ко второму выходу генератора импульсов, преобразователь временных интервалов, а также временной селектор, задерживающее устройство и индикатор, например, частотомер, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и защиты схемы от реверберационных помех, в нем между входом генератора испульсов и выходом преобразователя временных интервалов включена последовательная цепочка, состоящая из преобразователя напряжения в

частоту и интегрирующего каскада, а генератор импульсов выполнен по схеме ждущего генератора и своим третьим выходом подключен к частотомеру и через задерживающее устройство ко второму входу временного селектора, включенного между усилителем и формирователем коротких импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство № 402734, кл. G 01 N 29/00, 16.02.71.