Ультразвуковой цифровой интерферометр Советский патент 1979 года по МПК G01N29/04 G01H5/00 

1

Изобретение относиюя к средствам неразрушающего ультразвукового контроля и может быть использовано для измерения акустических параметров веществ.

Известен ультразвуковой интерферометр для измерения скорости ультразвука, содержащий генератор меняющейся частоты, камеру с приемно-передающим преобразователем, вольтметр переменного напряжения и частотомер 1.

Недостатком его является низкая точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее последовательно соединенные блок настройки, генератор меняющейся частоты, камеру с излучающим и приемным преобразователем, усилитель, блок формирования и селектор, генератор стробирующих импульсов и счетчик, вход которого подключен к выходу генератора стробирующих импульсов 2.

Недостатком его является низкая точность измерений, так как на их результат влияет частотная зависимость фазы коэффициента отражения от преобразователей.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой интерферометр снабжен соединенными последовательно дополнительным усилителем, вход которого подключен к приемному преобразователю, дополнительным блоком формирования )i дополнительным селектором, выход которого подключен к входу генератора стробирующих импульсов, двумя операционными блоками, из которых содержит соединенные последовательно переключатель, интегратор и преобразователь постоянного напряжения в переменное, вход первого блока подключен к источнику постоянного напряжения через дополнительный переключатель, соединенный с выходом дополнительного селектора, и дополнительный интегратор, а вход второго блока - через переключатель полярности, соединенный с выходом селектора, последовательно соединенными сумматором, два выхода которого подключены к выходам преобразователей операционных блоков, а третий вход- к интегратору второго блока, детектором и преобразователем «напряжение-время, выход которого подключен к второму вхоДУ генератора стробирующих импульсов, а вход - к выходу дополнительного селектора.

На фиг. 1 изображена структурная схема описываемого устройства; на фиг. 2,а-

и даны эпюры напряжении, поясняющие работу устройства.

Ультразвуковой цифровой интерферометр содержит 6vTOK 1 настройки, состоящий из генератора 2 пилообразного напряжения, нреобразователя 3 и усилителя 4, входы которого подклЕочены к генератору и преобразователю. К блоку настройки последовательно подключены генератор 5 меняющейся частоты, камера 6 с излучающим преобразователем 7 и приемиым преобразователем 8, усилитель 9, блок 10 формирования и селектор И.

Вход преобразователя 8 подключен к усилителю 12, последовательно соединенному с блоком 13 формирования и селектором 14. Источник 15 постоянного напряжения через переключатель 16 и интегратор 17 соединен с входом операционного блока 18, содержащим последовательно соединенные переключатель 19, интегратор 20 и преобразователь 21 постоянного напряжения в переменное. Вход операционного блока 22 подключен к источнику 15 через пеоеключатель 23 и содержит последовательно соединенные переключатель 24, интегратор 25 и преобразователь 26 постоянного напряжения в переменное. Устройство содержит последовательно соединенные между собой сумматор 27, два входа которого подключены к выходам нреобразователей 21, 26, а третий вход-к интегратору 25, детектор 28, нреобразователь 29 «напрянчение--время и генератор 30 стробирующих импульсов, вход которого подключен к выходу селектора 14, а выход- к счетчику 31. Генератор 32 опорных импульсов подключен к входам преобразователей 21, 26 постоянного напряжения в переменное. Вход преобразователя 29 «напряжение-время и переключатель 16 подключены к выходу селектора 14. Переключатель 23 подключен к выходу селектора И.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии генератор 5 вырабатывает напряжение с минимальной частотой, находящейся в области половины резонансной частоты преобразователей.

Переключатель 23 полярности подключен к положительной клемме источника 15 постоянного напряжения, а переключатели 16, 19 и 24 подключены к корпусу. Напряжение конденсаторов интеграторов 17, 20 и 25 равно 0. С началом измерения (момент i) запускается блок 1 настройки. Импульсы с генератора 2 поступают на вход усилителя 4, на другой вход которого поступают импульсы с преобразователя 3. Благодаря наличию цепи обратной связи через цреобразователь 3 изменяется частота генератора 5 по линейному закону (см. фиг. 4а).

В момент времени /2 наступает акустический резонанс (см. фиг. 46) преобразователей 7 и 8 камеры 6, характеризующийся увеличением выходного напряжения усилителя 12. Импульсом блока 13 формирования запускается селектор 14. Он разреп.1ает поступление импульсов генератора 30 на счетчик 31, а также переключает переключатели 16, 19, 24. Напряжения на выходах интеграторов 17 и 25 изменяются по линейному закону (см. фиг. 4в, г), так как к их входам подключено постоянное напряжение, а нанряжение на выходе интегратора 20 - по параболе (см. фиг. 4д), т. е.

5 пропорционально квадрату времени, так как на его входе напряжение изменяется пропорционально времени.

В момент времени t камера с преобразователями 7, 8 резонирует на второй гармонике частоты генератора 5, которая находится в области резонансной частоты преобразователей (см. фиг. 4е). Блок 10 формирзет импульс из резонансного сигнала, которым запускается селектор 11. Импульсом селектора И переключается переключатель 23, и полярность напряжения на входе интегратора 25 изменяется на противоположную (см. фиг. 4ж).

Интервал времени между двумя резонансными пиками на выходе усилителя 9 в два раза меньще интервала tz-/5, соответствующего двум резонансным пикам на выходе усилителя 12,

В момент времени t селектор 11 сигналом с блока 10 формирователя возвращается в исходное состояние и переключателем 23 на вход интегратора 25 подается опять положительное напряжение. В момент времени t в исходное состояние возвращается селектор 14 и переключает переключатель 16, 19, 24 в положение «запоминание. На выходах интеграторов сохраняется накопленное напряжение. Так как интервалы времени tz-t и ts-t пропорциональны соответственно A/i и 0,5А/о, где А/1, А/о - интервалы частоты между двумя акустическими резонансами в области половины резонансной частоты и в области резонансной частоты преобразователей 7 и 8, то напряжения на выходах интеграторов 17, 20, 25 пропорциональны A/j, A/f и А/1-А/о (см. фиг. 4 в, г, д). Преобразователи 21, 26 операционных блоков 18

г и 22 соответственно вырабатывают переменные напряжения, амплитуды которых равны t/2 и С/3 (см. фиг. 4 г, д). Фазовый угол между выходными напряжениями преобразователей 21, 26 равен я/2 (благодаря

введению генератора 32 опорных импульсов), и амплитуда переменного напряжения на выходе сумматора 27 пропорциональна Kf/|- -6|(cM. фиг. 4з). На вход сумматора поступает также и медленно изменяющееся

напряжение с выхода интегратора 25 величиной (7з. Амплитуда положите„тьной части (относительно корпуса) выходного напряжения интегратора 25 пропорциональна yLl + yi (см. фиг. 4м). Эти полуволны напряжения выпрямляются детектором 28. В момент времени 5 сигналом селектора 14 запускается преобразователь 29 «напряжение-время, который разрешает поступление импульсов стабильной частоты на счетчик 31 в течение времени , пропорционального| У|- /з -(Уз- По окончании измерения (момент /$) счетчик 31 показывает цифру, равную точному значению скорости ультразвука в среде. Изобретение позволяет повысить точность измерений скорости ультразвука при любом волновом сопротивлении среды.

Формула изобретения

Ультразвуковой цифровой интерферометр, содержащий последовательно соединенные блок настройки, генератор меняющейся частоты, камеру с излучающим и приемным преобразователем, усилитель, блок формирования и селектор, генератор стробирующих импульсов и счетчик, вход которого подключен к выходу генератора стробирующих импульсов, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен соединенными последовательно дополнительным усилителем,

вход которого подключен к приемному преобразователю, дополнительным блоком формирования и дополнительным селектором, выход которого подключен к входу генератора стробирующих импульсов, двумя операционными блоками, из которых содержит соединенные последовательно переключатель, интегратор и преобразователь постоянного напряжения в переменное, вход первого блока подключен к источнику постоянного напряжения через дополнительный переключатель, соединенный с выходом дополнительного селектора, и дополнительный интегратор, а вход второго блока - через переключатель полярности, соединенный с выходом селектора, последовательно соединенными сумматором, два входа которого подключены к выходам преобразователей операционных блоков, а третий вход - к интегратору второго блока, детектором и преобразователем «напряжение-время, выход которого подключен к второму входу генератора стробирующих импульсов, а вход - к выходу

дополнительного селектора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Труды ВУЗов Литовской ССР «Ультразвук N° 1, 1969, с. 135-142, Изд-во

«Минтис.

2.Авторское свидетельство СССР № 411313, кл. G 01Н 5/00, 1971.

2j