Цифровой измеритель скорости ультразвука Советский патент 1979 года по МПК G01N29/00 

вого и второго ключей, выход генератора стабильной частоты подключен к третьему ключу ц к делителю частоты, выход которого непосредственно подключен к первому ключу, а также через каскад аа держки - ко второк-у ключу, выходы первого и второго ключей подсоединены к схеме ИЛИ, выход которой подключен к вычитающему входу разностного счетчика, выходы которого соединены с блоком измерения, а суммируюишй вход разностного счетчика подключен к выходу третьего ключа, второй вход которого со&динен с вьрсодом третьего триггера, второй управляющий вход которого через селектор подключен к одному из ультразвуковых преобразователей.

На фиг. 1 представлена структурная схема ци4рового измерителя скорости ультразвука; на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу измерителя.

Измеритель содержит генератор импульсов 1, подключенный через диоды 2 и 3 к двум ультразвуковым преобразователям с переходными слоями 4 и 5, а также к.первым управляющим входам йервого б, второго 7 и третьего 8 триггеров и к входу сброс разностного счетчика 9. К первому и второму преобразователям 4 и 5 подключены соответственно первый 10 и второй 11 селекторы отраженных импульсов, выходы которых соединены со вторыми управляющими входами первого и второго триггеров,о выходы которых подключены к управляющим входам первого 12 и второго 13 ключей. Измеритель также включает генератор стабильной частоты 14,. выход которого подключен к третьему ключу 15 и к делителю частоты 16. Выход делителя час тоты непосредственно подключен к nepaoiму ключУ| а также через каскад задерж ки 17 - ко второму ключу, причем выходы первого и второго ключей подсоединены к схеме ИЛИ 18, выход которой подключен К вычитающему входу разностного счетчика 9. Выходы счетчика 9 соединены с блоком измерения 19, а суммирующий вход разностного счетчика выходом третьего ключа 15. Второй вход ключа 15 соединен с выходом третьего триггера 8, второй управляющий вход которого.через селектор 20 подключен к од1юм5г из ультразвуковых преобразователей.

Измеритель работает следующим образом.

В начальный момент времени д (фиг. 2, а) генератор импульсов 1. через диодные цепочки, предназначенные для развязки ультразвуковых преобразователей, по отраженным и принятым сигналам возбуждает оба ультразвуковые преобразователи 4, 5 и одновременно по первым управляющим входам приводит в единичные состояния первый 6, второй 7 и тгретий 8 триггеры, а разностны счетчик 9 - в нулевое состояние. Во время действия электрического импульса ультразвуковые преобразователи возбуждают в переходных слоях ультразвуковые волны (фиг. 2, б), которые распространяются по ним, проходят исследуемую среду и через переходные слои возбуждают ультразвуковые преобразователи (фиг. 2, в). Некоторая часть энергии излучаемых в исследуемую среду ультрагзвуковых колебавши из-за различия акустических импедансов слоев и среды от-ражается от границ переходных слоев исследуемая среда. Отраженные ультразвуковые импульсь (фиг. 2, г, д.) преобразуются ультразвуковыми преобразователями в .электрические и селектируются при помощи селекторов 1О и 11. При этом время и длительность селекции выбраны такими, чтобы селектировались только импульсы, отраженные от грании слой - Среда.

Отраженные импупьсы, имеющие меньшую амплитуду, чем зондирующие, из-за потерь в переходных слоях и частичного отражения не изменяют состояния триггеров 6 и 7. Просепектированные отраженны cvirnaiTbi в селекторах 10 и 11 преобразуются в короткие, импульсы и с их выходов поступают на- вторые управляющие входы триггеров 6 и 7, переводя их в нулевое состояние (фиг. 2, е, ж.). Таким образом, длительности импульсов на выходах триггеров 6 и 7 равны временам двойных задержек ультразвука 2 С и 217.2 в переходных слоях ультразвуковых преобразователей.

Негферывные колебания.с выхода генератора стабильной частоты 14 (фиг. 2, с периодом повторения, равным, например, 1 МКС, поступают на делитель частоты 16 с коэффициентом де лени я , 2. С выхода делителя импульсы (фиг. 2, к) поступают непосредственно на. первый ключ 12 и через каскад задержки 17 - на второй ключ 13, Время задержки Т каскада 17 выбирается из условия О Т, -t .

Посподователыгость импульсов с выхода

2 tr ключа 12, состоящая из N - -- , -ff

импульсов (фиг, 2, л), и другая последователвность с выхода ключа 13, сос2 zгояшая из NI ,7- импульсов

(фиг. 2, м), подаются на схему ИЛИ, на выходе которой получается последовательность, состоящая из N 3 N импульсов. Эти импульсы поступают на вычитаюший вход счетчика 9.

Триггер 8, селектор 20 и ключ 15 выделяют сигнал прямого прохождения через исследуемую среду (фиг. 2, в). Импульсы с выхода ключа 15 поступают на суммирующий вход разностного cqeiv чика 9. Число импульсов, поступивших

насуммнруюшийвход (фиг, 2,n),

где а и - время распр6Ьт ранения ультразвуковой волриы через исследуемую среду. Суммарное гасло импульсов, записанных в разностном счетчике 9 (фиг. 2, p),H

или . , где4о«1Г„,Г,1Гг

Таким образом, из результата измерения исключается время прохождения ультразвуковой волны через переходные слои. В результате этого, в счетчик записывается число импульсов, равное численному значению длительности измеряемого временного интервала в микромсекундах-С выходов разностного счетчика 9 код поступает на входы блока 19измерейия, в котором по известной базе измерения вычисляется скорость ультразвука.

Цифровой измеритель скорости ультразвука исключает погрешность измерения, вызвашгую нестабильностью акустических свойств переходных слоев ультразвуковы преобразователей в процессе измерения, поэтому обладает повышенной точностью. Кроме того, предлагаемый измеритель позволяет получить цифровое значение скорости ультразвука при однократных н многократных измерениях, что создает возможность автоматизировать системы контроля, основанные на определении скорости ультразвука в контролируемой среде, а также расширяет область примениния ультразвуковых контрольно-измерительных приборов.

Ф ормула изобретения

Цифровой измеритель скорости ультразвука, содержащий генератор импульсоЬ,

два ультразвуковых преобразователя и два триггера, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введеш 1 два диода, два селектора отраженных импульсов, три ключа, схема ИЛИ, каскад задержки делитель частоты, третий триггер, ген&ратор стабильной частоты, селектор, раз ност1й 1й счетчик и блок измерения, при этом генератор импульсов через диоды подключен к первым управляющим входам первого, второго и третьего триггеров и к входу сброса разностного счетчика и к ультразвуковым преобразователям, соединенным соответстветю с первым и вторым селекторами отраженных импульсов, выходы которых соединены со вторыми управляющими входами первого и второго триггеров, выходы которых

подключены к управляющим входам первого и второго ключей, выход генератора стабильной частоты подключен к третьему ключу и к делителю частоты, выход которого непосредственно подклк ™

чен к первому ключу, а также через каскад задерж1Ш - ко второму ключу, выходы первого и второго ключей подсолдинены к схеме ИЛИ, выход которой подключен к вычитающему входу разностного счегчика, выходы которого соединены с блоком измере1шя, а суммируюптий вход разностного счетчика подключен к выходу третьего ключа, второй вход которого соединен с выходом тре-

тьего триггера, второй управляющий вход которого через селектор подключен к одному из ультразвуковых преобразователей.

Источршки информации, принятые во

внимание при экспертизе

1.Авторское св1щетельство СССР N 5328О7, кл. G О1 N 29/ОО, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР № 502324, кл. Q О1 N 33/34, 1974.

655959