Устройство для определения уровняСигНАлА ульТРАзВуКОВОгО изМЕРиТЕль-НОгО РЕзОНАТОРА Советский патент 1981 года по МПК G01N29/00 

1

Изобретение относится к ультразвуковой измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента поглощения ультразвука в веществах, их удельного акустического сопротивления или плотности.

Известен ультразвуковой измеритель, в котором уровень (например, уровень 0,707 от максимума) сигнала резонатора определяется путем полуавтоматического привязывания частоты к определенным точкам резонансной характеристики, при этом полоса пропускания определяется счетным устройством, производящим вычитание двух значений частоты, полученных на заданном уровне ниже и выще резонансной частоты {.

Однако это устройство требует большого количества ручных манипуляций оператора, имеет низкое быстродействие и непригодно для автоматических измерений и исследований быстродействующих процессов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее детектор, подключенный к первому плечу делителя напряжений, к средней точке которого подключен вход пороговой схемы 2.

Однако оно имеет новысокую точность из-за разброса характеристик элементов, вырабатывающих сигналы сравнения. Целью изобретения является повышение

точности устройства.

Это достигается тем, что в устройство введен дополнительный делитель напряжений, включенный параллельно основному, и автокомпенсационный детектор, вход которого подключен к средней точке, а выход - ко второму плечу основного делителя. Автокомпенсационный детектор выполнен в виде последовательно соединенных входного амплитудного дискриминатора, усилителя и детектора.

На фиг. 1 изображена структурная схема предложенного устройства; на фиг. 2- графики напряжения в определенных точках схемы.

Устройство включает детектор 1 высокочастотного напряжения, выход которого подсоединен к основному делителю напряжения, составленному из резисторов 2 и 3. К средней точке делителя 2-3 подключен

вход пороговой схемы 4 с нулевым уровнем срабатывания, выход которой является выходом устройства. Детектор 1 нагружен дополнительным делителем напряжений, состоящим из резисторов 5 и 6. К средней точке дополнительного делителя подIP---3Ключей автокомпенсационный, детектор 7, включающий входной амплитудный дискриминатор 8, усилитель 9 и детектор 10. Выход автокомпенсационного детектора 7 подключен к второму плечу основного делителя. На графике 11 изображено входное напряжение детектора 1 и его огибающая (f/макс - максимальное значение этого напряжения); на графике 12 - напряжение средней точки дополнительного делителя; на графике 13 - выходное напряжение усилителя 9 (импульсы) и всего автокомпенсационного детектора 7 (выпрямленное напряжение f/o); на графике 14 - напряжение средней точки основного делителя; на графике 15 - выходные импульсы пороговой схемы 4. Устройство работает следующим образом. На вход детектора 1 поступает высокочастотное выходное напряжение ультразвукового резонатора. Частота этого напряжения модулирована по закону, близкому к треугольному, а удвоенная девиация частоты в установившемся режиме равна полосе пропускания ультразвукового резонатора на заданном уровне. Так как центральная частота сигнала равна резонансной частоте ультразвукового резонатора, то входное напряжение детектора 1 оказывается модулированной по амплитуде по закону резонансной характеристики исследуемого резонатора (график 11). На резисторах 2 и 4 выделяется огибающая этого напряжения, т. е. текущее напряжение. К резисторам 3 и 6 приложено выпрямленное отрицательное относительно корпуса выходное напряжение Lo автокомпенсационного детектора 7. Положительная относительно земли часть напряжения средней точки дополнительного делителя через диод амплитудного дискриминатора выделяется на его резисторе и через конденсатор поступает на вход усилителя 9 (график 12). Эти импульсы усиливаются усилителем 9 и выпрямляются детектором 10, образуя квазипостоянное напряжение UQ (график 13). Напряжение (/о устанавливается автоматически такой величины, что напряжение средней точки дополнительного делителя относительно земли имеет положительную часть, примерно равную UO/K., где К - коэффициент усиления усилителя 9, т. е. при достаточно большом /С напряжение средней точки делителя только касается нулевого уровня. Напряжения t/макс и f/o связаны следующим соотношением: i/o « где и - величины резисторов 5 и 6. Напряжение UQ приложено также к резистору 3. Номиналы резисторов 2 и 3 подобраны таким образом, чтобы при уменьшении выходного напряжения детектора 1 до заданного уровня напряжение средней точки делителя 2-3 становится равным нулю (график 14). В частности, при общепринятом уровне 0,707 величины 2 и Rs резисторов 2 и 3 связаны следующим соотношением: 0,707. Каждый раз, когда напряжение средней точки основного делителя равняется нулю, срабатывает пороговая схема 4 (график 15). Ее импульсы служат для реверса устройства, осуществляющего перестройку частоты. В результате частота качается в пределах, равных полосе пропускания акустического резонатора на заданном уровне. Квазипостоянное напряжение, пропорциональное резонансному напряжению, вырабатывается из выходного-сигнала Детектора 1. Чем исключается погрешность в устройстве, так как любое- изменение динамической характеристики детектора одинаково влияет на оба напряжения, поступающие на основной делитель, т. е. в значительной мере компенсируются. Это увеличивает точность определения заданного уровня и точность измерений, связанных с определением полосы пропускания ультразвукового резонатора. Формула изобретения 1.Устройство для определения уровня сигнала ультразвукового измерительного резонатора, содержащее детектор, подключенный к первому плечу делителя напряжений, к средней точке которого подключен вход пороговой схемы, отличающеес я тем, что, с целью увеличения точности, в него введен дополнительный делитель напряжений, включенный параллельно основному, и автокомпенсационный детектор, вход которого подключен к средней точке, а выход - ко второму плечу основного делителя. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что автокомпенсационный детектор выполнен в виде последовательно соединенных входного амплитудного дискриминатора, усилителя и детектора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. F. Eggevs at а. «Ultrasonic Measuveents with millititev liguid sempbs in the ,5-100 Mnz Range, Rev, Sel. Instrum, 1973, 44, № 8, p. 969-978. 2. Авторское свидетельство СССР 372495, кл. G 01 N 29/00, 1971.

w

ы

//

и

J2

OvnN/T vT TvrTvrTvT

п

J3

2/1

/ i/

/f

m

т

М Г iTtl

L.

L