Устройство для ультразвуковогоизМЕРЕНия КОНцЕНТРАции КОМпОНЕНТОВВ СлОжНыХ пОлиМЕРНыХ КОМпОзицияХ Советский патент 1981 года по МПК G01N29/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ КОМПОНЕНТ В СЛОЖНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЯХ 38 лансного смесителя и делителя частоты, тремя избирательными усйпитегшмн, соединенными с соответствукщими выходами первого трехканапьного коммутатора, тремя установочными фазовращателями, сое™ диненными с выходами соответствующих избирательных усилителей, последовательно соединенными вторым трехканальиым коммутатором, вторым балансным смесителем, четвертым избирательным усилителем и амплитудным ограш1чителем, выход которого подключен к первому входу фазового детектора, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты, причем блок приемо-передающих преобразователей выполнен трехканальным и включен -между выходами) установочных фазовращателей и входом второго балансного смесителя, а также последовательно соединенными между выходом фазового детектора и входом индикатора аналого-цифровым преобразователем и микропроцессором автоматическим прерывателем, подкточенным между выходом генератора и вторым балансным смесителем, и схемой управления, подключенной к соответству1сщим управляющим входам коммутаторов, преры вателя и микропроцессора. На чертеже прецставлена блок-схема предлагаемого устройства. Оно содержит генератор 1 тестовых сигналов (источник гармонического напряжения частоты СО )s делитель 2 частоты на заданное число п первый к второй ба лансные смесители 3 и 4, первый и второй трехканапьные автоматические коммутаторы 5 и 6, автоматический прерыватель, схему вуправпеиия коммутаторами и прерывателем, избирательные усилители 9 с частотой GO+ -, 10, с частотой СА) - и 11 с частотой трехканальный бгю 12 прием но-передакхцих пьезопреобразова тедей, избирательный усилитель 13 часто ты - амплитудный ограничитель 14, фазовый детектор 15, акалого-иифровой пре образователь 16, микропроцессор 17,вы ходной индикатор 18, установочные фазо- вршаатели 19 - 21, включенные между избира1 льными усипитепями 9-11 и пе. редеющими пьезолреобразовате;шми блока 12, внутри которого устанавливается измеряемый обьект 22. Устройство работает спадукжцим образом. Тестовые сигналы формируются путем смешивания частот двух сигналов: сигнала генератора 1 частоты оЗ и выходного сигнала ™ п -кратного делителя 2 частоты. В результате перемножения эти 8 игналов, на выходе первого балансного месителя 3 появляется сигнал вида U COslwt4q VU2 osi ЧгЬ .г .coв((cf,-ц,, (1) где и J и и амплитуды смешиваемых сигналов; (р И IP - начальные фазы смешиваемых сигналов. Из полученного спектра частот выделяются боковые составляющие, которые используются в качестве верхней и средней частот зондирующих сигналов, с помощью избирательных усилителей 9-11, причем в качестве тестового сигнала нижней частоты берется выходное напряжение с де- т1теля 2 частоты, имеющее вид U2 U2COs(i4Cp2,(2) Схема 8 управления с помощью автоматических трехканальных коммутаторов 5 и 6 осуществляет поочередное синхронное :переключение приемных и передающих пьезолреобразователей блока 12 на соответ- ствукяцие каналы тестовых сигналов. Вследствие коммутации, на выходе второго балансного смесителя 4 в третий такт измерения появляется сигнал вида U,(u)i+M yiu U2Cos (ННф,) .|u,2u,costl2co.)i. 4.2c,)t , во второй такт измерения uJ -U coslwUqj V U UgCosx .)4и,софсо-)1. ( .,(4) в третий такт измерения (коммутации) контакт автоматического прерывателя 7

58156186

разомкнут и напряжение снимается со сме- мерный материал с концентрациями входяситепя 4 без преобразования частотыщкх в него компонент ii;V-U2cos(li+((,Ucf;; cf,,(5 1, III II I 12 напряжения тестовых сиг налов на выходе второго балансного смесителя 4 соответственно в первый, второй и третий такты коммутации; Фззовые сдвиги, вносимые обьектом измерения на соответствующих тес товых разночастотных сигналах; ср ,( фазовые сдвиги, вносимы установочными фазовраща телями 19-21 в каналах тестовых сигналов. Как видно из приведенных соотношений (1)-(5), во все такты коммутации на выходе второго балансного смесителя 4 в спектре сигналов имеются информати ные составляющие одной и той же частоты -гг- . Это обстоятельство позволяет использовать в приемном тракте избиратель ный усипитель13 частоты -pj- , что дает возможность перейти к одноканальной структуре приемного тракта. После амплитудного ограничения (амплитудным ограничителем. 14) полученного фазомодулированного сигнала, с целью уменьшения амплитудно-фазовой погрешности, измерительная информация поступает на фазовый детектор 15. На опор ный вход фазового детектора 15 подается напряжение с делителя 2 частоты. С выхода фазового детектора 15 сигнал, пропорциональный измеряемым фазовым сдви гам, проходя через аналого-цифровой преобразователь 16, поступает в микропроцессор 17 и выводится на выходной индикатор 18. Установочные фазовращатели 19-21 предназначены для того, чтобы исключить влияние начальных фаз тестовых сигналов и набега фаз в соответствующих каналах усиления. Для чего необходимо в отсутствие измеряемого объекта выполнить следующее условие Ч - Ч2-Т-Ч7 Ч , Применяя трехчастотное зондирование материала, можно составить систему уравнений. Связывающих время прохождения ультразвука через трехкомпонентный поли- i-fJi/C|i-l n, Г где Ь J - время прохождения ультразвука на -ой частоте контролируемый материал; С МСл}) - скорость распространения ультразвука в j -ofi компоненте на ( -ой частоте; X - концентрация j -ой компоненты. Так как расстояние проходимое ультрйзвуком в единичном объеме материала, пропорционально объему, а значит, и концентрации составляющих его (материала) компонент (следствие свойства аддитивности, применимое к подобным материалам). Таким образом, определив время прохождения ультразвука путем измерений фазовых сдвигов тестовых сигналов, вносимых контролируемым объектом, а также зная скорость прохождения ультразвука в каждой KCHvinoHeHTe на любой из заданных частот, можно легко определить ковдентрацию каждрй компоненты X j материала. Переход к одноканальной структуре приемного тракта позволяет повысить точ- ность измерения за счет исключения влияния фазовых сдвигов, вносимых каналпн ми приемного тракта, и использования резонансного усилителя в тракте преобразования информации, что позволяет также повысить чувствительность измерения, При этом появляется возможность контроля объектов с большим затуханием ультразвука. Формула изобретения Устройство для ультразвукового измерения концентрации компонент в сложных полимерных композициях, содержащее ге- нератор, блок приемно-передающих преобразователей, фазовь1й детектор и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено целителем частоты, вход которого соединен с выходом генератора, первым балансным смесителем, входы которого соединены с выходами генератора делителя частоты, первым трехканальым коммутатором, входы которого соеинены с выходами первого балансного месителя и делителя частоты, тремя изирательными усилителями, соединенными соответствующими выходами первого

трехканального коммутатора, тремя уста- новочнымв фазоЬрашателями, соединенными с выходами соответствующих избирательных усилителей, последовательно.соеонненными вторым трехканапьным коммутатором, вторым балансным смесителем, четвертым избирательным усилителем и амплитудным ограничителем, выход кото- рого подключен к первому входу фазового детектора, второй вход которого подключе к выходу делителя частоты, причем блок приемно-передаюших преобразователей выполнен трёхканальным и включен между выходами установочных фазовращателей и входом второго балансного смесителя, а также последовательно соединенными

между выходом фазового детектора и входом индикатора аналого-цифровым прео&разователем и микропроцессором, автоматическим прерывателем, подкл1Ьченным

между выходом генератора и вторым балансным смесителем, и схемой управле- пения, подключенной к соответствующим управляющим входам коммутаторов, прерывателя и микропрсщессора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР Н- 203337, кл. G 01 N 29/00, 1968. 2. Патент США № 3802271, кл. 73-432, 1974 (прототип).

Г

s

рI t

i5--.E -SjEL -.

7

.

I

11

21

2

3

/J