Устройство для автоматического измерения скорости ультразвука Советский патент 1981 года по МПК G01N29/00 

1

Изобретение относится к исследованию свойств и контролю качества материалов ультразвуковыми методами.

Известен измеритель скорости ультразвука, содержащий два ультразвуковых преобразователя, к одному из которых подключен генератор, а к другому - приемное устройство U .

Недостатком этого устройства является малая точность измерения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения скорости ультразвука в средах, содержащее последовательно соединенные синтезатор частоты, стробирующий усилитель, -ограничитель, усилитель, селектор и экстремальный регулятор, выход которого подключен к входу синтезатора частоты, а также частотомер, подключенный к выходу синтезатора частоты, и генератор видеоимпульсов, подключенный к входу стробирующего усилите.ля, и измерительную ультразвуковую

линию, подключенную к выходу ограничителя . Стробируемый усилитель открывается парами импульсов генератора видеоимпульсов и вырезает из высокочастотного сигнала синтезатора частоты пары зондирующих прямоугольных радиоимпульсов. Радиоимпульсы через ограничитель поступают на ультразвуковую линию, в которой преобразуются в ультразвуковые импульсы, претерпевающие отражения в волноводе,и образ10це.

Таким образом, на выходе ограничителя имеются два цуга эхо-импульсов, которые поступают через усилитель

15 на селектор. Селектор управляется задержанным видеоимпульсом генератора так, что на вход экстремального регулятора поступает только выбранный эхо-импульс. Изменяя задержку

20 между парами видеоимпульсов генератора можно измерять задержку между цугами эхо-импульсов и добиться наложения интересующей пары Ьхо-импуль388

сов. при изменении частоты синтезатора наблюдается интерференция наложенных импульсов. Управление частотой синтезатора с помощью сигнала постоянного тока, вырабатываемого экстремальным регулятором по-величине поступающих на его вход интерферирующих эхо-импульсов, позволяет автоматически поддерживать частоту синтезатора соответствующей условию минимума или максимума интерференции.

Из условия экстремума интерференции получена расчетная формула устройства

с

(1)

N- lu

5u

где С - измеряемая скорость ультразвука: I длина образца:

f - частота синтезатора, соответствующая п-ному экстремуму интерференции:

N - число длин волн, уютадывающееся на двойной длине образца:

f - сдвиг фазы при отражении ультразвуковой волны от границы раздела волновод-образец. Из формулы (О следует, что любые изменения скорости ультразвука С будут однозначно связаны с частотой синтезатора устройства ff, измеряемой частотомером, причем чувствительность устройства может достигать 10 и более 2 .

Недостатки известных устройств заключаются в том, что с изменением fp изменяется величина сдвига фазы f, , что вносит все возрастающую с изменением величины систематическую погрешность. Кроме того, для улучшения отношения сигнал/помеха, необходимого для достижения высокой чувствительности, стробируемый усилитель и усилитель делают резонансными. Отклонение от резонанса ухудшает отношение сигнал/помеха в устройстве, что существенно снижает его чувствительность при изменении величины f .

Целью изобретения является увеличение точнЬсти измерений за счет уменьшения систематической погрешности измерения скорости ультразвука С и сохранение высокой чувствительности метода в достаточно широком интервале изменения С.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены час054

тотный дискриминатор, опорный генератор, счетчик и реле, причем, первый вход частотного дискриминатора подключен к выходу синтезатора частоты, второй вход подключен к опорному генератору, первый выход частотного дискриминатора подключен к входу счетчика, его второй выход через реле подключен ко второму входу экстремального регулятора, при этом второй выход генератора видеоимпульсов подключен ко второму входу селектора,

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит синтезатор частоты 1, стробируемый усилитель 2, генератор видеоимпульсов 3, ограничитель 4, ультразвуковую измерительную

0 линию 5, усилитель 6, селектор 7, . экстремальный регулятор 8, частотомер 9, частотный дискриминатор 10, опорный генератор 11, реле 12, счетчик 13.

5 Устройство работает следукнцим образом.

Первоначально в режиме ручного управления экстремальный регулятор Q настроен так, что синтезатор 1 вырабатывает частоту 0 близкую к частоте выбранного экстремума интерференции f . Опорный генератор 11 вырабатывает частоты t, и fj , отличающиеся от на +i|- и -uf , причем й -несколько больше Д , где Д „ Когда частота минимума интерференции tn незначительно отличается от f,, , работа устройства в автоматическом режиме не отличается от работы известного устройства.

Когда же скорость ультразвука изменяется настолько, что соответствующая ей частота f станет больше

f|,4f(или меньше f о - Af}, частотный дискриминатор 10 подает сигнал на реле 12, которое переведет экстремальный регулятор 8 в режим ручного управления, и частота синтезатора

вернется к величине . После этого экстремальный регулятор возвращается с помощью реле 2 в автоматический режим и частота синтезатора устанавливается на величине п +1

(или ff,-i) соответствующей следующему номеру экстремума интерференции. Счетчик 13 регистрирует число и знак срабатывания частотного дискриминато