Устройство для определения скорости ультразвука Советский патент 1981 года по МПК G01N29/00 G01H5/00 

(S) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при ультраакустических технологических и аналитических измерениях в веществах, находящихся в различных агрегатных состояниях. Известно устройство для определения скорости ультразвука, содержащее генератор излучающий и приемный преобразователи, блок автоматическоrci регулирования уровня энергии, под водимой к излучающему пьезоэлементу как функции наперед заданного соотношения сигнал/шум на выходе приемно го пьезоэлемента, и регистрирующий блок L1 Недостаток этого устройства состоит в том, что при возникновении флуктуаиионных явлений в среде неизбежно самопроизвольное скачкообраз ное изменение отсчитываемой величины вызванное переходом импульса с Фронта на фронт, что снижает точность .измерений. Кроме того, в условиях широкодиапазонных измерений скорости ультразвука помехозащищенность измерений резко снижается вследствие того, что увеличивается интервал времени, в течение которого возможно появление импульсных помех от влияния сильных электрических полей и случайных динамических ударов. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для определения скорости ультразвука, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов, излучающий и приемный преобразователи, усилитель, интегрирующий видеодетектор и формирователь импульсов, а также счетчик импульсов, подключенный ко ВТОрому.выходу генератора импульсов 2 . Недостатком известного устройства является его малая помехозащищенность и точность измерений вследствие того. что в нем обеспечивается нечувствительность по отношению к любым видам возмущающих помех только в интервале действия интегрирующего видеодетектора, однако вне зоны действия интег- рирующего видеодетектора помехоустой мивосТЬ и точность устройства резко снижается, особенно в широком диапазоне частот автоциркуляций, так как приходится неоправданно завышать потенциальный уровень привязки к первому ультразвуковому импульсу, прошедшему через среду. Это справедливо даже в случае наличия только шумовой помехи, так как при этом отдельные броски напряжения для нормального шу ма в несколько раз превышают среднеквадратичное напряжение шумовой помехи, что также способствует чрезмерному завышению Потенциального уровня привязки к переднему.фронту принятого импульса, увеличивает дисп рсию измерения временного положения принятого импульса и уменьшает точность измерений. Цель изобретения - увеличение точ ности и помехозащищенности.измерений скорости ультразвука. Указанная цель достигается тем, что устройство для определения скорости ультразвука снабжено последова тельно соединенными линейным усилителем, блоком привязки уровня, детектором, усилителем постоянного тока и регулируемым усилителем, а также управ,ляемым сопротивлением и синхронизируемым генератором, причем вход линейного усилителя подключен к выходу приемного преобразователя, выход регулируемого усилителя подключен ко входу генератора импульсов выход и вход управляемого сопротивления подключены соответственно ко второму входу интегрирующего видеодетектора и к выходу счетчика импуль сов, вход синхронизируемого генерато ра подключен к выходу формирователя, а его выход - ко второму входу регулируемого усилителя. На чертеже представлена блок-схем предлагаемого устройства для .определения скорости ультразвука. Устройство содержит последователь но соединенные генератор 1 импульсов излучающий преобразователь 2, приемный преобразователь 3, усилитель , интегрирующий видеодетектор 5 и формирователь 6 импульсов, причём второ 4 выход генератора 1 импульсов подключен ко входу счетчика 7 импульсов. Устройство снабжено также последовательно соединенными линейным усилитёлем 8, блоком 9 привязки уровня, детектором 10; усилителем 11 постоянного тока и регулируемым усилителем 12, а также управляемым сопротивлением 13 и синхронизируемым генератором 1. Причем вход линейного усилителя 8 подключен к выходу приемного преобразователя 3, выход регулируемого усилителя 12 подключен ко входу генератора 1 импульсов, выход управляемого сопротивления подключен ко второму входу интегрирующего видеодетектора 5 вход управляемого сопротивления 13 подключен к аналоговому выходу счетчика 7 импульсов, вход синхроиизируемого генератора 14 подключен к выходу формирователя 6, а выход синхронизируемого генератора 1 ко второму входу регулируемого усилителя 12. При включении устройства синхронизируемый генератор Ц вырабатывает электрический импульс, который, пройдя через регулируемый усилитель 12, генератор 1 импульсов, усиливается и поступает на излучающий преобразователь 2, вызывая генерацию и излучение в среду акустического импульса. Акустический импульс после прохождения исследуемой среды принимается приемным преобразователем 3, преобразуется в электрический импульс, усиливается усилителем , детектируется интегрирующим видеодетектором 5, формируется формирователем 6 и вновь поступает на вХод синхронизируемого генератора Н, вызывая повторный цикл автоциркуляции электроакустических импульсов в сйнхрокольце. При этом синхроимпульсы со второго выхода генератора 1 поступают на вход счетчика 7 в котором происходит индикация результатов измерения скорости ультразвука в среде, и с аналогового выхода счетчика 7 сигнал, пропорциональный скорости ультразвука (частоте автоциркуляций) поступает на вход управляемого сопротивления 13, величина которого уменьшается при увеличении сигнала на его входе. Поскольку выход управляемого сопротивления 13 подключен параллельно интегрирую4;ей емкости видеодетектора 5, то

этим обеспечивается обратная пропорциональность постоянной времени видеодетектора частоте автоциркуляций в устройстве. В процессе работы синхроимпульсы с выхода приемного преобразователя 3 поступают также на вход линейного усилителя 8, усиливаются им без ограничения и поступают на вход блока 9 привязки уровня, отрегулированный так, что сигнал управления на его выходе появляется только в случае превышения заданного отношения сигнал/шум на входе усилителей 4 и 8.

С выхода блока 9 сигнал, поступает на вход детектора 10, детектируется в нем и далее усиливается усилителем 11 постоянного тока, с выхода которого он поступает на первый вход регулируемого усилителя 12, усиление кот рого максимально при отсутствии си1- нала с выхода блока 11. В результате напряжение на выходе генератора 1, а следовательно, и мощность, подводимая к излучающему преобразователю, оказываются функционально зависимыми от заданного оптимального уровня полезного сигнала на выходе приемного преобразователя 3 т.е. соотношение сигнал/шум на выходе блоков 3 и поддерживается стабильным. Стабильность же соотношения сигнал/шум на входе интегрирующего видеодетектора и обратная пропорциональность его постоянной времени частоте автоциркуляций в совокупности позволяет минимизировать уровень привязки к переднему фронту принятого импульса и оптимизировать время интегрирования сигнала в видеодетекторе, т.е. увеличить точность и помехозащищенность измерений скорости ультразвука.

Наиболее эффективно применение предложенного устройства в качестве широкодиапазонного толщиномера, уровнемера, измерителя расстояний и молекулярных масс, в качестве газоанализатора, работающего по синхрокольцевому принципу. При этом резко повышается помехозащищенность измерений, а следовательно, точность и

надежность разрабатываемой аппаратуры. Использование устройства целесообразно и в качестве узкодиапазонного измерителя скорости ультразвука,

где выигрыш в увеличении помехозащищенности менее заметен, но зато полностью реализуется дополнительное повышение точности измерений за счет снижения порогового уровня фиксации

первого ультразвукового импульса.

Формула изобретения

устройство для определения скорости ультразвука, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов, излучающий и приемный преобразователи, усилитель, интегрирую-.

щий видеодетектор и формирователь импульсов, а также счетчик импульсов, подключенный ко второму выходу генератора импульсов, отличающ е е с я тем, что, с целью увеличения точности и помехозащищенности измерений, оно снабжено последовательно соединенными линейным усилителем, блоком привязки уровня, детектором, усилителем постоянного тока

и регулируемым усилителем, а также управляемым сопротивлением и синхронизируемым генератором, причем вход линейного усилителя подключен к выходу приемного преобразователя, выход

регулируемого усилителя подключен ко входу генератора импульсов, выход и вход управляемого сопротивления подключены соответственно ко второму входу интегрирующего видеодетектора

и к выходу счетчика импульсов, вход синхронизируемого генератора подключен к выходу формирователя а его выход - ко второму входу регулируемого усилителя.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

- 21.

2.Там же, с. 118 (прототип).