Измеритель скорости ультразвука Советский патент 1982 года по МПК G01H5/00 G01N29/00 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА

I

. Изобретение относится к неразрушакьщим испытаниям ультразвуковым методом и может быть использовано при создании автоматизированных систем контроля.

Известен измеритель скорости ультразвука, содержащий излучающий и прием.ный преобразователи, которые установл&ны соосно друг к другу, а их рабочие поверхности строго параллельны tl 1.

Недостаток этого измерителя - низкая помехозащтаценность из-за многокра- ных отражений ультразвука и ци ракцио ных явлений.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является измеритель скорости ультразвука, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, излучающий преобразователь, приемный преобразователь, детектор и схему совпадений, линию задержки и индикатор I 2.1.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерений изза многократных отражений ультразвука.

Цель изобретения - повыщение точности измерений.

5

Поставленная цель достигается тем, что измеритель скорости ультразвука, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, излучающий преобразователь, приемный, преобразователь,

15 преобразователю, блоком линий задержки по числу преобразователей и сумматором, выход которого подключен к входу детектора, формирователем импульсов, включе{к ным между детектором н схемой совпа20дений, и накопителем, первый вход которого подключен к выходу генератора им пульсов и второму входу схемы совпадений, второй вход - к выходу схемы совпадений, входу индикатора и второму входу детектора.

Прич«у( .блок линий задержки выполнен в виде п постоянных линий задержки Bxotej которых соединены с выходом соответствукзщего преобразователя приемной многовлементной решетки, и п регулнру(ых линий задержки,каждая из которых включена между накопителем и соответств5гкяд1м элементом сумматора На фиг. 1 представлена блок-сх а и лерителя; на фиг. 2 - 1фимер выполнения блока линий задержки; нафиг. 3 временные эпюры, поясняюнцие работу схемы,1 Измеритель скорости ультразвука содержит последовательно соединенньте генератор 1 импульсов, излучающий преобразователь 2, приемную многоэлементную, решетку 3 преобразователей, установленную под углом к излучающему преобразователю 2, блок 4 линий задержки, сумматор S, детектсф 6, формщ)ователь 7 импульсов и схему 8 союшдений. . Кроме того, измеритель содержит накопитель 9, первый вход которого .подключен к выходу генератора 1 импульсов и второму входу схемы 8 совпадений, второй вход - к выходу схемы 8 совпаден1 й, входу индикатора 10 и второму входу детектора 6. Блок 4 линий задержки выполнен в виде п постоянных 11 задержки, входы которых соединены с выходом преобразователя прть емной многоэл@ъ1ентной решетки 3, и h-1 регулируемых линий 12 задержки, каждая из которых включена между накопитела 9 и сумматором Ь. Измеритель скорости ультразвука работает следующим образом. Генератор 1 импульсов возбуждает излучающий преобразователь 2, одновременно импульсы 13 (фиг. 3) поступают на второй вход накопителя 9 и второй вход схемы 8 совпадений. Во время действия электрического импульса 13 иэлучаюший преобразователь 2 возбуждает в исследуемом веществе ультразвуковые колебания 14, которые 1финнмаются преобразователями |фиемной многоэлемеН ной решетки 3 и преобразуются .ими в электрические сигналы. Поскольку приемПая многоэлементная решетка 3 зафиксир вана в акустической системе под углом к фронту падающей на нее ультразвука вой волны, отраженные от её поверхности колебания 14 не возвращаются на излучающий преобразователь 2, а поглощаются в акустической системе, чем соз дается режим бегущей волны между излучающим преобразователем 2 и приемной решеткой 3.

Кроме того, сигналы, принятые отдельными преобразователями решетки 3, оказываются сдвинутыми относительно друг друга во времени. Временной сдвиг между сигналами, щзинятыми отдельными преобразователями решетки 3, при постоянных ее параметрах и жесткой конструкции акустической системы опре- , деляется скоростью распространения ультразвука в исследуемом вешестве. Далее эти сигналы поступают на блок 4 линий задержки и сумматор 5, где проходят соответственно через линии 11 постоянной задержки (фиг. 2) и последовательно соединенные линии 12 регулируемой задержки, в которых задержка сигнала одинакова и определяется величиной напряжения, поступающего на управляемый вход и каскады сумматора 5. Причем сигналы, принятые преобразователями решетки 3, ;более удаленными от излучаюшего преобразователя 2, проходят большее число регулируемых линий задержки и каскадов сумматора 5. В исходном состоянии t о на выходе накопителя 9 и управляющем входе блока 4 линий задержки устанавливается нулевой потенциал, все поступающие на блок 4 сигналы задерживаются относительно друг друга на одинаковое время, и исходные временные сдвиги между сирналами сохраняются. На выходе сумматора 5 формщзуется видеоимпульс 15, образованный путем суммирования и детектирования огибающей всех сигналов, принятых решеткой 3. В исходном состоянии видеоимпульс 15 оказывается небольшим по амплитуде из-за временных сдвигов суммируемых сигналов. Далее видеоимпульс 15 поступает на вход детектора 6, где запоминается его амплитуда. При этом на выходе д&тектсфа 6 фо|ж4ируется скачок напряжения, который далее дифференцируется и инвертируется формирователей 7 импульсов и поотупает на первый вход схемы 8 совпадений. Пбступаклций на вход схемы 8 отрицательный импульс 17 препятствует прохождению на ее выход зондирующего импульса 13, действующего в этот момент вр0и1ени на втором входе схемы 8 совпадений, В последующие периоды после момента to на выхода накопителя 9, соединенном с управляющим входом блока 4, формируется ступенчатое.нарастающее напря жение 16. Под управлением этого напряжения 16 вепичина задержек в регу лируемых линиях блока изменяется так, что с возрастанием управляющего напряжения -16 временные сдвиги между электрическими сигналами, поступающими с блока 4 в сумматор 5, постепенно умень шаются. Видеоимпульс 15 на выходе сумматора 5 с каждым тактом возраотает по амплитуде и достигает максимума при полной компенсации временных сдвигов между выходными сигналами блока 4. Напряжение на выходе детектора 6 также скачкообразно нарастает, а с 4юрм5фователя 7 на вход схемы 8 совпадений поступают отрицательные импульсы 17, препятствующие проходу зо дируклцего импульса 13 с второго ее вхо да на выход, Процесс продо/гжается до тех пор, пока при поступлении очередного импульса 13 на накопитель 9 в блоке 4 наступает перекомпенсация временных задер|жек между сигналами, принятыми отдель ными преобразователями решетки 3. Видеоимпульс 15 на его выходе уменьшает ся. При этом на выходе детектора 6 оче редной скачок напряжения не появляется. На выходе формирователя 7 сохраняется высокое напряжение, благоприятствующее проходу зондирующего импульса 13 на выход схемы 8 совпадений. Этим им пульсом накопитель 9 и детектор 6 пр врдятся в исходное состояние, и далее описанный цикл повторяется сначала. В результате периодически повторяющихся циклов на выходе схемы 8 со&паденнй формируется последовательность импульсов 18, которая подается также на вход индикатора Ю. Частота повторения этих импульсов Г количество периодов Т, накопленных зондирук щих импульсов 13; Ь7 - время запаздывания сигналов, принятых двумя соседними преобразователями решетки 3-, fii.tw - единичный прирост задерк жки в регулируемых л ниях 12 задержки блока за один период TQ зондирующих импульсов 13. Посжольку время запаздывания сигнаов, принятых двумя соседними преобра ователями решетки, равно utrill I где (3 - расстояние между элементами;j(j- утоп поворота решетки 3 oiv. носительно (|ронта падающей ультразвуковой волны i С. - скорость ультразвука, астота повторения импульсов 18, cmiMae ых с выхода схемы 8 совпадений,, пряО пропорциональна скорости ультразвут а С. TQCl-S TNlTo Измеритель обеспечивает линейную заисимость между скоростью ультразвука исследуемой среде и частотой повтор&ия выходных импульсов в достаточном нтервале скоростей, что позволяет обеоечить высокую точность измерений. Выбором величины Сф фиксированных адержек и закона .спада величины задержки достигается электрическая фокусировка характеристики направленности ешетки. Этим обеспечивается значительное снижение влияния явлений дифракции на результаты измерений. Формула изобрете н я Измеритель скорости ультразвука, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, излучающий преобразователь, приемный преобразователь, детектор и схему совп дений, линию задержки и индикатор, отличающийся тем, что, с целью пoвыиieния точности измерений, он снабжен последовательно соединенными приемной многоэлементной решеткой щэёобразователей, установленной под утлом к излучаюшему преобразователю, блоком хганий задержки по числу преобразователей, и сумматором, выход которого подключен к входу Детектора, формирователем импульсов, включенным между д1втвктором и схемой совпадений, и накопителем, первый вход которого подключен к выходу генератора импульсов и второму входу схемы совпадений, второй вход - к выходу схемы 791116 совпадений, входу индикатора и второму входу детектора. . Измеритель по п. 1, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что блок линии заде жки выполнен в виде vi постоянных лть s НИИ задержки, входы котбрых. соединены , с выходом соответствующего преобразователя притачной многоэлементной решет, ки и п -1 регулируемых линий задержки, каждая из которых включена между на ю копителем и соответствующим элементом сумматора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Колесников А. Е. Ультразвуковые измерения. М., Стандарт, 1970, с. 82. 2.Носов В. А. Проектирование ультразвуковой измерительной аппаратуры. М., Машиностроение, 1972, с. 125 (прототип). Vv -ЩПППППППППГППГ АЛ. - I 1111 yyl щпгп / 41 /