Ультразвуковой измеритель концентрации компонентов Советский патент 1982 года по МПК G01N29/00 

(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ

КОМПОНЕНТ

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к ультразвуковым измерителям концентрации компонент, и может быть использовано при изучении физико-механических свойств композиционных материалов.

Известно устройство для измерения концентрации компонент, содержащее генератор, блок приемопередающих преобразователей, фазовый детектор, входы которого подключены к выходу генератора и блока приемопередающих преобразователей, усилитель и индикатор 1.

Недостатком устройства является низкая точность, обусловленная высоким уровнем шумов и неравномерностью фазо-частотной характеристики широкополосного усилителя.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковой измеритель концентрации компонент, содер жащий последовательно соедииенные генератор, делитель частоты и первый смеситель, многоканальный формирователь, каждый канал которого включает избирательный усилитель и фазовращатель, второй смеситель, коммутатор, блок приемопередающих преобразователей, цепь измерения, включающую последовательно соединенные резонансный усилитель, фазовый детектор, микропроцессор и индикатор, блок управления, 5 подключенный к управляющим входам коммутатора и микропроцессора 2.

Измеритель позволяет измерять концентрацию трехкомпонентных композиций, однако точность измерения недостаточно высоко кая; что обусловлено паразитной параметрической модуляцией, возникающей при коммутации преобразователей.

Кроме того, измеритель не позволяет определить коцентрацию многокомпонентных 15 объектов.

Цель изобретения - повышение точности.

Указанная цель достигается тем, что измеритель концентраций снабжен имитатором нагрузки, сумматором, последовательно

20 соедииенными вторым генератором, вторым делителем частоты и демодулятором, подключенным к второму входу первого смесителя, модулирующий вход модулятора подключен к выходу сумматора, входы котоporo подключены к выходам имитатора нагрузки и блока приемопередающих преобразователей, число которых равно значению п кратности делителей, выход п приемного преобразователя подключен к входу резонансного усилителя измерительной цепи, выходы генераторов подключены также к второму смесителю, выход которого подключен к второму входу фазового детектора, причем входы коммутатора подключены к фазовращателям, а выходы - к блоку приемопередающих преобразователей и имитатору нагрузки. На чертеже представлена блок-схема измерителя. Ультразвуковой измеритель концентрации компонент содержит первый и второй генераторы 1 и 2, первый и второй делители 3 и 4 частоты, подключенный к выходам генераторов 1 и 2 второй смеситель 5, последовательно соединенные первый фильтр 6, модулятор 7 и первый смеситель 8, второй вход которого подключен к выходу первого делителя 3, а выход - к входу многоканального формирователя (на чертеже не показано), каждый канал которого включает избирательный усилитель 9 и фазовращатель 10. Для подключения выходов фазовращателей 10 к входам имитатора 11 нагрузки и блоку 12 приемопередающих преобразователей служит коммутатор 13. Выходы блока 12 преобразователей и имитатора И подключены через сумматор 14 к управляющему входу модулятора 7. Число преобразователей в блоке 12 и каналов в формирователе равно значению кратности п делителей 3 и 4 частоты. Для обработки результатов служит измерительная цепь, включающая резонансный усилитель 15 подключенный к выходу п - го преобразователя блока 12, фазовый детектор 16, второй вход которого через второй фильтр 17 подключен к выходу второго смесителя 5, микропроцессор 18 и индикатор 19. Работой коммутатора 13 и микропроцессора 18 управляет блок 20 управления, выходами подключенный к управляющим входам указанных элементов измерителя. Устройство работает следующим образом. С выходов первого и второго генераторов 1 и 2 гармонические сигналы с частотой и подаются на входы соответствующих п-кратных делителей 3 и 4 частоты. Тестовые разночастотные сигналы фор мируются путем смешивания сигналов, снимаемых с выхода первого делителя 3 частоты и модулятора 7. Причем несущая частота на выходе модулятора 7 формируется первым фильтром 6, настроенным на первую гармонику выходного сигнала второго делителя 4 частоты. В результате на первый смеситель 8 в начальный момент поступают сигналы частот ofiVn и uJj /п. После смещивания в спектре выходного сигнала смесителя 8 присутствует разностная частота (cJ| - )1п, первая гармоника которой вьгделяется избирательным усилителем 9i и поступает через фазовращатель 10 на вход блока 12 преобразователей. Фаза сигнала на выходе блока 12 равна: SLi +Cf- ч-Ч-д + ср где cfj -фазовый сдвиг, вносимый испытуемым объектом (на чертеже не eJ,-cJ, показано); -презонансная частота первого канала;Чf -фазовый сдвиг, вносимый первым каналом; fи«f -фазовые сдвиги, вносимые входными цепями первого смесителя 8, „р„,„ -.А.,, где «fj и «f| - начальные фазы сигналов первого и второго генераторов 1 и 2 соответственно; Дef -фaзoвый сдвиг, вносимый элементами 6 и 7. Блок 20 управления задает режим работы коммутатору 13, с помощью которого осуществляется поочередное синхронное подключение пары приемопередающих преобразователей блока 12 к соответствующему каналу, и одновременно с этим переключение всех остальных каналов на имитатор 11 нагрузки. Имитатор 11 служит для уменьшения влияния импедансов фазовращателей 10 и блока 12 на входные цепи сумматора 14. Имитатор 11 включает элементы, коэффициенты передачи которых равны коэффициентам передачи преобразователей блока 12. С выхода блока 12 сигнал с частотой А, пройдя сумматор, поступает на модулирующий вход модулятора 7, на сигнальный вход которого поступает сигнал с частотой -. В результате однополосной модуляции (модулятор 7 работает в режиме подавления верхней боковой полосы) в спектре сигнала, поступающего на вход смесителя 8, помимо несущей частоты , появляется нижняя боковая, смещенная на частоту Л и равная- Л . Повторное смещивание входных сигналов смесителем 8 приводит к появлению в спектре выходного сигнала разностной частоты 2Л ( ), котора1Я выделяется во втором канале избирательиым усилителем 9, настроенным на эту частоту. Сигнал частоты 2 Л , пройдя имитатор 11 и сумматор 14, поступает на модулирующий вход модулятора 7, имея ............ „ ... текущее значение фазы, равное 2At (9-f ) где фазовый сдвиг, вносимый вторым каналом. После последовательного прохождения тестового сигнала по всем каналам формирователя, сигнал с частотой пЛ выделяется резонансным усилителем 15, подключенным к выходу п-го приемного преобразозателя, неся информацию (значение ti ) об испытуемом объекте.

После завершения первого цикла коммутатор 13 подключает ко входу блока 12выход фазовращателя 102 второго канала (остальные фазовращатели 10 подключены к имитатору 11). Далее измеритель работает аналогично. После завершения п-го цикла на вход модулятора 7 поступает сигнал с фазой

Т1Я1 п(ч-) +«г ... + «Г„л-крп .

В результате осуществлено прозвучивание испытуемого объекта набором тестовых частот л ...п л . Информационные составляющие сигналов от каждого канала, полученные на частоте Л ...п Я , перенесены на одну и ту же частоту п SI , что позволяет использовать в измерительной цепи один резонансный усилитель 15. Устраняя приращение фазовых сдвигов за счет прохождения сигналов по каналам и цепям измерителя на этапе калибровки, можно получить сигнал на выходе фазового детектора, на второй вход которого поступает сигнал через второй фильтр 17 с выхода смесителя 5, величина сигнала определяется фазовым сдвигом, вносимым объектом измерения. Значение фазовых сдвигов, вносимых объектом, после каждого цикла фиксируется и обрабатывается в микропроцессоре 18, которым, как и коммутатором, управляет блок 20. Измеренные параметры выводятся на индикатор 19.

Предложенное устройство позволяет определить фазо-частотную характеристику исследуемого объекта и повышает точность измерения концентрации компонент сложных объектов путем исключения паразитной модуляции при переключении преобразователей.

Формула изобретения Ультразвуковой измеритель концентрации компонент,содержащий последовательно соединенные генератор, делитель частоты и первый смеситель, многоканальный формирователь, каждый канал которого включает избирательный усилитель и фазовращатель, второй смеситель, коммутатор, блок приемопередаюших преобразователей, цепь измерения, включающую последовательно соединенные резонансный усилитель, фазовый детектор, микропроцессор и индикатор, блок управления, подключенный к управляющим входам коммутатора и микропроцессора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен имитатором нагрузки, сумматором, последовательно соединенными вторым генератором, вторым делителем частоты и модулятором, подключенным к второму входу первого смесителя, модулирующий вход модулятора подключен к выходу сумматора, входы которого подключены к выходам имитатора нагрузки и блока приемопередающих преобразователей, число которых равно значению п кратности делителей, выход п приемного преобразователя подключен к входу резонансного усилителя измерительной цепи, выходы генераторов подключены также к второму смесителю, выход которого подключен к второму входу фазового детектора, причем входы коммутатора подключены к фазовращателям, а выходы - к блоку приемопередающих преобразователей и имитатору нагрузки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2767091/25-28, кл. G 01 N 29/00, 1979 (прототип).