Ультразвуковое измерительное устройство Советский патент 1982 года по МПК G01N29/00 

(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к измерительной технике.

По основному авт. св. 757975 известно ультразвуковое измерительное устройство, содержащее последовательно соединенные блок настройки частоты, генератор высокочастотного напряжения, камеру с двумя преобразователями, усилитель, схему определения уровня 0,707, формирователь импульсов и селектор одиночных импульсов, а также смеситель, входы которого подключены к выходам генератора высокочастотного напряжения и усилителя, а выход - к второму входу формирователя импульсов, измерительный блок, состоящий из последовательно соединенных ключа, фильтра низкой частоты и схемы сравнения-усиления, и индикатор 1.

Однако устройство обладает недостаточной точностью измерения.

Целью изобретения является повышение точнос.ти измерений..

Поставленная цель достигается тем, что.устройство снабжено последовательно соединенными вторым ключом и вторым фильтром низкой частоты, причем выход селектора одиночных импульсов подключен к управляющему

входу второго ключа, который связывает вход опорного напряжения схемысравнения-усиления с входом второго фильтра низкой частоты, а входы индикатора подключены к выходам первого и второго фильтров низкой частоты.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 10эпюры напряжений.

Устройство состоит из генератора 1, камеры 2, заполненной исследуемой средой, с излучающим 3 и приемным 4 пьезопреобразователями, усили5 теля 5, схемы 6 определения уровня 0,707, блока 7 настройки частоты, формирователя 8 импульсов, селектора 9 одиночных импульсов, смесителя 10, схемы 11 совпаденият-усиления,

20 первого ключа 12, первого фильтра 13 низкой частоты,индикатора 14, второго ключа 15 и второго фильтра 16 низкой частоты,

25 На фиг. 2 графиком 17 .изображено выходное напряжение U схемы 11 сравнения-усиления, входное напряжение фильтра 13 (заиггриховано) и выходное напряжение его Uj. , Графиком 18 изоб30 раженоопорное напряжение Ug, входное напряжение фильтра 16 (заштриховано) и выходное напряжение его U Устройство работает следующим 06 разом.. Высокочастотный электрический сигнал, вырабатываемый генератором I, преобразуется преобразователем 3 в ультразвуковые волны, распространяющиеся в исследуемом веществе в камере 2. Волны, прошедшие среду, преобразуются приемным преобразова гелем 4 в электрический сигнал, уси ливаемый усилителем 5. Приемный пре образователь 4 выполнен широкополосйым и, если исследуется сравнитель;но мапопоглощающая среда, снабжен необходимыми согласующими слоями для исключения заметной ревербера-. ции ультразвука в камере. Частота генератора 1 все время изменяется в ту или иную сторону под воздействием блока 7 настройки частоты, Ёвиду широкополосности приемного преобразователя 4 выходное напряжение его оказывается модулированным по закону резонансной характеристики.идлучайщего преобразователя 3, когда частота генератора изменяется вблизи его-резонанса. Напряжение преобразователя 4 максимально, когд частота равна резонансной частоте |Излучающего преобразователя 3, и .уменьшается при отходе в любую сторону. Когда напряжение уменьшается до 0,707 от максимального значения, срабатывает схема б и воздействует на блок 7 настройки. Посредством этого блока изменяется направление перестройки частоты на противоположное. В результате частота генератор 1 качается в пределах полосы пропус кания излучающего преобразователя 3 Ультразвуковые волны достигают .преобразователя 4 с опозданием ut где . - расстояние между преобразователями, с - скорость ультразвука в исследуемой среде. На выходе смесителя 10 выделяется сигнал биений, период Т которого ра вен где К-, - скорость изменения частоты Формирователь 8 вырабатывает из сигнала.биений импульсы длительность Т. Селектор 9 одиночных импульсов пр пускает один импульс с формирователя в течение каждого интервала между двумя импульсами схемы б. Дпитель.ность этого интервала равна дР/К, где дР .- полоса излучающего преобразователя 3. импульс селектора 9 замыкает ключи 12 и 15 на время Т. Постоянная, составляющая последовательности импульсов длительностью Т, выделенная фильтром 13 (график 17), пропорци9нальна у - . ц t и г- ;и - 1 4F ilTF где и., - выходное най ряжение схемы 11 сравнения-усиления. При достаточно большом коэффициенте усиления схемы сравнения-усиления устанавливается р.авновесие Uo и. где Uo - опорное напряжение, Кл - константа. и .- и. откуда Схема 11 сравнения-усиления обеспечивает сравнение входного тока от источника опорного напряжения Uo и выходного тока фильтра 13 и усиление сигнала, пропорционального разности токов. С другой стороны, плотность 3 исследуемой среды выражается так где Kj - константа. Из сравнения формул (2) и (3) вытекает где К - константа. Опорное напряжение Up посредством ключа 15 также преобразуется в импульсы (график 18), постоянная составляющая которых выделяется фильтром 16 и, наряду с выходным напряжением фильт эа 13, поступает на индикатор 14 - измеритель отношения напряжений. Постоянные составляющие последовательности импульсов длительностью Т, выделенные фильтрами 13 и 16 низкой частоты соответственно пропорциональнысг о и Ux Таким образом, на. входы измерителя отношений постоянных напряжений поступают напряжения с фильтров 13 и 16 низкой частоты, и отношение U(. пропорционально измеряемой плотности р Как видно из анализа графиков 17 и 18, постоянная составляющая К импульсов длительностью Т, сформированных из напряжения U (заштрих вано на графике 17, фиг. 2), под действием обратной связи поддерживается пропорциональной опорному на пряжению Uo, т. е. постоянной. При изменении дР/т соответственно изменяется и . Однако напряжение U подвергается флуктуациям, спектр ко торых находится вне полосы пропуска ния фильтра 13 (высокочастотные) и они обратной связью не-устраняются. В известном устройстве индикатор измеряет непосредственно напряжение и, если индикатор быстродействующий (время: измерения обозначено дТ), флуктуации приводят к возни новению погрешности. То же самое от носится и к индикатору с большим временем измерения йТг - Флуктуаци приводят к разбросу показаний. В предлагаемом устройстве аналогичные импульсы вырабатываются из опорного напряжения UQ (фиг. 2, график 18) и измеряется отношение средней составляющей их Up„с напряжением Ц;.. Таким образом, участки с неконтролируемыми флуктуациями (незаштри хованные) из процесса измерения исключаются. БОлее того, устраняется влияние неидеальности сглаживания фильтрами: пульсации обоих напряжений имеют одинаковую процентную величину, закон и устраняются, что повышает точность измерений. Формула изобретения Ультразвуковое измерительное устройство по авт. св. №757975, от л и ча ю щ е е.с я тем, что, с целью увеличения точности измерений, оно снабжено последовательно соединенными вторым ключом и вторым фильтром низкой частоты,, причем выход селектора одиночных импульсов подключен к управляющему входу второго ключа, который связывает вход опорного напряжения схемы сравненияусиления с входом второго фильтра низкой частоты, а входы индикатора подключены к выходам первого и второго фильтров низкой частоты. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 757975, кл. G 01 N 29/00, 1978.