Устройство для измерения скорости ультразвука

 

Изобретение относится к технике акустического контроля и может быть .использовано для измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний в жидких средах. Целью изобретения является повышение точности измерения и чувствительности за счет уменьшения систематической погрешности . В устройстве формируется отраженньй от границы протектор-контролируемая среда импульс для задержки переднего фронта импульса на выходе распределителя 14 импульсов,на величину , равную паразитной временной задержке путем вторичного запуска генератора 1 возбуждающих импульсов в момент, соответствующий переднему фронту импульса на выходе распределителя 14 импульсов. На входах дискриминатора 8 сравниваются два временных интервала, один из которых определяется .передним фронтом первогоR5 - триггера 7, а второй передним фронтом импульса на выходе второ о RS -триггера 20. По результату сравнешш частота управляемого генератора 11 будет меняться так, чтобы в установившемся режиме указанные временные интервалы стали равны. При этом информация на регистраторе 12 будет скорректирована от паразитных временных задержек. Введение в устройство логического блока 28, блока 6 управления , вторых RS -триггера 20, ограничителя 15, компаратора 16 и схемы 21 И позволяют выполнить описанньш алгоритм и повысить точность измерения и чувствительность. 1 ил. (Л g N5 О 00 СП о ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3732231/25-28 (22) 06.04.84 (46) 30.01.86 Бюл. Р 4 (71) Научно-производственное объединение космических исследований

АН АЗССР (72) Т.К.Исмаилов,А.М.Измайлов, Е.В.Митрофанова и Ф.М.Аллахвердов (53) 534.22(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 945675, кл. С 01 М .5/00, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОР0СТИ УЛЬТРАЗВУКА. (57) Изобретение относится к технике акустического контроля и может быть использовано для измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний в жидких средах. Целью изобретения является повышение точности измерения и чувствительности за счет уменьшения систематической погрешности. В устройстве формируется отраженный от границы протектор-контролируемая среда импульс для задержки переднего фронта импульса на выходе

„„SU„„1208505 A (5D4 G 01 N 29 00 распределителя 14 импульсов на величину, равную паразитной временной задержке путем вторичного запуска генератора 1 возбуждающих импульсов в момент, соответствующий переднему фронту импульса на выходе распределителя 14 импульсов. На входах дискриминатора 8 сравниваются два временных интервала, один из которых определяется .передним фронтом первого RS триггера 7, а второй передним фронтом импульса на выходе второго R3 -триггера 20. По результату сравнения частота управляемого генератора 11 будет меняться так, чтобы в установив шемся режиме указанные временные ин- Е тервалы стали равны. При этом информация на регистраторе 12 будет скорректирована от паразитных временных С задержек. Введение в устройство логического блока 28, блока 6 управле- Я ния, вторых RS -триггера 20, ограничителя 15, компаратора 16 и схемы ®

21 И позволяют выполнить описан- Я ный алгоритм и повысить точность С0 измерения и чувствительность. 1 ил. (ф

1208505

Изобретение относится к-технике акустического контроля и может быть использовано для измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний в жидких средах.

З

Цель изобретения — повышение точности измерения и чувствительности за счет уменьшения систематической погрешности.

На чертеже приведена блок-схеМа устройства для измерения скорости ультразвука.

Устройство содержит последовательно электроакустически соединенные. генератор 1 возбуждающих. импульсов, 15 излучающий 2 и приемный 3 пьезопреобразователи, первый ограничитель 4, первый компаратор 5, блок

6 управления, первый RS — триггер 7, дискриминатор 8, коммутатор 9, управляющий вход которого подключен к выходу первого R$ -триггера 7, интегратор 10, управляемый генератор 11 и регистратор l2, последо25 вательно соединенные делитель 13 частоты, входом подключенный к выходу управляемого генератора 11, распределитель 14 импульсов, первым выходом подключенный к R -входу первого Р3 -триггера 7, последовательно соединенные второй ограничитель 15, входом подключенный к выходу генератора 1, и второй компаратор 16, последовательно соединенные первый инвертер 17, вхо- 35 .дом подключенный к второму выходу распределителя 14 импульсов, одновибратор 18, первую схему 19 И, второй вход которой подключен к выходу второго компаратора 16,, второй 40

RS -триггер 20, S --входом подключенный к выходу первой схемы l9 И, а выходом — к второму входу дискриминатора 8, и схему 21 ИЛИ,, выходом подключенную к входу генерато- 45 ра 1, причем блок 6 управления выполнен в виде последовательно соеди-ненных второго инвертора 22, входом подключенного к второму выходу делителя 13 частоты, второй схемы ур

23 И, третьего R -триггера 24 и третьей схемы 25 И, вторым входом подключенной к выходу первого компаратора 5, а выходом — к S -входу первого Rs -триггера 7, третьего у инвертора 26, входом подключенного к первому выходу делителя 13 частоты, а выходом — к второму входу второй схемы 23 И, третий вход которой подключен к третьему выходу распределителя 14 импульсов, соеди- ненного и с первым входом схемы

21 ИЛИ, четвертой схемы 27 И, первым входом подключенной к выходу второго инвертора 22, вторым входом — к первому выходу делителя 13 частоты, третьим входом — к второму выходу распределителя 1.4 импульсов, соединенного и с вторым входом схемы 21 ИЛИ. Позиция 28 обозначает логический блок из первого инвертотора 17, одновибратора l8 и первой схемы 19 И.

Устройство ра "îòàåò следующим образом.

Рыходные импульсы управляемОго генератора 11 поступают на вход делителя 13.частоты. С первого выхода делителя 13 частоты импульсы поступают на вход распределителя

14 импульсов, задающего последовательность работы отдельных функциональных блоков устройства.

Импульс с.третьего выхода распределителя 14 импульсов через схему 21 ИЛИ производит запуск генератора l возбуждающих импульсов„ формирующего короткий импульс, который поступает на излучающий пьезогреобразователь 2, где формируется ультразвуковой импульс, который после последовательного прохождения волновода излучателя, контролируемой среды, волновода приемного пьезопреобразователя 3 преобразуется в электрически импульс, поступающий на вход первого ограничителя 4. Затем импульс через первый компаратор 5„. осуществляющий временную привязку приемного сигнала и его нормирование по амплитуде, поступает

/ на вход блока управления играющего

11 TT роль 4ременных ворот для выходного импульса первого компаратора 5.

После блока 6 сигнал поступает на

5 -вход первого RS, -триггера 7.

Таким образом, процесс зондирования контролируемой среды, завершается формированием первым КS -триггером

7 и переднего фронта импульса, подаваемого на первый вход дискриминатора 8.

Длительность „ временного интервала, отсчитываемого с момента формирования переднего фронта импульса на третьем выходе распреде1208505 лителя 14 импульсов до момента формирования первым RS -триггером

7 фронта импульса определяется формулой л л л,» л л - ь л

+ "З+ "т З " " о ин 1 z 3 4 5 6 Т 8 Ч где 1.„— время задержки электрического импульса в генерато— ре 1; времена задержки в пьезоэлементах излучающего и приемного пьезопреобразователей; времена задержки ультразвукового импульса в вопноводах излучающего и приемного пьезопреобразователей; время задержки ультразву10 л Л - "5

20 кового импульса в контролируемой среде; время задержки электрического импульса в первом ограничителе 4; время задержки электрического импульса 4 в первог компараторе 5; время задержки электрического импульса в блоке о управления; л

25

30 л

l.

10 время задержки электрического импульса в первом

RS -триггере 7; именении идентичных пьезои волноводОв можно считать

При пр элементов

Л л = д-"нэ

Л л 4 "5 ВОЛА

Тогда длительность временного ин40 тервала зондирования состоит из ин- формативной составляющей и неинформативной составляющей бц (пара— зитной временной задержки), равной

Л л л л Л

"н=2 "иа "Волн "! 8 9

"HH 6 Н

Импульсом с второго выхода рас- 50 пределителя 14 импульсов через схему 21 ИЛИ производится повторный запуск генератора 1, формирующего короткий импульс, поступающий на пьезоэлемент излучающего пьезопреоб- 55 разователя 2.

Образуемый при этом ультразвуковой импульс йосле распространения через волновод излучателя частично проходит в контролируемую среду, а частично, отражаясь от границы волновод-среда, вследствие различия их акустических импедансов. воэвра» 1 щается обратно по волноводу к пьезоэлементу излучающего пьезопреобразователя 2 и преобразовывается последним в электрический импульс, поступающий на вход второго ограничителя 15.

Укаэанный приемный сигнал после прохождения второго ограничителя

15 нормируется по амплитуде вторым. компаратором 16, осуществляющим также временную привязку последнего,и поступает на вход логического блока 28, выполняющего роль "временных ворот и управляемого импульсом со второго выхода распределителя

14 импульсов. Пройдя логический блок 28, импульс поступает на S— вход второго RS -триггера 20, изменяя его состояние. Процесс второго зондирования завершается формированием переднего фронта импульса на ч прямом выходе второго RS -триггера 20.

Длительность интервала второго зондирования определяется следующей формулой г " л л- л л л н " " 3 "4 "5 ь Т 8 1

Исходя иэ условия практической идентичности параметров первого и второго ограничителей, компараторов и RS -триггеров, можно предположить, что длительность временного интервала второго зондирования практически равна длительности неинформативной составляющей г, временного интервала зондирования контролируемой среды.

Длительность временного интервала („„ отсчитываемого от момента формирования переднего фронта импульса на третьем выходе распределителя 14 импульсов до момента фор-. мирования вторым Й8 -триггером 20 переднего фронта импульса, определяется выражением

Л Л

i„„=Т+ i,, где Т вЂ” период импульсов, следующих на входе распределителя 14 импульсов.

Импульс, сформированный первым

8.$ -триггером 7, поступает одновре1208565

20 менно на первый вход дискриминатора

8 и на второй вход коммутатора 9.Импульс, сформированный вторым 5 -триг= гером 20, поступает на второй вход дискриминатора 8. 5

Дискриминатор 8 осуществля ет сравнение длительности временного л

Л интервала i с длительностью I.<<, при этом анализируется временное расположение переднего фронта импульса на прямом выходе первого

RS -триггера 7 относительно переднего фронта импульса, формируемого на выходе второго RS -триггера 20.

Если передний фронт импульса на выходе первого RS -триггера 7

Опережает во времени передний фронт импульса, формируемого на выходе второго RS -триггера 20, то на выходе дискриминатора 8 формируется сигнал логической "1" (высокий уровень).

В случае>если передний фронт импульса на выходе первого Б -триггера 7 отстает от переднего фронта импульса, формируемого вторым RS— триггером 20, то на выходе дискриминатора 8 формируется сигнал логического "0" (низкий уровень).

Сигналы ВысОкогО или низкого ЗО г логического уровня формируются на выходе коммутатора 9 при наличии на управляющем втором входе высоко— го уровня напряжения. Сигналы логических уровней с выхода коммутатора поступают на вход интегратора. 10, подключая его вход либо к шине питания с высоким потенциалом (при логической "1") или к шине питания с низ11 3! ким потенциалом (при логическом 0 ) .4

Указанные переключения входа ,:интегратора 10 вызывают соответственно возрастание или уменьшение напряжения-на выходе интегратора.

По абсолютному значению выходное напряжение интегратора 10, являющееся управляющим для управляемого генератора 11 растет в случае, когда передний фронт импульса первого

RS -триггера 7 опережает во времени передний фронт второго RS -триггера

20, и уменьшается в противном случае.

В установившемся режиме работы устройства соблюдается» условие л л

LHК- ИП 55

+"н=Т+"н

Т= l =К

6 частота импульсов на выходе управляемого генератора 11; коэффициент деления дели теля 13, где 1

k kc

Т L мерения за счет исключения из вре— менно го интервала з ондирования паразитной 9„) задержки, приводящей к погрешности (B ) измерения и — 100 .

Причем при более высокой точности сохраняется высокая чувствительность.

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости ультразвука, содержащее последовательно электроакустически соединенные генератор возбуждающих импульсов, излучающий и приемный пьезопреобразователи, первые ограничитель и компаратор, последовательно соединенные первый RS -триггер, дискриминатор, коммутатор, управляющий вход которого подключен к выходу первого R S— триггера, интегратор, управляемый генератор и регистратор, последовательно соединенные делитель частоты, входом подключенный к выходу управляемого генератора, распределитель импульсов, первым выходом подключенный к R -входу первого

RS -триггера, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что,с целью повьппения где с — скорость звука в контролируемой среде;

L — акустическая база устройства — расстояние между излучающим и приемным пьезоэлектрическими преоб— разователями.

Как следует из приведенной формулы, значение частоты электрических импульсов на выходе управляемого генератора 11 практически определяется только значением скорости распространения ультразвуковых колебаний,так как значения коэффициента К и базового расстояния L есть величины постоянные.

Таким образом, в устройстве достигается более высокая точность изСоставитель И.Ардашева

Редактор Л.Авраменко Техред С.Мигунова Корректор С.Шекмар

Заказ 252/55 Тираж 778*. Подписное

ВНИИПИ,Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 точности измерения и чувствительности, оно снабжено последовательно соединенными вторыми ограничителем, входом подключенным к выходу генератора возбуждающих импульсов,и: компаратором, последовательно соединенными первым инвертором „ входом подключенным к второму выходу распределителя импульсов, одновибратором, первой схемой И, второй вход которой подключен к выходу второго компаратора, вторым RS -триггером, $— входом, подключенным к выходу первой схемы И, а выходом — к второму входу дискриминатора, схемой

ИЛИ, выходом подключенной к входу генератора возбуждающих импульсов и блоком управления, выполненным в виде последовательно соединенных второго инвертора, входом подклю1208505 . 8 ченного к второму выходу делителя частоты, второй схемы И, третьего

RS -òðèããåðà и третьей схемы И, вторым входом подключенной к выходу первого компаратора, а выходом — к S -входу первого RS— триггера, третьего инвертора, входом подключенного к первому выходу делителя частоты, а выходом — к !

О второму входу второй схемы И, третий вход которой подключен к третьему выходу распределителя импульсов, соединенного и с первым входом схемы ИЛИ, четвертой схемы И, пер .

15 вым входом подключенной к выходу второго инвертора, вторым входом— к первому выходу делителя частоты третьим входом — к третьему выходу распределителя импульсов, соединенного с вторым входом схемы

ИЛИ.