Цифровой измеритель скорости ультразвука

 

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля и может быть использовано для исследования и контроля физико-химических свойств и состава различных сред, веществ и материалов. Целью изобретения является повышение точности измерения. В цифровом измерителе скорости ультразвука генератор зондирующих импульсов .возбуждает излучающий преобразователь , от которого через исследуемую среду распространяется ультразвуковой импульс, принимаемый преобразователем . Импульс синхронизатора устаиавливает состояние 1 на выходе триггера, очищает счетчик от результата предьвдущего измерения и записывает в счетчик число N - f- L хх xlO , где NO - полный объем счетчика; L - базовое расстояние; f - частота следования счетных импульсов генератора; г - целое число, определяющее цену деления и точность измерения скорости. Введение счетчика с предварительной установкой начального кода и элемента И-И-ИЛИ позволяет повысить точность измерения и единство измерений за счет использования в алгоритме измеритель- ;ной базы. 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (SD 4 G 0! H 5!00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ !!3:

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф С

В а

° Ю с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ!% (21) 3788676/25-28 (22) 06 ° 09.84 (46) 23.04.86. Бюл. У 15 (72) Д.Д.Балданов (53) 62Ъ. 179 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 822013, кл. G 01 H 5/00, 26. 12.78. (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ

УЛЬТРАЗВУКА (57) Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля и может быть использовано для исследования и контроля физико-химических свойств и состава различных сред, веществ и материалов. Целью изобретения явля- ется повышение точности измерения. В цифровом измерителе скорости ультразвука генератор зондирующих импульсов, возбуждает излучающий преобра.80„„122 06 А зователь, от которого через исследуемую среду распространяется ультразвуковой импульс, принимаемый преобразователем. Импульс синхронизатора устанавливает состояние "1" на выходе триггера, очищает счетчик от результата предыдущего измерения и записывает в счетчик число N, — f Ь хм .х10", где N, — полный объем счетчика; L — базовое расстояние; f — частота следования счетных импульсов генератора; r — целое число, определяющее цену деления и точность измерения скорости. Введение счетчика с предварительной установкой начального кода и элемента И-И-ИЛИ позволяет повысить точность измерения и единство измерений за счет использования в алгоритме измеритель, ной базы. 2 ил.!

226066

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля и может быть использовано для исследования и контроля физико-химических свойств и состава различных сред, веществ и материалов.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг.1 изображена структурная схема цифрового измерителя скорости ультразвука; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Измеритель содержит синхронизатор 1, последовательно электроакустически соединенные генератор 2 зондирующих импульсов, излучающий и приемный преобразователи 3 и 4, уси- ° литель 5 и первый элемент 6 задержки, последовательно соединенные второй элемент 7 задержки, первый триггер 8. первый счетчик 9и индикатор 10,гене- . ратор 11 счетных импульсов, второй триггер 12, второй счетчик 13 с предварительной установкой начального кода и элемент И-И-ИЛИ 14. Выход генератора ll счетных импульсов подключен к входу синхронизации второго счетчика 13, вход "Сброс" и. выход первого триггера 8 соединены соответственно с выходом усилителя 5 и счетным входом второго счетчика

13, выход синхронизатора 1 связан с входом "Установка" второго триггера 12, первым входом элемента ИИ-ИЛИ 14, входом "Сброс" первого счетчика 9 и входом предварительной установки второго счетчика 13, вход "Сброс" и выход второго триггер ра 12 соединены соответственно с выходом второго счетчика !3 и вторым входом элемента И-И-ИЛИ 14, выход перво о элемента 6 задержки подключен к третьему входу элемента И-ИИЛИ 14, а его выход связан с входами генератора 2 зондирующих импульсов и второго элемента задержки, Цифровой измеритель скорости работает следующим образом.

Ф

Импульс синхронизатора 1 1фиг.2, диаграмма 15), определяющий начало каждого измерения скорости ультразвука, устанавливает состояние "1" на выходе триггера 12 (фиг.2, диаграмма 16), очищает. счетчик 9 от результата предыдущего измерения — устанавливает. состояние "0" на всех его разрядах и записывает в .счетчик

13 число N, — Г L 10, воздействуя

4Ь

Выходные импульсы элемента 7 задержки и усилителя 5 (фиг.2, диаграммы 18 и 19) поступают на входы триггера 8 соответственно как старти стоп-сигналы. Триггер 8 формирует на своем выходе прямоугольный импульс с длительностью Т (фиг,2, диаграмма

20), который является измеряемым интервалом времени. При этом интервал

Т определяется только- временем распространения ультразвукового импульса в исследуемой среде через базовое расстояние L.

Прямоугольный импульс с выхода триггера 8 поступает на первый вход на его третий вход (вход предварительной установки начального кода), где N, — полный объем счетчика 13;

L — базовое расстояние, через кото5 рое проходит ультразвук в процессе измерения его скорости; f — частота следования счетных импульсов генератора 11; r — целое число, определяющее цену деления наименьшего разряда результата и точность измере ния скорости. Этот же импульс синхронизатора 1 (фиг.2, диаграмма 155, пройдя через первый вход элемента

И-И-ИЛИ 14, поступает на входы

15 генератора 2 зондирующих импульсов и элемента 7 задержки. Двухвходовый элемент И в элементе И-И-ИЛИ 14 требуется для второй йоловины, а в первой половине два входа имеются в

20 целях унификации, и в рассматриваемом случае они объединены как первый вход элемента И-И-ИЛИ 14 (фиг.1).

Импульс, поступающий на элемент 7 задержки, задерживается в нем на время „, равное суммарному времени задержек срабатывания генератора 2 зондирующих импульсов и усилителя 5 и прохождения ультразвукового импульса через призмы излучающего и приемного преобразователей 3 и 4 (фиг,2, диаграмма 18).

Генератор 2 зондирующих импульсов возбуждает излучающий преобразователь 3 (фиг.2, диаграмма 17), от которого через исследуемую среду распространяется ультразвуковой импульс. Этот импульс, достигнув приемного преобразователя 4, преобразуется последним в электрический импульс.

40 Электрический импульс от приемного преобразователя 4 усиливается и ограничивается усилителем 5 (фиг.,2-19).

1226066 4 (И, — f L 10 ) + mTf) N, (1) mTf) Г L 10 (3) !

5 первого счетчика 9 и на второй вход второго счетчика 13.

B счетчик 9 записывается число "1"

Прямоугольный импульс, поступающий на второй вход счетчика 13, заполняется счетными импульсами генератора

11 (фиг.2, диаграмма 21). Результат заполнения, равный числу Tf, суммируется с содержимым счетчика 13 (N

f- Х 10 +Tf.

Импульс с выхода усилителя 5 также поступает на вход элемента 6 задержки (фиг.2, диаграмма 19). Элемент

6 производит задержку входного импульса на время „ полного затухания многократных отражений ультразвукового импульса в исследуемой среде для исключения воэможности ложного запуска генератора 2.зондирующих импульсов. Если в исследуемой среде не возникают отраженные ультразвуковые импульсы, например, при измерении скорости головных волн в крупногаA баритных изделиях, то время i задержки в элементе 6 может быть сведено до минимума для.повышения быстродействия.

Импульс с выхода элемента 6 -saдержки проходит через открытую вторую половину элемента И-И-ИЛИ 14 (на втором входе от триггера 12 присутствует сигнал "1") и поступает на входы элемента 7 задержки и генератора 2 зондирующих импульсов для второго возбуждения ультразвукового импульса.

После возбуждения ультразвукового импульса в исследуемой среде триггер

8 второй раз формирует прямоугольный импульс с длительностью Т. В ечетчик

9 записывается число "2", а в счет- чик 13 -(N, — f L 10 ) + 2Tf..Описанный автоциркуляционный процесс возбуждения ультразвукового импульса в исследуемой среде продолжается до формирования на выходе триггера 8 некоторого m-ro прямоугольного импульса с длительностью T. В 1 результате формирования ш-го прямоугольного импульса и измерения его длительности Т в счетчик 13 записывается число (И вЂ” f. L 10 ) +mTf, а в счетчик 9 — число m. При этом число

m — это такое минимальное возможное число, при котором суммарный. результат m-кратного измерения длительности Т, записанный в счетчик 13, должен достигать числа Г Ь 10 т,е. число m — - такое число, когда после (m-1)-кратного измерения длительности Т суммарный результат еще не достигнет числай, (N,. — f L.10 )+(m-1)Tf (N (2) 111 Из неравенства (1) следует, что суммарный результат m-кратного измерения длительности Т должен быть не менее числа

Тогда число m> записанное в счетчик 9 и являющееся результатом измерения скорости ультразвука, определя10 ется из соотношения (3) ь

m= — — — -- = 10 = U 10,(4

f L 10 L г

Tf T

L где V - =— — — скорость ультразвука

25 в исследуемой среде.

Таким образом, число m является переменной величиной и однозначно определяется скоростью ультразвука в исследуемой среде.

Так, после формирования m-го пря.моугольного импульса на выходе триггера 8 его длительность T также заполняется. счетными импульсами генератора 11. Счетные импульсы, запол35 нившие длительность Т, поступают на счет в счетчик 13. После поступления (f L"10 )-ro счетного импульса с начала измерения скорости ультразвука счетчик 13 переполняется (в нем за40 писывается число N ) и вырабатывает импульс "Перенос" (фиг.2, диаграмма .22). Счетный (f ?" 10 )-й импульс на.ходится в m-й пачке счетных импульсов генератора 11 (фиг.2, диаграмi5 ма 21).

Импульс "Перенос" с выхода счетчика !3 переключает триггер 12 в состояние "0" (фиг.2, диаграмма 16).

Выходной сигнал триггера 12 (состоя50 ние "0") закрывает вторую половину элемента И-И-ИЛИ 14. Прохождение ав.тоциркуляционнык импульсов для запуска генератора 2 зондирующих импульсов прекращается, и измерение скоро55 сти ультразвука заканчивается.

Результат измерения скорости ульт.развука — число ш = Ч 10 с выхода

Ф счетчика 9 выводится на индикатор

122бОбб

I0 для отсчета. Отметим, что согласно уравнению измерения (4) устройства содержимое счетчика 9 отличается и от значения Ч на коэффициент 10 . Поэтому для представления результата измерения скорости в метрах в секунду в зависимости от выбранного значения r запятая в индикаторе 10 вручную переключается на г цифровых разрядов, что является аналогом деления на число 10 . Тогда результат измерения скорости --- = Ч, и после т, о" запятой в индикаторе 10 присутствуют г значащих цифровых разрядов.

Таким образом, выбором необходимого зкачения определяется цена деления наименьшего цифрового разряда индикатора.10. Так, если выбрать r = 2, то запятая в индикаторе 10 переключается перед измерением скорости на два заряда, и после запятой присутствуют два цифровых разряда, т.е. цена деления 0,01 м/с.

Формула изoбретeнк я

Цифровой измеритель скорости ультразвука, содержащий синхронизатор, по о следовательно электроакустически соединенные генератор зондирующих импульсов, излучающий и приемный преобразователь, усилитель и первый элемент задержки, последовательно соединенные второй элемент задержки, первый триггер, первый счетчик и индикатор, генератор счетных импульсов и второй триггер, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения точности измерения, он снабжен вторым счетчиком с предварительной установкой начального кода и элементом

И-И-ИЛИ, выход гекератора счетных импульсов подключен к входу синхронизации второго счетчика, вход

"Сброс" и выход первого триггера соединены соответственно с выходом.усилителя и счетным входом второго счетчика, выход синхронизатора связан с вх6дом УстаКовка" второго триггера., первым входом элемента И-И-ИЛИ, входом "Сброс" первого счетчика и входом предварительной установки второго счетчика, вход "Сброс" и выход второго триггера соединены соответственно с выходом второго счетчика и вторым входом элемента И-И-ИЛИ, выход первого элемента задержки.подключен к третьему входу элемента

И-И-ИЛИ, а его выход связан с входами генератора зондирующих импульсов и второго элемента задержки.

1226066

21

Составитель А.Елкин

Редактор О.Юрковецкая Техред И.Попович Корректор Л.Патай

Заказ 2111/29 Тираж 507 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4