Устройство для определения параметров акустических релаксационных процессов в средах

 

Изобретение относится к средствам ультразвуковой измерительной техники и может быть использовано для исследования веществ в экспериментах молекулярной акустики. Цель изобретения повышение производительности за счет визуального совмещения экспериментальных данных по скорости ультразвука в среде с математической моделью, описывающей исследуемые релаксационные процессы. Экспериментальные данные по частотной зависимости скорости ульразвука в исследуемой среде вводят в устройство с помощью блока 1 ввода данлых. Экспериментальные данные отображаются на индикатора 3. Сюда же выводятся кривые математических моделей исследуемых релаксационных процессов . Кривые формируются с помощью генератора 10 линейно нарастающего напряжения, делителей 11-13, 16 и 17 напряжения и функциональных преобразователей 14 и 15 обратной пропорциональной зависимости. О параметрах акустических релаксационных процессов судят по сигналам на выходах указанных делителей напряжения. 2 ил. Q (Л

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 G 01 N 29/00

ГОСУДАРСТНЕННЫЙ НОЧИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3968015/ 25-28 (22) 22. 10. 85 (46) 07. 03. 87. Вюл. К- 9 (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (72) В.A.Сукацкас (53) 620.179.16(088.8)

-(56) Илгунас В., Яронис Э., Сукацкас В. Ультразвуковые интерферометры. Вильнюс, Мокслас, 1983, с. 123. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ АКУСТИЧЕСКИХ РЕЛАКСАЦИОННЫХ

ПРОЦЕССОВ В СРЕДАХ (57) Изобретение относится к средствам ультразвуковой измерительной техники и может быть использовано для исследования веществ в экспериментах молекулярной акустики. Цель изобретения — повышение производительности эа счет визуального совмещения экспериментальных данных по скорости ультразвука в среде с математической моделью, описывающей исследуемые релаксационные процессы.

Экспериментальные данные по частотной зависимости скорости ульразвука в исследуемой среде вводят в устройство с помощью блока 1 ввода данных.

Экспериментальные данные отображаются на экране индикатора 3. Сюда же выводятся кривые математических моделей исследуемых релаксационных процессов. Кривые формируются с помощью генератора 10 линейно нарастающего напряжения, делителей 11- IÇ, 16 и

17 напряжения и функциональных преобразователей 14 и l5 обратной пропорциональной зависимости. О параметрах акустических релаксационных процессов судят по сигналам на выходах укаэанных делителей напряжения. 2 ил.

1 12953

Изобретение относится к средствам ульразвуковой измерительной техники. и может быть использовано для исследования веществ в экспериментах молекулярной акустики. .)

Цель изобретения — повышение производительности за счет визуального совмещения экспериментальных данных по скорости звука в среде с математической моделью, описывающей иссле- f0 дуемые релаксационные процессы.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для определения параметров акустических релаксационных процессов в средах ; на фиг, 2 — f5 картина, получаемая на индикаторе.

Устройство содержит блок 1 ввода данных, блок 2 памяти, индикатор 3, блок 4 возведения в квадрат, вход которого подключен к выходу блока i 20 ввода данных, а выход — к блоку 2 памяти, подключенные к первому выходу блока 2 памяти последовательно соединенные компаратор 5, ключ 6, пер r вый делитель 7 напряжения и коммутатор 8, выход которого подключен к с первому входу индикатора 3, цифроаналоговый преобразователь 9, вход которого подключен к второму выходу блока 2 памяти, а. выход — к информацион- 30 пому входу ключа б, последовательно соединенные генератор 10 линейно нарастающего напряжения и второй делитель li напряжения, подключенные к выходу последнего N каналами преобразования сигналов из последовательно соединенных третьего делителя

12 (13) напряжения, функционального преобразователя 14 (15) обратной пропорциональной зависимости от чет- 40 вертого делителя 16 (17) напряжения, общйй для всех N каналов преобразо вания сигналов сумматор 18, выход которого подключен к второму информа— ционному входу коммутатора 8, подклю- 45 ченные к выходу синхронизации блока

1 ввода данных регистр 19 адреса., выход которого подкпючен к управляющему входу блока 2 памяти, и регулятор

20 смещения, подключенный к первому 50 входу коммутатора 8, и второй регулятор 21 смещения в каждом из N каналов преобразования сигналов, кром первого канала, подключенный к соответствующему входу сумматора 18, выход синхронизации генератора 10 линейно нарастающего напряжения подключен к входу управления коммутатора. 8 и к второму входу управления регист21 2 ра ",9 адреса., выход генератора 10 нарастающего напряжения к второму входу индикатора 3, выход второго делителя 11 напряжения к второму входу компаратора 5, выход которого соединен с третьим входом управления регистра 19 адреса.

Устройство работает следующим образом.

С помощью блока 1 ввода данных в устройство вводят экспериментальные значения скорости ультразвука с „ в исследуемой среде на ряде частот f

Значения скорости с и соответст11 вующие им значения частоты f возвоh дятся в блоке 4 в квадрат. Каждое значение с и соответствующее f за2 2

h h писывается в блок 2 памяти по определенному адресу, который задается регистром 19 адреса. При этом часть

2 слова отводится для с, часть для и

f . Сигналом с блока 1 ввода данных

2 для каждой пары пифр f > и с „содержи— мое регистра 19 увеличивается на единицу. С записью всего массива данных заканчивается первая фаза работы устройства.

В дальнейшем начинается фаза ана— лиза результатов измерения запуском генератора 10 линейно нарастающего напряжения. Сигналом с него гасится регистр 19 адреса и считывается информация из нулевой ячейки блока 2 памяти. Одновременно линейно нарастающее напряжение начинает поступать с выхода второго делителя 11 на компаратор 5, который сравнивает сигналы, поступающие с блока 2 памяти и с второго целителя t1 напряжения и в момент их равенства выдает сигналы на выход. Сравнение осуществляется в аналоговой или дискретной формах.

В первом случае блок 5 должен содержать преобразователь код-аналог, 9. преобразующий код Г, поступающий из блока 2 памяти, в аналоговый сигнал, и схему сравнения аналоговых . сигналов ° Во втором случае блок 5 должен содержать преобразователь аналог-код, преобразующий сигнал с второго делителя 11 напряжения в код, и схему сравнения кодов. Одновременно код с в цифроаналоговом преобразователе 9 нреобазуется в аналоговую форму — напряжение. Сигнал равенства с компаратора 5 замыкает ключ 6 и прибавляет единицу в регистр

19 адреса. С блока 2 памяти считыва2 ется следующая пара значений f и с„.

Известна математическая модель, описывающая частотную зависимость скорости ультразвука в среде в случае одного релаксационного процесса

222f/fv с = с + (с — с ) — — — — — (2) о а î 1 f2/ 2

55 з 1295

Сигнал на выходе компаратора 5 пропадает и, при возрастании напряжения с выхода второго делителя 11, опять появляется в момент равенства сигналов, подаваемых на компаратор 5. Опять 5 замыкается ключ 6, подавая на выход напряжение, пропорциональное следующе2 му значению с, а с блока 2 памяти н

Я Я считывается следующая пара с

h и т.д. до считывания всего массива. 10

Таким образом, на коммутатор 8 поступает импульсный сигнал, амплитуда которого пропорциональна значениям с а расстояние от начала соответи

2 ственно значениям f . Первым делитеи лем 7 напряжения и регулятором 20 смещения регулируется масштаб и смещение этого сигнала. Процесс его формирования показан на фиг. 2, где наклонной прямой изображено выходное 20 напряжение второго делителя 11 напряжения U,, U, ... U сигналы, соответствующие f, f, ..., f, а так же соответствующие им значения с,, с с (а оси с ), представленные 25 .2 2

2 и на индикаторе 3 в виде точек, Одновременно напряжение с второго делителя 11 напряжения через регулятор масштаба оси "х" (третий делитель 12 (13) напряжения) поступает 30 на вход функционального преобразователя 14 (15) обратной пропорциональности, где преобразуется согласно формуле

U К вЂ” — --

1 (1)

35 вы,!! П «ц где U, Ue„„— входное и выходное напряжения, К, U, — константы.

Выходной сигнал функционального преобразователя 14 через регулятор 2п масштаба оси "у" (червертый делитель 16) и сумматор 18 поступает на коммутатор 8, который переключается с началом каждого периода линейно нарастающего напряжения. Таким обра- зом, на индикаторе 3 попеременно отображаются непрерывной линией выходное напряжение сумматора 18 и сигнал с выхода первого делителя 7 в виде точек (экспериментальные данные). gp

321 где с, с„, — значения скорости на о! очень низкой (нулевой ) и очень высокой (бесконечной ) частотах, f релаксационная частота.

Формула (?) может быть переписана в вице

2 2 с — с, (3) с2 — с2 !!О откуда следует, что частотная зависимость скорости в системе координат, с, f /f изображается гипер2

v болой, центр которой имеет координаты (с,, 1), а асимптоты параллельны координатным осям.

В случае одного релаксационного процесса выходные сигналы всех каналов преобразования сигналов, кроме первого, с помощью четвертых делителей 17 устанавливаются равными нулю.

Таким образом, выходное напряжение блока 18 изображается на индикаторе 3 в виде отрезка гиперболы. Вторым делителем 11 напряжения подбирается размер изображения по оси "х", первым делителем 7 напряжения — по оси

"у", а регулятором 20 — смещение по вертикали с таким расчетом, чтобы все экспериментальные точки поместились в пределах рабочего поля индикатора. Далее регуляторами 12 и 16, и при необходимости регулятором 20 смещения, регулируются масштабы по осям до наибольшего совпадения экспериментальных точек с гиперболой.

Этот случай изображен кривой 22 (фиг. 2) и точками, буквой А (с крес-. тиком) обозначен центр гиперболы.Остальные кривые иллюстрируют действие регуляторов (делителей напряжения).

При увеличении напряжения, снимаемого с регулятора 12, в два раза получают кривую 23 с центром Б, абсцисса которого в два раза меньше.При уменьшении напряжения в два раза, соответственно кривую 24, абсцисса центра В которой в два раза больше.

Так как абсцисса центра гиперболы

2 равна f то регулятор 12 может быть отградуирован непосредственно в Гц

2 и по нему отсчитана f . Общий регулятор 11 (второй делитель напряжения) сжимает все изображение по оси "x".

Таким образом, он может быть неградуирован, или отградуирован в Гц /см.

При увеличении или уменьшении выходного напряжения функционального пре5 12953 образователя 14 регулятором 16 кривая

22 преобразуется в кривую 25 или 26 соответственно с изменением ординаты центра в два раза (центр кривой 25 на фиг. 2 не показан, ноль ординат на фиг. 2 соответствует с, ). Таким образом, один из регуляторов 7 и 16 может быть градуирован в м /с ., другой — безразмерным множителем, регулятор 20 - м /с . С регулятора 20 10

2 2 снимают значения с,, а с, — с по- . лучают, перемножив показания регуляторов 7 и 16.

В случае наличия в среде более чем одного релаксационного процесса, 15 используют и остальные каналы преобразования сигналов, например блоки

13-18, регулируя масштабы гиперболы регуляторами 13 и 17, а смещение ее по вертикали вторым регулятором 21 20 смещения,и суммируя все гиперболы в блоке 18. Частоту более высокочастотного релаксационного процесса снимают со шкалы регулятора 13, с — с — с регуляторов 16 и 7 согласно опи- 25 санному выше, а с — с регулятора

21, который градуирован в м /с .

Устройство позволяет определить все параметры релаксационного процесса, имея всего несколько отсчетов 30 по индикатору 3 (для определения центра гиперболы, согласно геометрической ее интерпретации, достаточно трех точек), позволяет исследовать среды с несколькими релаксационными процессами, определяя параметры каждого из них. Свойства, гипербол,которыми изображаются частотные зависимости скорости, позволяют изменением масштаба сжать низкочастотную часть 40 в почти вертикальную кривую, оставляя все поле для высокочастотной части, или "вытолкнуть" высокочастотную часть за пределы поля, расширяя низкочастотную часть зависимости. Это 45 позволяет повысить точность определения параметров акустических релаксационных процессов в средах.

Формула изобретения

Устройство для определения пара- 50 метров акустических релаксационных

21 6 процессов в средах, содержащее блок ввода данных, блок памяти и индикатор, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения производительности, оно снабжено блоком возведения в квадрат, вход которого подключен к выходу блока ввода данных, а выход — к блоку памяти, подключенными к первому выходу блока памяти последовательно соединенными ком, ключом, первым делителем напряжения и коммутатором, выход которого подключен к первому входу индикатора, цифроаналоговым преобразователем, вход которого подключен к второму выходу блока памяти, а выход — к информационному входу ключа, последовательно соединенными генератором линейно нарастающего напряжения и вторым делителем напряжения, подключенными к выходу последнего N каналами преобразования сигналов из последовательно соединенных третьего делителя напряжения, функционального преобразователя обратной пропорциональной зависимости и четвертого делителя напряжения, общим для всех N каналов преобразования сигналов суммато— ром, выход которого подключен к второму информационному входу коммутатора, подключенным к выходу синхронизации блока ввода данных регистром адреса, выход которого подключен к управляющему входу блока памяти, регулятором смешения, подключенным к первому входу коммутатора, и вторым регулятором смещения в каждом из N каналов преобразования сигналов кроме первого канала, подключенным к соответствующему входу сумматора, выход синхронизации генератора линейно нарастающего напряжения подключен к входу управления коммутатора и к второму входу управления регистра адреса, выход генератора линейно нарастающего напряжения — к второму входу индикатора, выход второго делителя к второму входу компаратора, выход которого соединен с третьим входом управления регистра адреса.

1295321 у у2 фЯ г

Фиа 2

Составитель Г.Максимочкин

Техред И.Попович Корректор Г. Решетник

Редактор П. Гереши

Заказ 612/51

Тираж 777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Про зя чс гневно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4