Измеритель скорости ультразвука
Изобретение является усовершенствованием основного изобретения по а.с. N« 580498 и может найти применение при акустических измерениях параметров агрессивных сред. Цель дополнительного изобретения - повышение производительности и точности измерений. В измеритель скорости ультразвука по а.с. № 580498 допол- : нительно введены два RS-триггера 10 и 11, два интегратора 12 и 14, блок 13 вычитания, делитель 15 напряжения и измеритель 16 отношения, что позволяет в процессе работы измерителя компенсировать погрешность,обусловленную дополнительной задержкой Сигнала в электроакустическом тракте измерителя. 1 ил. со vj 00 ел ел 14)
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
09) . (11) А2 (51)4 GO N 2 О.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н A ВТОРСКОМЪ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 580498 (21) 4021156/25-28 (22) 14 ° 02.86 (46) 15.06.87. Бюл. № 22 (71) Каунасский политехнический институт им.Антанаса Снечкуса (72) С.И.Антанайтис и P. — É.Þ.Кажис (53) 620.179.16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 580498, кл. G 01 N 29/00, 1977. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА (57) Изобретение является усовершен" ствованием основного изобретения по а.с. ¹ 580498 и может найти применение при акустических измерениях параметров агрессивных сред. Цель дополнительного изобретения — повьппение производительности и точности измерений. В измеритель скорости ультразвука по а.с. № 580498 дополнительно введены два RS-триггера 10 и 11, два интегратора 12 и 14, блок
13 вычитания, делитель 15 напряжения и измеритель 16 отношения, что позволяет в процессе работы измерителя компенсировать погрешность,обусловленную дополнительной задержкой сигнала в электроакустическом тракте измерителя. 1 ил. 1 131735
Изобретение ячляется дополнительным к авт.свид. И 580498 и может быть использовано при акустических измерениях параметроз агрессивных сред.
Цель изобретения — повышение производительности и точности измерений за счет компенсирования погрешности, вызыванной дополнительной задержкой сигнала в электроакустическом тракте измерителя. 10
На чертеже изображена блок-схема измерителя скорости ультразвука.
Измеритель скорости ультразвука содержит генератор 1 возбуждающих импульсов, выход которого подключен 15 к одному ультразвуковому преобразователю 2 с акустическим волноводом 3.
Второй ультразвуковой преобразователь
4 с акустическим волноводом 5 соединен с входом приемного устройства 6. 20
Выход генератора соединен с входом импульсного селектора 7, выход которого подключен к входу устройства 8 регулируемой задержки, Выход приемного устройства 6 соединен с первыми входами устройства 9 адаптивной задержки и первого RS-триггера 10, второй вход которого подсоединен к выходу устройства 8 регулируемой задержки, первому входу второго RS-триг-30 гера 1 1 и второму входу устройства
9 адаптинной задержки. Второй вход
RS-триг."cpa 11 соединен со входом генератора 1 и выходом устройства 9 адаптивной задержки, Выход втоРого триггера 11 через второй интегратор
12 соединен с первым входом блока 13 вычитания. Выход первого триггера 10 через первый интегратор 14 подключен к второму входу блока 13 вычитания и щ к входу делителя 15 напряжения. Выход делителя 15 подсоединен к первому входу измерителя 16 отношения, второй вход которого связан с выходом блока
13 вычитания. Выход измерителя 16 от- 45 ношения соединен с третьим входом устройства 9 апаптивной задержки.
Измеритель скорости ультразвука работает следующим образом.
В общем идеальном случае (при от- gg сутствии дополнительной задержки сигнала в электроакустическом тракте измерителя) частота F импульсов автоциркуляции равна
Р 1/r» где — время задержки сигнала в и исследуемой среде.
5 2
В реальном случае из-за присутствия задержки сигнала в акустических волноводах и электрических цепях измерителя частота F автоциркуляции является заниженной:
+2, + эл ), (2) F 1/(где и à — время задержки сиг6 Зл нала в волноводе и электрических цепях измерителя, поэтому возникает погрешность измерения: (3) 7
1 +
К
Ь = 2СВ+7
Эл где
1 (Р = 1
1
1 (4) ф
К i и поэтому, чем выше значение коэффици- ента К, тем больше точность измерения.
Однако увеличение коэффициента К приводит к снижению быстродействия измерителя в К раз, поэтому на практике значение К обычно выбирается
К =- 10 и реже К = 100, поэтому невозможно полностью компенсировать погрешность измерения.
В большинстве практических случаев величина задержки t (t Однако при измерении параметров агрессивных сред типа высокотемпературных газовых потоков величина дополнительной задержки может превысить величину задержки сигнала в исследуемой среде (из-за присутствия волноводов значительных геометрических размеров). Поэтому возможную область изменения практически можно разделить на две группы:
1) т
lk tl 1
2),. (g
Для уменьшения погрешности измерения в известном устройстве временный интервал е> умножается в К раз при помощи устройства 9 адаптивной задержки. Величина коэффициента К выбирается равной К = 10, где m
1, 2, 3,... В этом случае формула (3) принимает вид
7л- »л
"и ит (9
) 5 а на второй вход — с временным сдви(10) поэтому на выходе триггера 10 образуется импульс, длительностью л „
Этот импульс подается на вход интегратора 14, на выходе которого образуется напряжение
1/2 л
"и Kw +t ф (5) Отсюда
3 1317355 4
Поскольку максимальные " и ми- емного устройства 6 с временным сдвинимальные 7 значения заРанее из- — гом относительно мОмента излучения вестны, всегда можно определить группу возможной области изменения Су, Пусть ли c ".„ . Принцип работы измерителя в данном случае заключается в том, что Период автоциркуля- гом ции выбирается равным 2 Ф„ во всем диапазоне изменения величины Т
7 =С+2 Г э при помощи устройства 9 адаптивной 10 задержки, коэффициент расширения К которого выбирается из условия б ф
К=2 — — —— (6) г и
При таком выборе значения коэффициента К погрешность измерения частоты 0" = О, а частота автоциркуляции снижается в два раза (по отношению к идеальному случаю = О).
Пусть (: 2 „. В данном случае период автоциркуляции выбирается равным Зт„ во всем диапазоне изменения . Тогда коэффициент расширения должен удовлетворять условию
30 (7) К=3
0 g 4О
К=а+1 (8) л
"п а частота автоциркуляции снижается в а + 1 раз.
Для получения численного значения 45 частоты автоциркуляции, равного численному значению скорости ультразвука в среде, расстояние между ультразвуковыми преобразователями может быть уменьшено в а + 1 раз либо в а + 1 раз расширен временной интервал, в течение которого ведется подсчет числа импульсов автоциркуляции.
Измеритель скорости ультразвука, реализующий зависимость (8), работает следующим образом.
На первый вход первого триггера
10 поступает импульс с выхода приВ данном случае, при выполнении условия (7), d = О, а частота автою циркуляции снижается в три раза. 35
B общем случае « а „ . Тогда требуемое значение коэффициента К,равно где Ь вЂ” постоянная интегрирования.
Аналогичным образом на выходе второго триггера 11 образуется импульс, длительностью 7 = С, + -2 Ф и .Тогда напряжение на выходе второго интегратора 12 будет У = Ь Т . Напряжения
U„ H U1i, поступают на входы вычитающего блока 13, поэтому на его выходе образуется напряжение
DU = b ((а + 1)Ти - ).
Коэффициент деления делителя 15 выбран равным а + 1, поэтому на первый вход измерителя 16 отношения поступает напряжение U = Ь Т„,а на вто второй — йU. Тогда напряжение на выходе измерителя 16 отношения будет равно и (12)
2 ц
1 и
Ф где d — - коэффициент передачи измерителя С6 отношения В.
Напряжение U поступает на третий вход устройства 9 адагтивной задержки и управляет его коэффчциентом К умножения: (а+1) i - ig т тт - - Лс> (13)
Н е о Т»
-= Э где е — коэффициент пропорциональности с размерностью 1/В.
В процессе наладки измерителя численное значение произведения выбирается равньпк единице. В этом случае частота Г авто плркуляции импульсов в синхрокольце будет равна
1 C
F (14)
К т + (а+1) Т„
Составитель С.Волков
Редактор А.Ревин Техред М.Ходанич Корректор И.Муска
Тираж 776 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5
Заказ 2417/40
Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4
5 131 т.е. при незначительном снижении быстродействия погрешность измерения из-за наличия дополнительной задержки сигнала в электроакустических цепях измерителя полностью компенсируется. Чтобы получить численное значение частоты автоциркуляции, равное численному значению скорости ультразвука в среде, базовое расстояние уменьшается в а + 1 раз. В данном случае частота автоциркуляции описывается выражением (ь) .
Таким образом, в предлагаемом измерителе реализована возможность компенсации погрешности измерения, вызванной дополнительной задержкой сигнала в электроакустическом тракте измерителя, что повышает точность измерений. При этом, быстродействие измерителя повышается, а значит повышается производительность измерений.
Кроме того, численное значение скорости ультразвука может быть получено при заданных значениях базового расстояния 1 (например, при контроле параметра твердых тел базовое расстояние задается геометрическими размерами тела) путем соответствующего выбора значения коэффициента деления делителя 15.
7355 6
Формулаизобретения
Измеритель скорости ультразвука по авт.св. N 580498, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения производительности и точности измерений, он снабжен двумя RS-триггерами, двумя интеграторами, блоком вычитания, делителем напряжения и измери10 телем отношения, выход приемного устройства подключен к первому входу первого RS-триггера, второй вход которого подсоединен к выходу устройства регулируемой задержки и первому
15 вхоцу второго RS-триггера, второй вход которого соединен с выходом устройства адаптивной задержки и входом генератора, выходы первого и второго
RS-триггеров через первый и второй
20 интеграторы подключены к входам блока вычитания выход которого соединен с первым входом измерителя отношения, второй вход которого подсоединен к выходу делителя напряжения, вход ко25 торо)о соединен с выходом второго интегратора, а выход измерителя отношений подключен к третьему входу устройства адаптивной задержки.
