Устройство для автоматической регистрации параметров жидких сред

 

Изобретение относится к ультразвуковой технике, предназначенной для автоматического измерения скорости распространения и коэффициента поглощения .продольных волн в жидких средах, и может быть использовано при экспериментальном исследовании быстропротекающих нерэвновесных релаксационных процессов, а также для контроля и определения физико-химических параметров жидких сред при воздействии различных внешних факторов в технологических процессах. Цель изобретения - повышение точности и экспрессности за счёт использования вычислительной техники. Измерение скорости распространения и коэффициента поглощения продольных волн в жидких средах осуществляется одновременно на нескольких частотах зондирующих, колебаний при непрерывном изменении величины Јкустической базы в едином акустическом тракте с помощью электронно-вычислительного блока по специально разработанной программе . Относительная ошибка измерения скорости распространения и коэффициента поглощения составляет, соответственно , и 1,, 1 з.п. ф-лы. 1 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4780460/28 (22) 09.01.90. (46) 07.01.92. Бюл. N. 1 (71) Физико-технический институт АН ТССР (72) А. А. Бердыев, А. В. Рудин. А. Ю. Ушаков и В. M. Троицкий (53) 620.179.16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 526811, кл. G 01 N 29/00, 1967.

Авторское свидетельство СССР

N . 1392498, кл. G 01 N 29/04, 1988, Авторское свидетельство СССР

N. 1573418, кл. G 01 N 29/00, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКИХ СРЕД (57) Изобретение относится к ультразвуковой технике, предназначенной для а втоматического измерения скорости распространения и коэффициента поглощения ,продольных волн в жидких средах, и может

Изобретение относится к ультразвуковой технике, предназначенной для автоматического измерения скорости распространения и коэффициента поглощения продольных волн в жидких средах одновременно на нескольких частотах в диапазоне частот 10 — 150 МГц и может быть использовано в научно-исследовательских и заводских лабораториях для экспериментального исследования быстропротекающих неравновесных релаксационных процессов, а также для контроля и опредеЫ2,, 1704061 А1 (я)s G 01 N 29/00, G 01 Н 5/00 быть использовано при экспериментальном исследовании быстропротекающих неравновесных релаксационных процессов, а также для контроля и определения физико-химических параметров жидких сред при воздействии различных внешних факторов в технологических процессах.

Цель изобретения — повышение точности и экспрессности за счет использования вычислительнойй техники. Измерение скорости распространения и коэффициента поглощения продольных волн в жидких средах осуществляется одновременно на нескольких частотах зондирующих колебаний при непрерывном изменении величины акустической базы в едином акустическом тракте с помощью электронно-вычислительного блока по специально разработанной программе. Относительная ошибка измерения скорости распространения и коэффициента поглощения составляет. соответственно, 3 10 и 1,5 10, 1 з.п. ф-лы, 1 ил. ления физико-химических параметров жидких сред при воздействии различных внешних факторов в технологических процессах.

Известно устройство для автоматической записи изменений скорости ультразвука. содержащее генератор высокой частоты. управляющий вход которого подключен к синхронизатору, а выход — к измерительной камере с образцом и электромеханическими преобразователями. два канала формирования импульсов запуска и сброса, 1704061

20

30

45

50 сС преобразователя еремя-амплитуда, выход которого через пиковый вольтметр подключен к регистрирующему прибору (см. авт. св.

М 526811, кл. G 01 N 29/00, 1967).

Известно также устройство для одновременного измерения скорости и коэффициента поглощения ультразвука, содержащее генератор высокой частоты, измерительную камеру переменной длины с исследуемой жидкостью, снабженную двумя пъезопреобразователями, укрепленными на буферных стержнях и отражателем ультразвука, два усилителя, сумматор и регистрирующее устройство (см. авт. св. М

1392498, кл. G 01 N 29/04, 1988).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является устройство для автоматической регистрации ультразвуковых параметров конденсированных материалов, содержащее последовательно соединенные генератор. лсгариф лический модулятор, измерительную камеру с исследуемой жидкостью, снабженную пьезоэлектрическим излучателем и приемником ультразвука, усилитель, к выходу которого подключен первый вход сумматора и детектор с задержкой, выходом подключенный через усилитель постоянного тока к управляющему входу логарифмического модулятора и первому регистрирующему прибору, второй вход сумматора подключен к выходу генератора, а выход через детектор — к второму регистрирующему прибору (см. заявку

N. 4473342/28, решение о выдаче авт. св от

27. 02. 89).

Недостатками известного устройства, принятого за прототип, является невысокая точность и большая продолжительность измерений частотной зависимости акустических параметров. Перечисленные недостатки обусловлень: тем. что устрс. ство содержит только один акусто-электронный тракт, который позволяет проводить измерения в данный момент времени только на одной частоте. Измерения на других частотах осуществляются путе л перестройки э.чектронного таракта на соответс;E., L .,,å -астоты. Этот процесс занимает достаточно продолжительный проме»:уток времени, затрачиваемый на перестройку ге -ератора и усилителя на требуемую частоту . проведение измерений на кa»:дсй частоте в отдельности. При этом возни :аат дополнительная погрешность, обусловленная вочервых, невозможностью обеспечения абсолютно одинаксвь:х ампличудно-частотных характеристик электронного тракта на разных частотах, во-вторых, абсолют ой погрешчостью установления акустическ6й йсазы для каждой частоты и, в-третьих, изменением температурного поля в объекте при проис;,»:и-.ельной процедуре измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерений, B соответствии с изобретением указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее последовательно электроакустически соединенные генератор синусоидальных колебаний, логарифмический модулятор, размещаемые в измерительной камере излучающий и приемный преобразователи ультразвука, снабжено первым и вторым формирователями строб-импульсов, коммутатором напряжения, электромеханической системой автоматического перемещения и синхронизирующим измерителем перемеения, генератор синусоидальных колебаний выполнен в виде N-канального блока из поочередно включаемых импульсно-модулированных генераторов с частотами, соответствующими частотам гармоник пъезопреобразователей, усилитель выполнен в виде N частотно-избирательных блоков, соответствующих частотам генератора, пиковый детектор выполнен в виде N êàнального блока детекторов с задержкой, регистратор выполнен в виде последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя и электронно-вычислительного блока, приемный преобразователь ультразвука установлен с возможностью перемещения и механически соединен с электромеханической системой автоматического перемещения и с синхсонизиочюшим измерителем перемещения, выход которого подключен к управляющим входам второго формирователя строб- ллпульсов и первого фсрмирсвателя строб-импульсов, подсоединенного выходами к управляющим sxoдам генератсра "":-", л альных колебаний, коммута,ор напря е.ия подключен первыми входами к выходам пикового детектора. вторыми входами к выходам второго формирователя строб-импульсов, а выходом к входу регистратора и управляющему входу логарифмического модулятора.

Б предпочт;,:,чьном варианте выполнения устройства синхронизирующий измеритечь перемещения выполнен в виде растрсвсгс фотоэлектрического блока, состоящего из последовательно соединенных источни,а света, растрового пресбра=.osaтеля и фотоприемн "ка.

На чертеже показана блок-схема предлггае логс устройства, Устройство содержит электромеханическую систему 1 автоматического перемеще.

1704061 ния приемного пьезопреобразователя 2 ультразвука, механически связанную с синхронизирующим измерителем 3 перемещения, второй 4 и первый 5 формирователи строб-импульсов, входы которых подключены к выходу синхронизирующего измерителя 3 перемещений. Выходы первого формирователя 5 строб-импульсов подключены к управляющим входам генератора

6 синусоидальных колебаний, выполненного в виде N-канального блока поочередно включаемых импульсно-модулируемых генераторов с частотами, соответствующими частотам нечетных гармоник пьеэопреобразователей. Выходы генератора 6 синусоидальных колебаний включены параллельно к входу логарифмического модулятора 7, подключенного своим выходом к излучающему пьезопреобраэователю 8 измерительной камеры 9, Приемный пьезопреобразователь 2 подключен к входу усилителя 10, выполненного в виде N частотно-избирательных блоков, соответствующих частотам генератора

6, и своими. выходами соединенного с соответствующими входами пикового детектора

11, выполненного в виде N-канального блока детекторов с задержкой. Выходы пикового детектора 11 подключены к первым входам коммутатора 12 напряжения, вторые входы которого соединены с выходами второго формирователя 4 строб-импульсов. 06- щий выход коммутатора 12 напряжения подключен к управляющему входу логарифмического модулятора 7 и входу последовательно связанных аналого-цифрового преобразователя 13 и электронно-вычислительной машины (ЭВМ) 14.

В предпочтительной форме выполнения устройства синхронизирующий измеритель

3 перемещения выполнен в виде растрового фотоэлектрического блока, состоящего из последовательно соединенных источника света, растрового преобразователя и фотоприемника и выполняет две функции — измерителя акустической базы и общего синхронизатора импульсов.

Используемая в данном устройстве электромеханическая система автоматиче=кого перемещения приемного пьезопреобразователя 1 выполнена по типовой схеме и эбразована раверсивным электродвигате1ем, ось которого через червячный редуктор соединение винт-гайка (на чертеже не ука ана связана с подвижным держателем приемного пъезопреобразователя. Последний совершает возвратно-поступательные перемещения, при этом компланарность и

:оосность приемного 2 и излучающего 8

l5

55 пьезопреобразователе i,ëüTðà,. арушается, Используемая в данном устройстве измерительная камера 9 снабжена юстировочно-микрометрическим механизмом (на чертеже не указана), необходимым для установления пъезопреобразователей соосно во взаимно-параллельных плоскостях.

Используемый в устройстве логарифмический модулятор 7 представляет собой управляемый амплитудный модулятор синусоидальнйх колебаний с экспоненциальной зависимостью коэффициента усиления от амплитуды управляЮщего напряжения, о{>рЭЗованный" широкополосным нелинеййым усилителем, раббтающим в ждущем режиме(см. (2)). Роль нелинейных элементов выполняют высокочастотные транзисторы, рабочая тоЧка которых выбрана так, чтобы обеспечйть экспоненциальную зависимость" коэффициента усиления на базе транзистора.

В качестве синхрониэирующего измерителя 3 перемещения используется стандартный растрОвый фотоэлектрический блок (3), образованный ИСточником света. растровым преобразующим звейом и фотоприемником . Синхронизирующий измеритель перемещения смонтирован на неподвижной части акуСтической камеры и механически связан с подвижным приемным пъезопреобразователем 2 ультразвука.

Используемйе "-е нномг устройстве электронные волоки йервый и второй формирователи строб-импульсов, генератор синусоидальных колебаний, усилитель, детектор и коммутатор напряжения выполнены по типовым схемам на стандартных полупроводниковых транзисторах и интегральных аналоговых микросхемах.

Используемый в данном устройстве первый формирователь 5 строб-импульсов формирует пять равноотстоящих друг от друга прямоугольных импульсов длительностью су=10 мкс. каждый из которых подается на вход соответствующего канала генератора 6 синусоидальных колебаний для автономной импульсной модуляции.

Используемый в данном устройстве второй формирователь 4 строб-импульсов формирует пять равноотстоящих друг от друга прямоугольных импульсов длительностью t =1000 мкс, которые подаются на вторые входы коммутатора напряжения.

Коммутатор вырабатывает в течение действия каждого широкого строб-импульса соответствующее управляющее напряжение, подаваемое на управляющий вход логариф- мического модулятора 7 и аналого-цифро- вой преобразователь 13. Введение второго

1 14061 формирователя 4 строб-импульсов обусловлено необходимостью обеспечения нормальной работы аналого-цифрового преобразователя 13, так как известно, что время счета аналогового сигнала составляет приблизительно t<=100 мкс.

Таким образом длительность управляющих импульсов с выхода коммутатора 12, а следовательно, и длительность широких строб-импульсов должна удовлетворять условию t< > to. Кроме того широкие управляющие импульсы с выхода коммутатора 12 обеспечивают устойчивую с минимальными фазочастотными искажениями радиоимпульсов работу логарифмического модулятора 7.

Число каналов генератора 6 синусоидальных колебаний и соответствующих ему электронных блоков (4, 5, 10, 11, 12) определяется числом используемых нечетных гармоник пъезопреобразователей 2 и 8 ультразвука. Ввиду того, что ультразвуковые параметры удобно анализировать в логарифмическом масштабе от частоты, удобно выбрать те нечетные гармоники пъезопреобразователей, которые в первом приближении равно отстоятдруготдруга на логарифмической шкале частот, Для пъезопреобразователя с основной резонансной частотой f--10 МГц такими гармониками будут

11=30, 50, 90 и 150 МГц. Набора этих частот вполне достаточно для анализа частотной зависимости ультразвуковых параметров жидких сред. ультразвуковые волны, соответствующие нечетным гармоникам, лежащим выше частоты 150 МГц, сильно поглощаются, и, следовательно, использование нечетных гармоник выше 150 МГц будет ограничиваться в предлагаемом устройстве динамическим диапазоном электронных блоков (7, 10, 11). Таким образом оптимальное число частот, необходимое для акустической спектроскопии исследуемых кидких сред и построения графиков зависимости ультразвуковых параметров, равно пяти.

Устройство работает слл; ощим образом.

С помощью запускающего сигнала с

3ВМ 14 или руным способам замыкается цепь электропривода электромеханической системы 1 автоматического перемещения приемного пъезопреобразователя 2.

Акустическая база-расстояние между приемным 2 и излучающим 8 пъезопреобразователями равномерно увеличивается от нулевого значения, Величина изменения акустической базы регистрируется синхрониэирующим измерителем 3 перемещения, который вырабатывает одиночные синхро5

55 импульсы через равные интерв=.лr..;вменения акустической базы Л1=10 м, Линейная скорость линейного перемещения приемного пъезопреобразавателя устанавливается так, чтобы синхроимпульсы следовали с периодом порядка Т=10 с, при

-2

Т скважности — 10 (т o — длительность синto хроимпульсов). Сформированные таким образом синхроимпульсы подаются на входы первого и второго формирователей 4 и 5 строб-импульсов. Формирователь 4 стробимпульсов вырабатывает последовательность равноотстоящих прямоугольных импульсов длительностью тш=1000 мкс, делящих период на пять равных временных интервалов величиной ТО=2000 мкс. Формирователь 5 строб-импульсов вырабатывает последовательность равноотстоящих прямоугольных импульсов длительностью ty=10 мкс, также делящих период на пять равных време ных интервалов. Каждый из таких строб-импульсов формирователя 5 со своего конкретного выхода подается на соответствующий управляющий вход генератора 6 синусоидальных колебаний 6, который вырабатывает пять равноотстоящих на

To=2000 мкс радиосигналов длительностью

ty=10 мкс, имеющих различное частотное заполнение, соответствующее частотам нечетных гармоник приемного 2 и излучающего 8 пъезопреобразователей.

Полученная последовательность равных по амплитуде и разли ного частотного заполнения радиосигналов с общего выхода генератора 6 синусоидальных колебаний .поступает на вход логарифмического модулятора 7. С выхода логарифмического модулятора 7 последовательность усиле ных по определенному закону радиосигналов различной амплитуды подается на излучающий пъезопреабразователь 8 измерительной камеры 9. Амплитуда этих зондирующих радиосигналов на входе пъезопреобразователя

8 определяется величиной управляющего н эп =. ения Мул" пад2 вэе" Ого на уп рдвляющий вход логарифмического модулятора 7 с общего выхода коммутатора 12 на ряжения. Излучающий пъезапреобразователь 8 преобразует последовательность п".ò",è электрических радиосигналов в последовательность пяти акустических импульсов соответствующих частот Распространяясь в исследу:.мой жи кости, акустиче ° ие импульсы испытывают многократные отражения от излучающего 8 и приемного 2, пъезопреобразователей. Многократно отра-, женные акустические импульсы преобразу-! ются приемным пъезопреобразователем 2 в

1704061

50 (2 ) 55 пять серий электрических з.с-с гналов с различным частотным заполнением, соответствующим нечетным гармоникам пъезопреобразователей 2 и 8. Последовательность серий электрических эхо-сигналов поступает на вход усилителя 10. Усилитель 10 своими соответствующими частотно-избирательными блоками селектирует и поочередно усиливает по напряжению каждую из серий эхо-сигналов, которые затем с раздельных выходов усилителя 10 поступают на соответствующие входы пикового детектора 11, Пиковый детектор 11, выполненный в виде

N-канального блока детекторов с задержкой, детектирует поступающие на него серии эхо-сигналов таким образом, чтобы на выходе каждого канала выделялось постоянное напряжение, амплитуда которого определяется величиной превышения уровня входного сигнала над некоторым пороговым значением Ао. С выходов пикового детектора 11 сформированные постоянные напряжения, пропорциональные амплитудам эхо-сигналов соответствующих частот, подаются на первые входы коммутатора 12 напряжений, на вторые входы которого поступают широкие строб-импульсы с соответствующих выходов второго формирователя 4 строб-импульсов. На общем выходе коммутатора 12 напряжения выделяется последовательность пяти управляющих импульсов длительностью

t©=1000 мкс с амплитудами, пропорциональными величинам постоянных напряжений на выходах пикового детектора 11.Эта последовательность подается на управляющий вход логарифмического модулятора 7, а также на вход аналого-цифрового преобразователя 13, работающего в ждущем режиме. На выходе логарифмического модулятора 7 выделяется последовательность радиоимпульсов разного частотного заполнения с амплитудами, обратно пропорциональными амплитудам управляющих импульсов, При увеличении акустической базы амплитуда акустических импульсов на приемном пъезопреобразователе 2 будет экспоненциально падать вследствие поглощения ультразвуковых волн в жидкой среде, Это приводит к уменьшению амплитуды управляющих импульсов на выходе коммутатора 12 напряжения и, следовательно, к увеличению амплитуд зондирующих импульсов на выходе логарифмического модулятора 7, и соответственно на излучающем пъезопреобразователе 8. Устройство работает таким образом, что при изменении акустической базы амплитуда акустических импульсов на приемном пъезопреобразователе 2 остает5

35 сх практически постоянной с тс чностью до малой величины ЛА=10 А„, где Ав — ампли-з туда акустического импульса на приемном пъезопреобразователе 2 при нулевой базе.

При этом динамика изменения амплитуды управляющих импульсов на выходе коммутатора 12 напряжения несет полную информацию как о скорости С, так и о коэффициенте поглощения а ультразвука на различных частотах. Аналого-цифровой преобразователь 13 преобразует последовательность управляющих импульсов в последовательность цифрового кода, которая поступает на электронно-вычислительную машину 14 и обрабатывается по заданной программе. Результатом обработки управляющих импульсов при линейном автоматическом перемещении приемного пъезопреобраэователя . 2 является выдача данных с ЭВМ 14 по скорости С и коэффициенту поглощения а ультразвука, соответствующих частотам нечетных грамоник пъезопреобразователей 2 и 8.

Измеряемые ультразвуковые параметры: коэффициент поглощения а и скорость ультразвука С в исследуемой жидкости легко рассчитать из анализа динамики изменения амплитуды управляющих импульсов с выхода коммутатора 12 напряжения при увеличении акустической базы. Коэффициент усиления Р логарифмического модулятора 7 экспоненциально зависит от амплитуды управляющих импульсов Оулр в некоторой области его изменения

P=Pо Е (1) 1 где Po — коэффициент усиления на линейном участке усилительного элемента (транзистора); а — некоторый параметр транзистора; N — число усилительных каскадов, Если на вход логарифмического модулятора 7 с выхода генератора 6 синусоидальных колебаний подать сигнал

Овх=0о.sin (и I + p), то напряжение на выходе модулятора 7 выразится уравнением: — вй0упр

Овых-uв@О -e = A вых 9ll (Q)1+@), (2) — aNUynp

A.« =Up P е где Авых — амплитуда зондирующего сигнала. После преобразования сигнала из электрического в акустический преобразователем 8, прохождения акустического импульса через исследуемую жидкость, обратного преобразования акустического

1704061

10

20

55 !,4мпульса в электрический преобразователем 2 и усиления частотно-избирательным усилителем 10 напряжение на выходе примет вид: — Ql

Ораб=Авых < ." (

А раб Sin (Cu t + P раб ) (3) — aNUynp

Авых=0р Р (3 ) где k — некоторый коэффициент, равный произведению коэффициентов преобразования преобразователей 2, 8 и коэффициента усиления частотно-избирательного усилителя 10; I — длина акустической базы

ИССЛЕДУЕМОЙ жИДКОСтИ; Рраб — фаЗа СИГНаЛа после усилителя 10.

Логарифмический модулятор обеспечивает постоянство амплитуды акустического импульса на выхсде пъезоприемника 2 (см. заявка N. 4473342/28, решение о выдаче авторсокого свидетельства от 27,02,89 г.).

Следовательно, для амплитуды рабочего сигнала справедливо соотношение

Араб=Ар Л A=coll 31, (4) где ЛА«Ар, Л А 10 Ар.

В пиковом детекторе 11 высокочастотный рабочий сигнал детектируется и на каждом выходе детектора выделяется постоянная составляющая тока. соответствующая изменению амплитуды акустичеого импульса относительно уровня Ар, при этом постояная составляющая Ар компенсируется С выхода пикового детектора 11 по.>янная составляющая Л А подается на ответствующий первый вход коммутатора

12 напряжения, на вторые входы которого поступают широкие строб-импульсы с выходов формирователя 4. На общем выходе ко амутатора 12 напряжения выделяются управляющие импульсы Uynp с амплитудами, прямо пропорциональными величинам изменений акустических импульсов ЛА каждого канала. При увеличении акустической базы 1 величина Араб УменьшаетсЯ в".-.едствие пог,"сщения ультразвуковых волн жидкостью. Это приводит к уменьшению напряжения U,np. подаваемого на управляющий вход логарифмического модулятора 7, и тем самым, к увеличению амплитуды зондирующего радиоимпульса х. чем обеспечиваются постоянство амп:ы импульса на выходе акустического а Араб и выполнение соотношения (4).

Логарифмируя левую и правую части соотношения (3 ), получают; а 1=A— - Elu,-„ (5) где A=In(Uo k j> ",>Apa".), B=aN..М

А,  — некоторые постоянные.

Из уравнения (5) следует, что произведение Ql является линейной функцией управляющего напряжения Uynp. Кроме того, закон изменения1задан, следовательно, величину коэффициента а можно определять с помощью ЭВМ 14 по динамике изменения управляющих импульсов Оурр.

Таким образом обработка управляющих сигналов Uynp no N каналам с помощью ЭВМ

14 позволяет определить коэффициент поглощения а ультразвука сразу на N частотах. Численное значение постоянной величины А, входящей в уравнение (5). определяется величинами Uo, p0 К которые в зависимости от настройки устройства и внешних условий могут меняться. Поэтому величину А необходимо измерять для каждого объекта и на каждой частоте в отдельности. Величина B определяется только числом усилительных каскадов логарифмического модулятора 7 и постоянным параметром транзисторов, который не зависит от внешних условий, объекта измерения и настройки устройства. Следовательно, для расчета а достаточно провести калибровку только величины А. Для этого производятся контрольные измерения при различных значениях I.

Из уравнения (5) имеем

Uy p= - - !+ а А (6)

При I=O имеем U ynp=A/B. (7) о

П и l=lz и 1=14 имеем систему:

U() урр = 13+

А

У Р В В (8) Из системы уравнений (8) находим:

Постоянную величину В находим посредством измерения U упр в зависимости

k от величины I в калибровочной жидкости с известным коэффициентом поглощения а . Действительно, согласно (6) и (7): о

Uynp В I k + U ynp а1, Iк

Отсюда В- (10)

U ynp U ynp

Подставляя полученное значение в уравнение (9), легко рассчитать величину а г,для исследуемого объекта на любой частоте fl .

14

1704061

U(4) „„, — u< ) „„, 14 13 а I к о

U упр — U ynp

Величина скорости распространения ультразвука также рассчитывается по изменению амплитуды управляющих импульсов на общем выходе коммутатора 12 напряжения при изменении длины акустической базы I. Процесс измерения сводится к измерению длины ультразвуковой волны

Л, при этом анализируется зависимость

13упр=1(1) (1 — функция) только на начальном участке кривой.

В этой зоне наблюдается характерное чередование максимумов и минимумов управляющего сигнала Uynp, вызванных интерференционными эффектами при наложении когерентных акустических волн, однократно и многократно проходящих обьем жидкости между излучающим и приемным преобразователями 8 и 2. Это явление широко используется для определения скорости распространения волн в ультразву.ковых интерферометрах. Действительно, при малых значениях акустической базы

Л

I-п2 (и=1, 2, 3) в объеме жидкости между пъезопреобразователями. 2 и 8 возникают стоячие волны. Максимумы стоячей волны наблюдаются -при величине акустической

Л базы I ave= q .2п, а минимумы

Л

1мин=(2п+1) p . При увеличении акустической базы от нулевого значения на выходе приемного пъезопреобразователя 2 через

Л расстояния, кратные 2, должны появляться чередующие интерференционные максимумы и минимумы. Вместе с тем логарифмический модулятор 7 должен обеспечивать постоянный уровень сигнала на выходе пъезопреобразователя 2 (4).

Это достигается формированием на выходе коммутатора 12 напряжения таких управляющих импульсов Uynp. периодические изменения амплитуды которых происходят синхронно и в противофазе с изменением амплитуды акустического сигнала, Тогда процесс измерения скорости ультразвука будет сводиться к измерению расстояния I между соседними максимумами.

Л

Действительно, Io= g . Отсюда С= Л fi й4

-2I0 fi, где fi= — — частота синусоидальных

2л колебаний соответствующего канала.

Для увеличения точности измерения скорости ультразвука ЭВМ 14 анализирует расстояние не 1о, а расстояние Li между пер5 вым и наиболее удаленным и-ым максимумом. В этом случае скорость ультразвука исследуемой жидкости определяется по формуле: с - —.

24 11 (12)

:", хг .,n

1ФормуЛы (1т),h (12) закладыЬаются в специальную программу ЭВМ, позволяющую по анализу динамики измерения амплитуды управляющих импульсов Uynp npu изменении времени (т. е. при изменении акустической базы 1) производить расчеты значений скорости и коэффициента погпощения ультразвука в жидких средах. Значения акустической базы, входящей в формулы 1,1.1), (12) (Li, 13, 14....), прямо пропорциональны количеству N выработанных измерителем 3 перемещения синхроимпульсов или количеству сформированных управляющих импульсов каждого канала на входе аналого-цифрового преобразователя 13. (13) Оценивают точность измерения акустических параметров для прототипа и предлагаемого устройства и сравнивают их между

40 собой. Сравнение проводят для случая сильновязкой жидкости. Как видно из формул (10)-(12), точность измерения скорости распространения С и коэффициента поглощения а ультразвука в жидких средах в основном, определяется точность измере45 ния длины акустической базы 1 и величины управляющего напряжения Uynp Систематическая относительная погрешность измедС д2 рения - и — для прототипа и а

50 предлагаемого устройства находится по известным формулам: дс 4 М, С Т (14) 55 а М au ав — =2(T+U )+В

Q упр (15) Зо де 110 м

Предлагаемое устройство позволяет автоматически измерять скорость и коэффициент поглощЕния ультразвука в жидких средах одновременно на пяти частотах при различных температурах и давлениях.

1704061 дВ да — = — + — г

=10 + получают где д1,д0, сИ, д — абсолютные погрешности измерения соответственно длины акустической базы (д1=10 м), управляю-6 щего напряжения (д0=10 В), частоты

-з генератора синусоидальных колебаний (df/f=10 и калибровочного коэффициента (ciB/Â=12,2 10 ), Тогда для предлагаемого устройства при измерениях в глицерине на частоте f=10 МГц при T=293 К, из формул (14) (15) с учетом того, что Оупр=0,6 В; 1. = 3 10 м; д1 д0

+ »«

1 Uynp — 6 — з

10 10 з з+ — — — 12,2 10 10 дС 10 — ; + 10 3 10

3 10! — 6 3 — =2( ди 10 10

+ -)+ а — г

10 6 10 — з — з

+ 12,2 10 — 15,2 10

Точность определения скорости и коэффициента поглс.цен ия на п седл агае.лом устройстве значительно выше. че л в прототипе.

Таким образом использование предлагае лсгс устройства в сравнении с известным позволяет в автоматическом режиме с еративнс гровс ить и-мерения скорости и поглощения ультразруковых волн в жидкил сседах сднсвре ле o на нескольких чаcToòах, значительно yRучшить точность измерений Зтс существенно расширяет сферу применения изобретения и позволяет зкспрессно осуществлять спектроскопию всевсзмсжнь.х жидксс еl1 при всздействии на них изгленяющихс внешних параметров. таких как. например, температура, давление, электромагнитное псле, изменение состава. Устссйство может быть использовано в стек "сварении для оперативного наблюдения за сосТВВОМ и качеством расплава, в технологии получения полимерных ма1О

10 5 0

5 териалов при наблюдении и управлении степенью полимеризации конечного продукта, для высокочувствительного контроля эа эксплуатационными характеристиками гидравлических, а также смазочных жидкостей, при робототехническом проведении спектроскопических исследований жидких сред.

Формула изобретения

1, Устройство для автоматической регистрации параметров жидких сред. содержащее последовательно электроакустически соединенные генератор синусоидальных колебаний, логарифмический модулятор, размещенные в измерительной камере излучающий преобразователь и приемный преобразователь ультразвука. усилитель и пиковый детектор и регистратор, о т л и ч аю щ е е с я тем. что, с целью повышения точности. оно снабжено первым и вторым формирователями строб-импульсов, коммутатором напряжения. электромеханической системой автоматического перемещения и синхронизирующим .измерителем перемещения, генератор синусоидальных кояеба-: ний выполнен в виде N-канального блока иэ поочередно включаемых импульсно-модулированных генераторов с частотами. соответствующими частотам гармоник пъезопреобразователей, усилитель выпол-. нен в виде N-частотно-избирательных блоков, соответствующих частотам генератора. пиковый детектор выполнен в виде N-канальногс блока детекторов с задержкой.регистратор выполнен в виде последовательно соединенных аналогоцифрового преобразователя и электронновычислительного блока, приемный преобразователь ультразвука установлен с воэможностью перемещения и леханически соединен с электромеханической системой автоматического перемещения и с синхрониэирующи л измерителем перемещения. выход которого подключен к управляющим в: сдам второго формирователя строб- импульсов и первого формирователя строб-им пульсов. подсоединенного выходами учравляющи л вхсдам генератора синусои дальных колебаний. коммутатор напряже ния подключен первыми входами v. выл да пикового детектора, вторыми входами — выхода,л второго формирователя широки: строб-импульсов, а выходом — к входу реги стратора и к управляющему входу логариф мическсго лсдулятора.

2. Устройство по п 1, отл и ч а ю ще е с я тем, что синхронизирующий измерител перемещения выполнен в виде растрсвсг

Составитель А. Рудин

Техред M.Ìîðãåíòàë

Редактор С. Кулакова

Корректор Э. Лончакова

Заказ 59 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

17 i i 04061 18

1 фотоэлектрического блока, состоящего иэ света. растрового преобразователя и фото. последовательно соединенных источника приемника.