Устройство контроля веществ

Использование: для контроля веществ. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит последовательно включенные аналого-запоминающий блок, первую и вторую цепи преобразования, каждая из которых содержит последовательно соединенные узлы выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь, накапливающий усредняющий сумматор и отсчетный блок, выход первой цепи подключен к первому входу вычислительного устройства 14, а выход второй цепи присоединен к второму входу вычислительного устройства, у которого первый выход подключен к входам стробирования накапливающих усредняющих сумматоров, объединенных в шину «Время измерения», а второй выход вычислительного устройства соединен с входом управляемого генератора тактовых импульсов, первый выход генератора тактовых импульсов присоединен к первому тактовому входу аналого-запоминающего блока, а второй выход подключен к второму тактовому входу аналого-запоминающего блока, выход аналого-запоминающего блока связан с входом формирователя стробирующих импульсов, первый выход которого присоединен к входам стробирования узла выборки и хранения и аналого-цифрового преобразователя первой цепи, а второй выход подключен к входам стробирования узла выборки и хранения и аналого-цифрового преобразователя второй цепи, при этом источник излучения, элемент с объектом контроля, преобразователь физического поля включены последовательно, а выход преобразователя физического поля присоединен к входу аналого-запоминающего блока. Технический результат: обеспечение возможности расширения функциональных возможностей устройства. 2 ил.

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться в области неразрушающего контроля веществ, измерения статистических характеристик случайных процессов.

В неразрушающем контроле статистический метод повышает достоверность принятия решения при оценке качества материала, вещества или изделия.

При статистическом анализе случайных величин используется статистическое среднее значение вида [Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. - Москва: Радио и связь, 1982, с. 32]

называемое характеристической функцией (х.ф.), где

Vm - параметр х.ф.;

η - случайная величина;

m1 - знак математического ожидания.

Преобразование выражения (1) приводит его к виду

где A(Vm), B(Vm) - действительная и мнимая части х.ф. соответственно.

Известно устройство для измерения плотности вероятности фазы сигнала [Патент 2313101, кл. G01R 25/00. Анализатор плотности вероятности фазы сигнала / Ю.М. Вешкурцев, М.В. Кучеров. Опубл. 20.12.2007. Бюл. №35]. Устройство содержит аналоговый запоминающий блок, два блока выборки и хранения, два АЦП, формирователь стробирующих импульсов, формирователь опорного колебания, управляемый генератор, блок управления, первый и второй накапливающие сумматоры, первый и второй перемножители, оперативный сумматор, первый и второй функциональные преобразователи, дополнительный накапливающий сумматор, отсчетный блок с памятью.

Принцип работы данного устройства состоит в измерении действительной и мнимой частей х.ф. при разных значениях параметра Vm и определении плотности вероятности фазы сигнала в соответствии с алгоритмом [Вешкурцев Ю.М. Прикладной анализ характеристической функции случайных процессов. - Москва: Радио и связь, 2003, с. 58].

Недостатком данного устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как оно не позволяет проводить контроль веществ.

Из известных наиболее близким по технической сущности является статистический анализатор [Патент 2019845, кл. G01R 23/16. Статистический анализатор / Ю.М. Вешкурцев, Ю.И. Сысоев. Опубл. 15.09.1994. Бюл. №17], содержащий последовательно включенные аналого-запоминающий блок, первую и вторую цепи преобразования, каждая из которых содержит последовательно соединенные узел выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь, накапливающий усредняющий сумматор и отсчетный блок, причем выход первой цепи подключен к первому входу вычислительного устройства, а выход второй цепи присоединен к второму входу вычислительного устройства, у которого первый выход подключен к входам стробирования накапливающих усредняющих сумматоров, объединенных в шину «Время измерения», а второй выход вычислительного устройства соединен с входом управляемого генератора тактовых импульсов, первый выход которого присоединен к первому тактовому входу аналого-запоминающего блока, а второй выход подключен к второму тактовому входу аналого-запоминающего блока, выход которого связан с входом формирователя стробирующих импульсов, первый выход которого присоединен к входам стробирования узла выборки и хранения и аналого-цифрового преобразователя первой цепи, а второй выход подключен к входам стробирования узла выборки и хранения и аналого-цифрового преобразователя второй цепи.

Устройство измеряет действительную и мнимую части х.ф. при разных значениях параметра Vm и определяет корреляционную функцию в соответствии с алгоритмом

[Вешкурцев Ю.М. Прикладной анализ характеристической функции случайных процессов. - Москва: Радио и связь, 2003, с. 74]. Недостатком устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как оно не применяется для контроля веществ.

Задача предлагаемого изобретения - расширение функциональных возможностей устройства.

Указанная задача достигается благодаря тому, что в известное устройство, содержащее последовательно включенные аналого-запоминающий блок, первую и вторую цепи преобразования, каждая из которых содержит последовательно соединенные узел выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь, накапливающий усредняющий сумматор и отсчетный блок, причем выход первой цепи подключен к первому входу вычислительного устройства, а выход второй цепи присоединен к второму входу вычислительного устройства, у которого первый выход подключен к входам стробирования накапливающих усредняющих сумматоров, объединенных в шину «Время измерения», а второй выход вычислительного устройства соединен с входом управляемого генератора тактовых импульсов, первый выход которого присоединен к первому тактовому входу аналого-запоминающего блока, а второй выход подключен к второму тактовому входу аналого-запоминающего блока, выход которого связан с входом формирователя стробирующих импульсов, первый выход которого присоединен к входам стробирования узла выборки и хранения и аналого-цифрового преобразователя первой цепи, а второй выход подключен к входам стробирования узла выборки и хранения и аналого-цифрового преобразователя второй цепи, согласно изобретению введены включенные последовательно источник излучения, элемент с объектом контроля, преобразователь физического поля, выход которого подключен к входу аналого-запоминающего блока.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства контроля веществ

На фиг. 2 - блок-схема алгоритма вычисления.

Устройство контроля веществ содержит источник излучения 1, элемент 2 с объектом контроля, преобразователь физического поля 3, аналого-запоминающий блок 4, формирователь стробирующих импульсов 5, узел выборки и хранения 6 и 7, аналого-цифровой преобразователь 8 и 9, накапливающий усредняющий сумматор 10 и 11, отсчетный блок 12 и 13, вычислительное устройство 14, управляемый генератор тактовых импульсов 15.

Источник излучения 1 связан с элементом 2 с объектом контроля, выход которого присоединен к входу преобразователя физического поля 3. Выход преобразователя физического поля 3 подключен к входу аналого-запоминающего блока 4, выход которого одновременно присоединен к входу формирователя стробирующих импульсов 5 и входам первой и второй цепи преобразования, каждая из которых содержит последовательно соединенные узел выборки и хранения 6, 7, аналого-цифровой преобразователь 8, 9, накапливающий усредняющий сумматор 10, 11 и отсчетный блок 12, 13. Выход отсчетного блока 12 первой цепи преобразования подключен к первому входу вычислительного устройства 14, а выход отсчетного блока 13 второй цепи преобразования присоединен ко второму входу вычислительного устройства 14. Первый выход вычислительного устройства 14 соединен со входами стробирования накапливающих усредняющих сумматоров 10, 11, объединенных в шину «Время измерения». Второй выход вычислительного устройства 14 подключен к входу управляемого генератора тактовых импульсов 15. Первый выход генератора тактовых импульсов 15 присоединен к первому тактовому входу аналого-запоминающего блока 4, а второй выход генератора тактовых импульсов 15 подключен к второму тактовому входу аналого-запоминающего блока 4. Первый выход формирователя стробирующих импульсов 5 присоединен к входам стробирования узла выборки и хранения 6 и аналого-цифрового преобразователя 8 первой цепи преобразования, а второй выход формирователя стробирующих импульсов 5 подключен к входам стробирования узла выборки и хранения 7 и аналого-цифрового преобразователя 9 второй цепи преобразования.

Контроль основан на анализе взаимодействия физического поля с объектом контроля, например веществом. Источником физического поля 1 может служить генератор электромагнитного излучения или элемент свечения (лампа накаливания, светодиод и др.), подключенный к генератору переменного напряжения.

Преобразователь физического поля 3 согласован с типом источника излучения, а при использовании лампы накаливания или светодиода представляет собой фотодиод, включенный в схему фотоприемника [Захаренко В.А., Колесникова Т.П., Шкаев А.Г. Расчет и проектирование оптико-электронных приборов. Учебное пособие. - Омск: изд-во ОмГТУ, 2002, с. 51].

Аналого-запоминающий блок 4 запоминает мгновенные значения входного сигнала на интервале, равном его периоду, и выдает эти дискретные значения на выход с частотой следования в Vm раз больше частоты импульсов дискретизации. Блок 4 выполнен по схеме из книги [Вешкурцев Ю.М. Прикладной анализ характеристической функции случайных процессов. - Москва: Радио и связь, 2003, с. 121].

Управляемый генератор тактовых импульсов 15 имеет два выхода. На первом выходе генератора импульсы появляются с частотой ωг, а на втором - с частотой Vm⋅ωг. Генератор управляется цифровым кодом, числовой эквивалент кода равен Vm, а код поступает с второго выхода вычислительного устройства 14.

Формирователь стробирующих импульсов 5 имеет два выхода, на которых импульсы сдвинуты относительно друг друга на 1/4 периода колебаний с частотой Vm⋅ωг. Поэтому на выходе узлов выборки и хранения 6, 7 получаем две квадратурные составляющие вида cos(x) и sin(x) соответственно [Вешкурцев Ю.М. Прикладной анализ характеристической функции случайных процессов. - Москва: Радио и связь, 2003, с. 131].

Накапливающие усредняющие сумматоры 10, 11 предназначены для получения отсчетов характеристической функции путем суммирования кодов на выходах аналого-цифровых преобразователей 8, 9 соответственно. Сумматоры выполнены на основе микросхем из справочника [Якубовский С.В., Барканов Н.А., Кудряшов Б.П. и др. Аналоговые и цифровые интегральные схемы. - Москва: Сов. Радио, 1979, с. 233]. Каждый из накапливающих усредняющих сумматоров 10, 11 содержит сумматор, регистр памяти, запись в которой происходит при действии импульса на входе синхронизации с уровнем лог. «1», поступающего на вход стробирования сумматора, и одновибратор, обеспечивающий сброс содержимого регистра памяти при появлении переднего фронта импульса на входе стробирования.

Отсчетные блоки 12, 13 обеспечивают индикацию результатов контроля и содержат буферный регистр для связи с вычислительным устройством 14.

Вычислительное устройство 14 может быть выполнено в виде микроЭВМ, построенной на базе микропроцессорного комплекта К588 и памяти К537 из справочника [Якубовский С.В., Ниссельсон Л.И., Кулешов В.Н. Цифровые и аналоговые микросхемы. - Москва: Радио и связь, 1990. - 469 с.].

Устройство контроля веществ работает следующим образом.

После включения питания происходит очистка сумматоров, регистров памяти накапливающих усредняющих сумматоров 10, 11 и буферных регистров отсчетных блоков 12, 13. На первом выходе вычислительного устройства 14 появляется импульс длительностью Т - время измерения. На втором выходе вычислительного устройства 14 устанавливается код, соответствующий первому значению параметра Vm, т.е. единице.

Источник излучения модулирован по амплитуде квазидетерминированным сигналом вида

где η - начальный угол сдвига фаз случайно изменяется в пределах π…+π. После взаимодействия случайного электромагнитного поля с веществом плоская электромагнитная волна на входе преобразователя физического поля 3 описывается формулой

где τB - передаточная функция вещества; mAM - индекс амплитудной модуляции; Um - амплитуда плоской волны.

На выходе преобразователя физического поля 3 получим

где ε(τB)=ΩτB+η. Согласно описанию совместной работы аналого-запоминающего блока 4, управляемого генератора тактовых импульсов 15, формирователя стробирующих импульсов 5, узлов выборки и хранения 6, 7 [Вешкурцев Ю.М. Прикладной анализ характеристической функции случайных процессов. - Москва: Радио и связь, 2003, с. 131] на выходах узлов выборки и хранения 6, 7 соответственно будем иметь

где g(T-t) - импульсная характеристика узлов выборки и хранения 6, 7; Δtc - длительность строб-импульса; Δtc=π/(2VmΩ). Напряжения, пропорциональные (8.1), (8.2), поступают на входы аналого-цифровых преобразователей 8, 9 соответственно. На выходе аналого-цифрового преобразователя 8 появляется код xi, а на выходе аналого-цифрового преобразователя 9 - код yi, которые поступают в накапливающие сумматоры 10, 11 соответственно и там суммируются с кодами, записанными ранее. Здесь i - текущее значение величин Ai(Vm), Bi(Vm) и кодов xi, yi, где i=1, 2, …, N; N - объем выборки мгновенных значений сигнала (7). По завершении N выборок мгновенных значений сигнала в накапливающем усредняющем сумматоре 10 получают оценку действительной части х.ф.

при Vm=1, а в накапливающем сумматоре 11 - оценку мнимой части х.ф.

при Vm=1. Задним фронтом импульса «Время измерения» оценки действительной и мнимой частей х.ф. записываются в отсчетные блоки 12, 13 соответственно.

После этого на втором выходе вычислительного устройства 14 устанавливается код, соответствующий значению параметра Vm=2. На первом выходе вычислительного устройства 14 появляется импульс длительностью Т - время измерения. Работа устройства протекает аналогично вышеописанной. Так повторяется m раз, где Vm=1, 2, …, m. По завершении работы устройства в отсчетном блоке 12 записаны оценки действительной части х.ф.

А(1), А(2), А(3), …, А(m),

а в отсчетном блоке 13 записаны оценки мнимой части х.ф.

B(1), В(2), В(3), …, В(m).

Эти значения оценок х.ф. поступают в память вычислительного устройства 14, где хранятся известные оценки А(0), В(0), вытекающие из анализа основных свойств характеристической функции. В частности известны равенства А(0)=1, В(0)=0 [Вешкурцев Ю.М. Прикладной анализ характеристической функции случайных процессов. - Москва: Радио и связь, 2003, с. 48].

Массив оценок х.ф., хранящийся в памяти вычислительного устройства 14, по окончании процесса измерения представляет собой набор оценок действительной и мнимой частей х.ф., которые в соответствии с блок-схемой алгоритма (фиг. 2) по известным формулам [Вешкурцев Ю.М. Прикладной анализ характеристической функции случайных процессов. - Москва: Радио и связь, 2003, с. 23, 62] позволяют получить начальные моменты распределения первого m1, второго m2, третьего m3, четвертого m4 и центральные моменты распределения второго М2, третьего М3, четверного М4 порядков. После этого центральные моменты распределения используют для вычисления критерия соответствия состава вещества стандарту или сертификату.

Критерий соответствия состава вещества стандарту определяют площадью треугольника, построенного в трехмерной декартовой системе координат. Вычислительное устройство 14 рассчитывает площадь треугольника в соответствии с блок-схемой алгоритма (фиг. 2) по формуле Герона. Площадь треугольника количественно определяет критерий соответствия состава вещества стандарту, при этом ее значения определяют границы лингвистических термов: «соответствует», «фальсификат».

Таким образом, введение источника излучения, элемента с объектом контроля, преобразователя физического поля с соответствующими связями позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет контроля веществ.

Устройство контроля веществ, содержащее последовательно включенные аналого-запоминающий блок, первую и вторую цепи преобразования, каждая из которых содержит последовательно соединенные узел выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь, накапливающий усредняющий сумматор и отсчетный блок, причем выход первой цепи подключен к первому входу вычислительного устройства, а выход второй цепи присоединен к второму входу вычислительного устройства, у которого первый выход подключен к входам стробирования накапливающих усредняющих сумматоров, объединенных в шину «Время измерения», а второй выход вычислительного устройства соединен с входом управляемого генератора тактовых импульсов, первый выход которого присоединен к первому тактовому входу аналого-запоминающего блока, а второй выход подключен к второму тактовому входу аналого-запоминающего блока, выход которого связан с входом формирователя стробирующих импульсов, первый выход которого присоединен к входам стробирования узла выборки и хранения и аналого-цифрового преобразователя первой цепи, а второй выход подключен к входам стробирования узла выборки и хранения и аналого-цифрового преобразователя второй цепи, отличающееся тем, что в него введены включенные последовательно источник излучения, элемент с объектом контроля, преобразователь физического поля, выход которого подключен к входу аналого-запоминающего блока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области исследования и анализа материалов с помощью электрических, электрохимических или магнитных средств и может быть использована в качестве метрологического обеспечения анализаторов газового состава жидких и газовых сред, преимущественно на предприятиях тепловой и атомной энергетики, металлургии, пищевой, химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности и в области охраны окружающей природной среды.

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к ионометрии, и может найти применение при определении концентрации ионов серебра в растворе без использования ионометра.

Предложено устройство контроля веществ, содержащее источник физического поля 1 в составе соединенных последовательно генератора сигналов 14, модулятора 15, светодиода 16, к которым подключены последовательно элемент с объектом контроля 2, преобразователь физического поля 3, и, кроме того, последовательно включенные аналого-цифровой преобразователь 5, перемножитель 6, первую и вторую цепь преобразования, каждая из которых содержит последовательно соединенный функциональный преобразователь 7 и 8, накапливающий усредняющий сумматор 9 и 10, отсчетный блок 11 и 12, при этом выход первой цепи подключен к первому входу вычислительного устройства 13, а выход второй цепи присоединен ко второму входу вычислительного устройства 13, первый выход которого соединен с входами стробирования накапливающих усредняющих сумматоров 9 и 10, объединенных в шину «Время измерения», а второй выход вычислительного устройства 13 подключен к свободному входу перемножителя 6, причем вход аналого-цифрового преобразователя 5 подключен к избирательной нагрузке фазового детектора 4, а выход преобразователя физического поля 3 присоединен к первому входу фазового детектора 4, тогда как выход генератора сигналов 14 подключен ко второму входу фазового детектора 4.

Изобретение относится к новому способу определения скорости генерирования пероксильных радикалов. Технический результат: разработан новый способ определения скорости генерирования пероксильных радикалов, который повышает точность, достоверность и воспроизводимость результатов, а также расширяет круг исследуемых веществ и используемых реагентов.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при вихретоковом контроле электропроводящих объектов для дефектометрической оценки выявляемых в них дефектов.

Группа изобретений относится к области определения биохимического потребления растворенного кислорода в воде. Устройство для экспресс-анализа биохимического потребления растворенного кислорода содержит измерительный резервуар, выполненный в виде проточной амперометрической ячейки, включающий электрод сравнения и рабочий электрод в виде амперометрического датчика растворенного кислорода, блок коммутации, вычислительный блок суммирования, вычислительный блок вычисления и сравнения, вычислительный блок измерения и индикации.

Использование: для оценки геометрических размеров дефектов стенки трубной секции и сварных швов. Сущность изобретения заключается в том, что по данным ультразвукового внутритрубного дефектоскопа с помощью поиска связанных индикаций оценивают длину, ширину и глубину дефекта.

Изобретение относится к технике проведения экспрессного анализа жидких, твердых пищевых и непищевых продуктов, сточных, природных, питьевых вод, сыпучих и аморфных материалов, для которых необходимо быстро без подготовки пробы в нативном состоянии оценить признак доминирующего состояния, например, наличие искусственных добавок, отклонение от нормального состояния при хранении, выраженности патогенных состояний (порча), при загрязнении антропогенными, в том числе токсичными, соединениями в равновесной газовой фазе над малым объемом образца, в том числе во внелабораторных условиях и в режиме «на месте».

Использование: для ультразвуковой диагностики качества кристаллических и электроизоляционных материалов и соединений. Сущность изобретения заключается в том, что в исследуемом материале возбуждают электромагнитные колебания, измеряют тангенс угла диэлектрических потерь tgδ, с учетом которого определяют степень готовности материала, при этом снимают амплитудно-частотную характеристику тангенса угла диэлектрических потерь как без воздействия ультразвуковых колебаний, так и под их воздействием, когда диапазоны частот электрических и ультразвуковых колебаний совпадают, в результате чего в обоих случаях снимают амплитудно-частотную характеристику тангенса угла диэлектрических потерь, а о состоянии материала или клеевого соединения судят по результатам сравнения амплитуды и смещения максимумов tgδ по частоте относительно эталонного, при этом смещение на величину более 50 кГц свидетельствует о непригодности кристаллических и электроизоляционных материалов или неготовности клеевого соединения.

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано для установления возможности переработки в муку и комбикорма зерна пшеницы, пораженного головней.
Наверх