Поглощение ультразвука в сильнопоглощающих средах

 

iii) 448381

ОП ИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 14.02.73 (21) 1882199, 18-10 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 30.10.74. Бюллетень № 40

Дата опубликования описания 09.06.75 (51) М. Кл, G 01п 29, 00

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 534,22(088.8) (72) Авторы изобретения В. Ф. Ноздрев, Б. А. Белинский, Л. М. Лазаренко и Г. М. Зайцев (71) Заявитель Московский областной педагогический институт им. Н. К. Крупской

ВПТБ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ CINE Яф т- 1 Я

РАСПРОСТРАНЕНИЯ И КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕ

УЛЬТРАЗВУКА В СИЛЬНОПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕДАХ

Изобретение относится к технике акустических методов исследования вещества и может использоваться в акустических уровнемерах и расходомерах вязких сред.

Известны устройства для измерения скорости распространения коэффициента поглощения ультразвука в сильнопоглощающих средах, содержащие преобразователь с приемо-передающими пьезоэлементами, генератор монохроматических колебаний, гетеродинный приемник с двумя когерентпыми каналами, усилители, смесители, ограничители и импульсные счетчики.

Возможность измерения с помощью известных устройств сильнопоглощающих сред ограничена вследствие малого отношения сигнал/шум. f àêèå устройства имеют низкую точность и малый предел измерения.

Целью изобретения является повышение точности и расширение пределов измерения.

Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве опорный канал содержит 2п кольцевых смесителей, входы которых соединены с отводами и-ступенчатого делителя частоты опорного генератора и выходами усилителей промежуточной частоты опорного канала, а выходы — с соответствующими кольцевыми смесителями в опорном и измерительном каналах, к усилителям которых подключен цифровой вычислитель корреляционной функции, включающий усилители-ограничители, формирователь — умножитель частоты, соединенный с входами схемы селекции полярностей сигналов, выходы которой связаны с входами двух импульсных счетчиков.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства, Устройство состоит из генератора 1 монохроматических колебаний; предварительного

I0 усилителя 2; первых смесителей 3 и 4; гетеродина 5; первых усилителей 6 и 7 частоты; кольцевых смесителей 8, 9 и 10; ступенчатого делителя 11 частоты; вторых усилителей 12 и

13 промежуточной частоты; кольцевых смеси15 телей 14, 15 и 16; третьих усилителей 17 и 18 промежуточной частоты; опорного генератора

19; цифрового вычислителя 20 корреляционной функции, содержащего формирователь-умножитель 21, усилители-ограничители 22 и 23, 20 схему селекции, состоящую из схем совпадения 24 — 27 и вентильных схем 28 и 29, схемы инвертирования 30 и 31 и два импульсных счетчика 32 и 33; и акустического преобразователя 34 с двумя приемо-передающи.ли

25 пьезоэлементами 35 и 36.

Схема соответствует случаю трехкратного гетеродирования для zz., равного двум.

Усилители 6 и 7 широкополосны, реализация преимуществ работы акустического уст3О ройства в непрерывном режиме в этом случае

448381

50 возможна при условии узкополосности последующих каскадов в измерительном канале и как следствие высокой стабильности частоты сигналов второй и последующих промежуточных частот, что выполнено с помощью кольцевых смесителей 9 и 15, ступенчатого делителя 11 частоты и опорного генератора 19, Суммарная нестабильность генератора 1 и гетеродина 5 компенсируется в кольцевых смесителях 8,и 10, 14 и 16, в результате усилители 12, 13, 17 и 18 работают на частоге, стабильность которой определяется высокостабильным генератором 19. Это исключаег амплитудные и фазовые погрешности, обусловленные флуктуациями частоты генератора 1 и гетеродина 5 в полосе пропускания усилителей 12, 13, 17 и 18, и за счет резкого сужения энергетического спектра шумов повышает отношение сигнал/шум. Генератор 1, работающий в непрерывном режиме, подключен к акустическому преобразователю 34 и к смесителю 4, к второму входу которого подкл1очен гетеродин 5. На входы другого смесителя

3 после прохождения через преобразователь

34 и предварительного усиления в усилителе

22 ;Годается принятый акустический сигнал и сигнал от гетеродина 5. В результате на выходе широкополосных усилителей 6 и 7 промежуточной частоты образуются когерентные сигналы промежуточной частоты, которые подаются на кольцевые смесители 8 и 9 измерительного и опорного каналов. Одновременно к смесителю 9 подключен выход ступенчатого делителя 11 частоты, вход которого связан с выходом высокостабильного генератора

19. Образующийся сигнал разности частот подается на входы кольцевых смесителей 8 и 10, где суммарная нестабильность частоты генератора 1 и гетеродина 5 вычитается, в результате чего стабильность частоты на выходе смесителей 8 и 10 определяется стабильностью генератора 19. 1-1еобходимое подавление снгпалов генератора 19 и одной из боковых частот обеспечивается балансировкой кольцевых смесителей 8, 9 и 10. Аналогичное преобразование осуществляется в смесителях 14, 16 и

16. Увеличения отношения сигнал/шум осуществляется путем включения в измерительном канале узкополосных усилителей 12 и 17, имеющих разные полосы пропуска ия, соогветствующие разным пределам измерения коэффициента поглощения.

Определение коэффициента поглощения ведется путем подключения осциллографа или вольтметра к входам усилителей 12 или 17. Одновременно к выходам усилителей 17 и 18 подключены усилители-ограничители 22 и 23 цифрового вычислителя, с выхода которых ограниченные по амплитуде сигналы подаются на входы схем совпадения 24 — 27, куда одновременно поступают импульсы стробирования, образующиеся в формирователе-умножителе частоты 21. Выходы схем совпадения подключены к вентильным схемам 28 и 29. Схемы 30 и 31 служат для инвертирования полярностей сигналов измерительного и опорного каналов; с помощью синхронно работающих импульсных счетчиков 32 и ЗЗ осуществляется за время уставки интегрирование импульсов стробирования, число которых соответствует времени совпадения или несовпадения полярносгей сигналов опорного и измерительного каналов.

Разность результатов измерения счетчиков

32 и 33 соответствует значению коэффициента корреляции между опорным и измерительным каналами, а момент его перехода через нуль соответствует смещению пьезоэлементов в преобразователе 34 на длину акустической волны.

Предмет изобретения

Устройство для измерения скорости распространения и коэффициента поглощения ультразвука в сильнопоглощающих средах, содержащее акустический преобразователь с приемо-передающими пьезоэлементами, генератор монохроматических колебаний, гетеродинный приемник с двумя когерентными каналами и импульсные счетчики, о т л и ч а ю щ е еся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, опорный канал содержит 2п кольцевых смесителей, входы которых соединены с отводами и-ступенчатого делителя частоты опорного генератора и выходами усилителей промежуточной частоты опорного канала, а выходы -- с соответствующими кольцевыми смесителями в опорном и измерительном кана,лах, к усилителям KQTOpblx Г!одключсн циф1)овой ВьIЧ11слитель корреляционной функции, включающий усилители-ограничители, формирователь-умножитель частоты, соединенный с входами схеполярностей cHI II 3 tioB, которой связаны с входами двух импульсных счетчиков.

448381

Г

1 !

1 !

1 !

1 !

l

I

1 !

Составитель Н. Фомичев

Техред Т. Миронова

Редактор Е. Караулова

Корректор О. Тюрина

Типография, пр, Сапунова, 2

Заказ 1336!15 Изд. М 1236 Тираж 651 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР ио делам изобретении и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5