Автоциркуляционный измеритель скорости ультразвука

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сееэ Советскик

Сфе4иалистически к

Республик о«657334 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29.1176 (Я) 2423682/25-10 (Я) м. кл. б 01 и 29/00 с присоединением заявки ЭЙ—

Государствеммый коммтет

СССР мо делам мзобретеммй м оекрытмй (23) Приоритет

Опубликовано 1504:79- бюллетень М f4 (И) УЛК 34.232 (088.8};

Дата опубликования описания 1804 9 (72) Авторн изобретения

И. A. Чернобай и В. И. Грищенко

Научно-исследовательский институт прикладных физических (7 З проблем Белорусского ордена Трудового Красного Знамени

Государственного университета им. В. И. Ленина (54) АВТОЦИРКУЛЯЦИОННЫЯ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ

УЛ bT PA3 ВУКА

Изобретение относится к ультразвуковой технике н может найти применение при разработке акустической контрольно-измерительной аппаратуры для контроля параметров сред.

Известно измерительное устройство, построенное на автоциркуляционном принципе, способное работать при одностороннем доступе к среде (1). Однако оно не обладает стабильностью работы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее последовательно соединенные стартовый генератор, генератор зондирующих импульсов, пъеэопреобраэователь, усилитель, формирователь, линию задержки, генератор стробимпульсов, схему совпадения, подклю,ченную ко второму входу генератора зондирующих импульсов, дополнительно связанного через схему блокирования со стартовым генератором, и частотомер .)2 .

Однако зто устройство также не обладает стабильностью работы при одностороннем доступе к контролируемой среде иэ-эа применения сложных схем формирования сигналов запрета зондирующих импульсов. Кроме того, устройство не позволяет выделять многократно отраженйые сигналы, а именно такие сигналы являются предпочтительными при одностороннем доступе к контролируемой среде по причине того, что зондирующий импульс излучается на фоне небольших реверберационных помех, Цель изобретения — обеспечение стабильной работы и увеличение точности измерений при одностороннем доступе к контролируемой среде.

Это достигается тем, что в предлагаемое устройство введены схема развязки, широкополосный усилитель-огра" ничитель, триггер, счетчик импульсов и опорный генератор, причем схема развязки соединена с выходом генератора зондирующих импульсов, пъеэопреобразователем и входом усилителя, втброй выход которого подключен через широкополосный усилитель-ограничитель ко второму входу схемы .совпадения, третий вход которой, связан с выходом генератора зондирующих импульсов через триггер, вторьие входом подключенный к выходу счетчика импульсов, один вход которого подключен к опорному генератору, а второй входк генератору зондирующих импульсов, 657334 4

Кроме того, схема развязки содержит делитель, последовательно соединенные дифференцирующую цепь, диод, резистор, конденсаторы и второй диод, соединенный катодом с общей шиной, причем общая точка катода первого диода и резистора связана со средней точкой делителя, который одним резистором подсоединен к источнику питания, другим - к общей шине, вход дифференцирующей цепочки соединен с выходом генератора зондирующих импуль- >0 сов, средняя точка делителя через конденсатор соединена с преобразователем, а анод. второго диода соединен с вкодом усилителя„

На фиг, 1 изображен вариант блок- 15 схемы предлагаемого устройства на фиг, 2 — диаграммы его работы.

Устройство содержит последовательно соединенные стартовый генератор 1, генератор 2 зондирующих импульсов, 20 схему 3 развязки, к которой подключен пъезопреобразователь 4, нагруженный на акустически контролируемую среду

5, предварительный усилитель 6, формирователь 7, линию 8 задержки, фор; мирователь 9 стробимпульсов, схему

10 совпадения, подключенную ко второму входу генератора 2 зондирующих импульсов, дополнительно связанного через схему 11 блокировки со старто- З1 вым генератором 1.Второй выход предварительного усилителя 6 подключен через широкополосный усилитель-ограничитель 12 к второму входу схемы .10 совпадения, третий вход которой связан с выходом генератора 2 зондирующих импульсов через триггер 13, вторым входом подключенный к выходу а Конец счета счетчика 14 импульсов, вход b которого подключен к опорному йварцевому генератору 15, а 40 второй вход с Начало измерений к генератору 2 зондирующих импульсов.

В устройстве применены частотомер 16 и отражающая поверхность 17. Схема

3 развязки. выполнена в.виде делителя, резистором .18 пэдсоединенного к источнику +E питания, резистором 19— к общей шине, средней точкой - к пъезопреобразователю 4 через конденсатор 20, а выход генератора 2 эон- 50 дирующих импульсов связан с входом усилителя 6 через последовательно включенные дифференцирующую цепь 21"

Д2,,диод 23, резистор 24, конденсатор 25, причем общая точка диода 23 55 и резистора 24 связана со средней точкой делителя, а общая точка конденсатора 25 и входа усилителя 6 связана с общей шиной через второй диод 26 ° 60

Работает устройство следующим образом.

Стартовый генератор 1 импульсом

U (фиг. 2) запускает генератор 2 зон дйрующих импульсов и блокируется схе- 65 мой 11 после установления автоциркуляции, Импульс U генератора 2 зондирующих импульсов (фиг, 2) поступает через схему 3 развязки на пъезозлемент 4, которым преобразуется в ультразвуковой сигнал, излучаемый в контролируемую среду 5. Одновременно импульс U генератора 2 постуга1 Ф ет на вход с Начало измерения счетчика-14 импульсов, который формирует. стабильный временной интервал

6„ - 0 путем подсчета определенного от 1 до t1 количества импульсов опорного кварцевого генератора 15 (фиг, 2 - () ), После заполнения счетчик 14 ймпульсов пропускает d -ый импульс к выходу а Конец измерения и сбрасывается в исходное состояние.

Триггер 13 также. запускается импульсом U< генератора 2 зондирующих импульсов и вырабатывает при этом запрещающий уровень для схемы 10 совпадения, Переброс триггера 13 в исходное состояние осуществляется стабили эированным по времени от начала запуска ) -ым импульсом, поступающим с выхода о. Конец измерения" счетчика 14 импульсов (фиг. 2 - U<+, U< ), после чего схема 10 совпадейия обеспечивается по третьему входу разре-, шающим уровнем.

К моменту времени 1 ультразвуковой импульс успевает переотраэиться в акустически контролируемой среде

rn раз от отражающей поверхности 17 и защитной мембраны пъеэоПреобразователя 4. Ультразвуковой rn раэ отраженный сигнал преобразуется пъеэопластиной 4 в электрический сигйал, через схему 3 развязки поступающий на,вход предварительного усилителя 6, кото- . рым усиливается до определенной величины (фиг, 2 - U ).. С выхода усилителя 6 сигнал подается на формирова" тель 7, который является пороговым

Ъ каскадом с положительной обратной связью, формирующим перепады напряжения при достижении входным сигналом заданного Уровня Uá (фиг, 2 - Uá

0,).

Импульсные перепады напряжения U формирователя 7 подаются через линию, 8 задержки (фиг, 2 - U8) на формирователь 9 стробимпульсов, формирующий задержанные стробимпульсы (), задержка которых относительно импульсов составляет 0,3 †: 0,5мкс,что необходимо для стробировання наиболее крутого фронта нз принятого ультразвукового сигнала.

Формирование по принятому ультразвуковому сигналу фронтов с высокой крутизной осуществляется широкополосным усилителем-ограничителем 12, который обладает малым временем восстановления, имеет точную привязку к нулевому уровню и выдает на выходе по пересечению входным сигналом нуле657334

5 триггера, опорного кварцевого генера10

30

Основным назначением схемы 3 развязки является согласование низкого выходного сопротивления генератора

2 зондирующих импульсов с выходным сопротивлением пъезопреобразователя

4 и входом усилителя 6 (фиг. 1) . Делителем 18, 19 обеспечивается фиксированное смещение в обратном направлении на диод 23, благодаря чему реверберационные помехи и нежелательные сигналы, поступающие с выхода пъеэопреобразователя 4 и имеющие боль-45 шой уровень, шунтируются через диод

23 на низкоомное выходное сопротивление генератора 2 зондирующих импульсов, а напряжение с небольшим уровнем, соответствующим многократно от- 50 раженным сигналам, отключается от генератора 2 зондирующих импульсов диодом 23 за счет указанного смещения.

Резистор 24 и диод 26, имеющий в прямом направлении смещенную характеристику,обраэуют параметрический ограничитель,защищакиций вход усилителя от перегрузок зондирующим и реверберационным сигналами. Конденсаторы 20,21,25 являются развязывающими по постоянной составляющей.В качестве диода 23 может быть также применен диод со смещенной характеристикой, тогда отпадает необходимость в источнике Еп„ и резисторе 18,однако иэ-за невысоких качественных показателей подобных 65 вой линии (по переходу сигнала через нуль) усиленные и ограниченные перепады напряжений с высокой крутизной фронтов. Сигнал с выхода широкополосного усилителя-ограничителя 12 являе ся предельно клиппированным и представляет собой меандр (фиг. 2 - П„ ).

Наиболее крутой перепад информативного сигнала, соответствующий моменту времени и (фиг. 2 — П, У, ), стробируется схемой 19 совпадения по средством стробимпульса У9 формирователя 9 стробимпульсов, йоступающего на первый вход схемы 10 совпадения, и посредством перепадов напряжения

U« поступающих на третий вход схемй 10 совпадения с триггера 13. По наиболее крутому, фронту информативного сигнала схема 10 совпадения формирует на своем выходе запускающий импульс U о (фиг. 2), поступающий на о запуск генератора 2 зондирующих импульсов. Процесс измерений повторяется в описанной выше последовательности, С момента времени „ до 4 на первый и второй входы схемы 10 совпадения поступащт зондирующий, реверберационный и многократно переотраженные сигналы, однако при этом на третьем входе схемы 10 совпадения действует запрещающий сигнал U поступающий с выхода триггера 13, и схема 10 совпадения не формирует на своем выходе запускающих импульсов. диодов их применение в качестве диода 23 нежелательно.

Применение в устройстве схемы раэвязки, широкополосного усилителяограничителя, схемы совпадения с тремя входами, счетчика импульсов, тора, формирователей позволяет получить по сравнению с прототипом стабильную работу при одностороннем доступе к контролируемой среде и увеличить точность измерений при автоматизации процесса измерений по контролируемому физико-химическому параметру среды. Вклад в повышение точности и стабильности измерениЙ вносит также и то, что с многократно отраженным сигналом, например двадцатикратно отраженным, точнее и стабильнее осуществляется сфаэирование прямого ультразвукового сигнала.

Формула изобретения

1. Автоциркуляционный измеритель скорости ультразвука, содержащий последовательно соединенные стартовый генератор, генератор зондирующих импульсов, пъезопреобразова ель, усилитель, формирователь, линию задержки, генератор стробимйульсов, схему совпадения, подключенную ко второму входу генератора зондирующих импульсов, дополнительно связанного через

-схему блокирования со стартовым генератором, и частотомер, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обеспечения стабильной работы и увеличения точности измерений при одностороннем доступе к контролируемой среде, в него зведены схема развязки, широкополосный усилитель-ограничитель, триггер, счетчик импульсов и опорный генератор, причем схема развязки соединена с выходом генератора зондирующих импульсов, пъеэопреобразователем и входом усилителя, второй выход которого подключен через широкополосный усилитель-ограничитель ко второму входу схемы совпадения, третий вход которой связан с выходом генератора зондирующих импульсов через.триггер, вторым входом подключенный к выходу счетчика импульсов, один вход которого подключен к опорному генератору, а второй вход — к генератору зондирующих импульсов.

-2. Измеритель по п. 1, о т л и à ю шийся тем, что схема развязки содержит делитель, последовательно соединенные дифференцирующую цепь, диод, резистор, конденсаторь и второй диод, соединенный катодом с общей шиной, причем общая точка катода первого диода и резистора связана со средней точкой делителя, который одним резистором подсоединен к источнику питания, другим — к общей шине, 657334 È7. 2

ЦИИИПИ Закаэ 2290/7 . Тираж 1089 Подписное филиал ППП Патент,r.Óæãîðoä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4 вход дифференцирующей цепочки соединен с выходом генератора эондирующих импульсов, средняя точка делителя чЕреэ конденсатор соединена с преобраэователем, а анод второго диода соединен с входом усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиэе

1. Авторское свидетельство СССР и 48097.5, кл. G 01 Ь 29/04, 1973.

2, Авторское свидетельство .СССР

9 509968, кл G01 И 29/02, 1974.