Способ определения скорости ультразвука
Союз Советскии
Социалистическик
Республик
О П И С А Н И Е 894551
ИЗЬБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(53)М. Кл. (22)Заявлено 02.07.79 (21) 2788778/18-28
G О1 и 29/00 с присоединением заявки рй (23) Приоритет
3Ъоудпротввииый комитет по делам ивобретеиий и открытий
Опубликовано 30.12,81. Бюллетень М 48 (53) УДК е81.
121(088 8) Дата опубликования описания 30. 12. 81 (72) Автор изобретения
Н. П. Воробьев
Алтайский политехнический институт им, И.И, Ползунова .. (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА
Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов, веществ и изделий по скорости распространения ультразвуковых колебаний и может быть использовано для определения функционально зависящих от скорости ульт- 5 раэвуковых параметров и показателей жидких и газообразных сред.
Известен способ определения скорости ультразвука, по которому в
I контролируемой среде устанавливают режим автоциркуляции электроакустических импульсов, формируют контрольный интервал времени, равный сумме времени распространения электричес15 кого импульса в генераторе импульсов и фиксированного времени, равного сумме времени распространения электрического импульса в усилительноформирующих цепях и времени распространения акустического импульса в мембранах преобразователей, и удят о скорости ультразвука в среде по величине, обратной периоду автоциркуляции, уменьшенному на .величину контрольного интервала времени (1), Недостаток известного способа в том, что при косвенных измерениях скорости ультразвука снижаются точность и быстродействие способа.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ определения скорости узльтраэвука, заключающийся в том, что в контролируемом канале устанавливают режим автоциркуляции электроакустических импульсов, а в эталонном канале — импульсный режим прохождения электроакустических импульсов при одновременном возбуждении обоих каналов, образуют последовательность опорных электрических импульсов с частотой автоциркуляции и последовательность электрических импульсов той же частоты повторения, сформированных после прохождения акустическим сигналом эталонного канала, используют обе
89455 указанные последовательности для форми.:ования эталонного интервала времени, равного времени распространения акустического импульса в эталонном канале, а о скорости ультразвука судят по общему числу высокочастотных импульсов, заполняющих эталонные интервалы в течение измерительного интервала времени «2) .
Известный способ характеризуется пониженной точностью, малым быстродействии и ограниченнь1м диапазоном измерений.
Цель изобретения — повышение точности, быстродействия и расширение диапазона измерений.
Указанная цель достигается тем, что высокочастотные импульсы получают от стабильного генератора, формируют контрольные интервалы времени, равные времени распространения акусти,ческого импульса в контролируемом канале, а за измерительный интервал времени принимают промежуток времени, в течение которого общее количество высокочастотных импульсов, заполняющих контрольные интервалы, достигнет фиксированного числа.
На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего описываемый способ.
Устройство содержит контролируемый канал автоциркуляции электроакустических импульсов, часть которого представлена на чертеже синхронизируемым з генератором 1 импульсов и формирователем 2 контрольного интервала, причем вход генератора соединен со входом формирователя, а также эталонный канал, представленный последовательно
4О соединенными излучателем 3 колебаний, эталонной средой 4, приемником 5 коле баний, усилительно-формирующим блоком 6 и формирователем 7 эталонного интервала, причем вход излучателя 3 соединен с выходом генератора 1 и
45 вторым входом формирователя 7. Устройство также содержит последовательно соединенные генератор 8 стабильных колебаний; каскад 9 совпадений, делитель 10 частоты, второй каскад 11 совпадений и счетчик 12 импульсов, причем выход формирователя 2 соединен со вторым входом каскада 9, выход формирователя 7 соединен со вторым входом каскада ll, третий вход кото" рого соединен с выходом генератора 8, Способ осуществляется следующим образом.
1 4
Генератор 1 вырабатывает электрические импульсы, которые после преобразования их в акустические, проходят контролируемый канал, поступают на вход генератора 1., вызывая повторный цикл автоциркуляции электроакустических импульсов, а также поступают на вход формирователя 2, формируются и поступают на второй вход каскада 9, управляя прохождени-. ем высокочастотных импульсов с периодом Т с выхода генератора 8 на вход делителя 10, имеющего коэффициент деления К . Число й„ импульсов с длительностью Т„ (контрольный интервал) и периодом Т„ автоциркуляции, поступивших с выхода формирователя 2 на вход каскада 9 в течение измерительного интервала, определится из условия !
М»Тк — — Кв ц откуда к = ТгКз Тр (2) к где T„ — время распространения импульса в акустической среде контролируемого канала.
Импульсы с выхода генератора 1 поступают также на второй вход формирователя 7 и, пройдя через излучатель
3, контролируемую среду 4, приемник и блок 6, поступают на первый вход формирователя 7, на выходе которого формируются импульсы с периодом Т„ автоциркуляции и длительностью Тз, равной времени распространения импульса в акустической среде эталонного канала.
С выхода формирователя 7 импульсы поступают на второй вход каскада 11, управляя прохождением высокочастотных импульсов с выхода генератора 8 на вход счетчика 12.
Общее .число N высокочастотных импульсов, заполняющих N» эталонных интервалов времени, длительностью Тэ каждый в течение измерительного интервала М„Т», с учетом выражения (2) равно
I В (3)
Следовательно, результат измерений по описываемому способу, принимая во внимание обратную пропорциональность времени распространения акустических колебаний в среде и ско894551 рость ультразвука, может быть записан в виде й„= Кв —" )
С (4)
Са где Ск — скорость ультразвука в контролируемом канале;
С вЂ” скорость ультразвука в эталонном канале.
При этом появляется возможность увеличить точность и быстродействие измерений соответствующим повышением частоты стабильных. колебаний (с выхода генератора 8) и быстродействия счетчика 12 (аналогично — делителя 30 частоты), так как пропорционально уменьшается погрешность дискретности.
Кроме того, при выборе условий физической реализации способа достаточно .ограничиться соотношением
К Э (5) справедливым и для известного способа. Однако по известному способу диапазон измерений ограничен на уровне порядка 5-ти, что эквивалентно расширению диапазона измерений по настоящему способу. Стабилизация величины Т позволяет также минимизировать погрешность измерений скорости ультразвука.
Пооперационное выполнение способа 3© сводится к тому, что в контролируемом канале устанавливают режим автоциркуляции электроакустических импульсов, а в эталонном канале — импульсный режим прохождения электроакустических у импульсов при одновременном возбуждении обоих каналов. Затем из импульсов автоциркуляции образуют. последо" вательность опорных электрических импульсов, а из импульсов, прошедших 4 эталонный канал, также формируют импульсы и используют их совместно с опорными импульсами для формирования эталонного интервала времени, равного времени распространения акустического импульса в эталонном канале. Далее, используя импульсы автоциркуляции, формируют контрольные интервалы времени, равные времени распространения акустического импульса в контролируемом канале. Затем получают высокочастотные импульсы от стабильно- го генератора, заполняют высокочастотными импульсами контрольные интервалы и одновременно начинают заполнять высокочастотными импульсами эталонные интервалы, подсчитывая число этих импульсов. В момент времени, когда общее число высокочастотных импульсов, заполняющих контрольные интервалы, достигает фиксированного числа, прекращают заполнение высокочастотными импульсами эталонных интервалов и судят о скорости ультразвука по числу высокочастотных импульсов, появившихся при заполнении ими эталонных интервалов с момента начала до момента окончания заполнения.
Описываемый способ позволяет на несколько порядков повысить точность и быстродействие относительных измерений скорости ультразвука при од3 новременном расширении их диапазона.
Формула изобретения
Способ определения скорости ультразвука, закгючающийся в том, что в контролируемом канале устанавливают режим автоциркуляции электроакустических импульсов, а в эталонном канале — импульсный режим прохождения электроакустических импульсов при одновременном возбуждении обоих каналов, образуют последовательность опорных электрических импульсов с частотой автоциркуляции и последовательность электрических импульсов той же частоты повторения, сформированных после прохождения акустическим сигналом эталонного канала, используют обе указанные последовательности для формирования эталонного интервала времени, равного времени распространения акустического импульса в эталонном канале, а о скорости ультразвука судят по общему числу высокочастотных импульсов, заполняющих эталонные интервалы в течение измерительного интервала времени, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и расширения диапазона измерений, высокочастотные импульсы получают от стабильного генератора, формируют контрольные интервалы времени, равные времени распространения акустического импульса в контролируемом канале, а за измерительный интервал времени принимают промежуток времени, в течение которого общее количество высокочастотных импульсов, заполняющих контрольные
894551
Элюалонныо юмол Ьмтроюир манию
Составитель А. Чистяков
Редактор Н. Гришанова Техред T. Наточка Корректор Г. Огар
Заказ 11475/70.Тираж 910 Подписное
ВНИИПИ ГосударственнОго комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 интервалы, достигнет фиксированного числа
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1, Авторское
11 571743, кл. G
2. Авторское
N 605163, кл. G
5 (прототип) свидетельство СССР
О1 N 29/00, 1976. свидетельство СССР
01 N 29/02, 1976
