Цифровое устройство для измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний

 

Союз Советскии

Социалистические

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву (22)Заявлено 05.12.80 (21) 2965662/25 28 (51)Я Кд

3 с присоединением заявки №

Q 01 Н 5/00//

Q 01 N 29/00

9пудоротеенный комитет

СССР до делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 23.07.82. Бюллетень №27

РЗ.) УД К 534.222 (088.8) Дата опубликования описания 23.07.82

Т.К. Исмаилов, A.М. Измайлов и В.М. Гуревич (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель

Особое конструкторское бюро Научного центра

АН Азербайджанской ССР (54) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СКОРОСТИ РАСПРОСТРА НЕНИЯ

УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ

Изобретение относится к технике акустических измерений ультразвуковым мето.дом и может быть использовано для измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний.

Известно цифровое устройство для измерения скорости распространения ультра- звуковых колебаннй, содержащее генера- тор зондирующих импульсов, приемнопередающий преобразователь, триггер, ключ, генератор тактовых импульсов и счетчик импульсов fl J.

Недостатком устройства является низкая точность измерений, так как не учитывается задержка сигнала в электри- >s ческих цепях и волноводах.

Наиболее близким к изобретению по технической сушности и достигаемому результату является цифровое устройство для измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний, содержащее последовательно соединенные генератор эондируюших импульсов, приемно-передаюший преобразователь, приемный преобразователь, первый усилитель, первый и второй триггеры, первую линию задержки, генератор опорных импульсов, первый ключ, первый вход которого подключен к выходу генератора опорных импульсов, и счетчик (2).

Недостатками известного устройства являются низкие точность и производительность измерений, так как не учитывается погрешность, вызванная изменением времени задержки в электрических цепях и .акустических волноводах при изменении температуры, а также то, что необходимо индивидуально подбирать время задержки для каждого измерителя скорости.

Цель изобретения — повышение точности и производительности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что цифровое устройство снабжено тосл довательно соединенными блоком вычитания, два входа которого подключены к первым выходам триггеров, интегратором и преобразователем напряжение - дли94 5675

3 тельность, выход которого соединен с вторым входом ключа, делителем импульсов,вход которого соединен с выходом генератора опорных импульсов, первый выход - с входами счетчика и интегратора, второй выход - с входом генератора зондирующих импульсов, а третий выходс входом преобразователя напряжениедлительность, второй линией задержки, вход которой соединен с вторым выходом второго триггера, и вторым усилителем, включенным между второй линией задержки и вторым триггером, вторые входы триггеров соединены с выходом генератора зондирующих импульсов и входом второго усилителя, второй вход первого усилителя подключен к выходу первой линии задержки, а вход счетчика подключен к выходу ключа.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 зондирующих импульсов, приемно-передающий преобразователь 2, приемный преобразователь 3, первый усилитель 4, первый и второй триггеры 5 и 6, первую линию 7 задержки, генератор 8 опорных импульсов, первый ключ 9, первый вход которого под.ключен к выходу генератора 8 опорных З© импульсов, счетчик 10.

Кроме того, устройство содержит пооледовательно .соединенные блок 11 вычитания, два входа которого подключены к первым выходам триггеров 5 и 6, интегратор 12 и преобразователь напряжение - длительность 13, выход которого соединен c:вторым входом ключа 9, депитель 14 импульсов, вход которого соединен с выходом генератора 8 опорных импульсов, первый выход - с входами, счетчика 10 и интегратора 12 второй выход - с входом генератора 1 зондирующих импульсов, а третий выход - с входом преобразователя напряжение - длнтель" ность 13, вторую линию 15 задержки, BxoQ которой соединен с вторым выходом второго триггера 6, и .второй усилитель

16, включенный между второй линией 15 задержки и вторым триггером 6. Вторые входы триггеров 5 и 6 соединены с выходом генератора 1 зондирующих импульсов и входом второго усилителя 16.

Второй вход первого усилителя 4 подключен к выходу первой линии 7 задержки, а вход счетчика 10 - к выходу ключа 9.

Устройство содержит также акустические волноводы 17 и 18.

4 цифровое устройство для измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний работает следующим образом.

Импульсы с выхода генератора 8 опорных импульсов поступают на вход делителя 15 импульсов, осуществляющих деление и распределение последних.

Импульсы с выходов делителя 14 поступают на входы интегратора 12, счетчика 10, приводя их в исходное состояние, на вход генератора 1 зондирующих импульсов и на вход преобразователя напряжение — длительность 1 3. Импул сы, поступающие с делителя 14 на " вход генератора зондирующих импуль-сов, приводят K выработке короткбго возбуждаюшего видеоимпульса, поступающего на входы первого и второго триггеров

5 и 6, усилителя 16 и приемно-передающего преобразователя 2 ультразвуковых колебаний.

При поступлении возбуждающего ив пульса на вход триггера 6 последний переходит в положение, при котором с его прямого выхода через линию 15 постоянной задержки на управляющий вход усилн

-"геля 16 подается разрешающий сигнал с задержкой о

При этом с О 41 - где с .г, - время прохождения ультразвукового колебания по акустическому волноводу 17;.При поступлении импульса на вход триггера 5 последний переходит в положение, при котором с его прямого выхода через линию 7 постоянной задержки иа управляющий вход усилителя 4 подается разрешающий сигнал с задержкой 7" . При этом

COСь41+eC+ .Е где с - время прохождения ультразвукового колебания через контролируемую среду; 1В - время прохождения ультразвукового колебания по акустическому волноводу 18.

При поступлении импульса на приемнопередающий преобразователь 2 последний возбуждается и образует ультразвуковые колебания, окоторые проходят по акустическому волноводу 17, частично излучаются в контролируемую среду, проходят далее через другой акустический волновод

18, принимаются приемным преобразователем 3 ультразвуковых колебаний и, частично отражаясь от гранипы волноводиэмеряемая среда вследствие различия акустических импендансов материала вол5 9456 новода и состава измеряемой среды, воэвращаются обратно по волноводу 17 к преобразователю 2. Принятые преобразователями 2 и 3 ультразвуковые колебания преобразуются в электрические сигналы поступающие на входы соответственно усилителей 16 и 4, которые усиливают и формируют принятые сигналы, так как на управляющие входы их поданы сигналы разрешения. Усиленный и сфор- Ю мированный усилителем 16 сигнал поступает на триггер 6; переводя последний

s исходное положение. При этом длительность импульса на инверсном выходе триггера 6 равна 1$ ь -я, + +r! з где С и Т! — времена задержки сигнала ! I

Ъ в усилителе 16 и триггере 6.

Усиленный и сформированный усилителем 4 выходной сигнал поступает на вход триггера 5, переводя последний в исходное состояние.

2$ с

При этом длительность импульса на прямом выходе триггера 5 равна

С =!ь + Г +!i + !ь .+ !"

5 1ч с 48 6 5 где и - времена задержки сигнала ,! 30

5 в усилителе 4 тй триггере 5. На выходе блока 11 вычитания действует импульс, длительность которого равна г = «!!.

М

При идентичности материала волноводов 17 и 1 8 и равенстве их линейных размеров, а также идентичности характеристик усилителей 4 и 16 и триггеров 6 и

;5 можно записать ао

„r

11 М" 6 С+ =Е+Т =ьэ ) !! « »

Э 2 Е 5 где r! g - время задержки в волноводе

Г$ — время задержки в усилителе 4$ и триггере.

Таким образом, длительность импульса на выходе блока 11 вычитания равна только длительности прохождения ультра,звукового колебания через контролируемую среду.

Импульс с выхода блока 11 поступает на интегратор 12, где преобразуется в напряжение, величина которого пропорциональна длительности входного импульса.

Укаэанное напряжение в преобразова$$ теле 13 напряжение — длительность при поступлении на его вход запускающего импульса с третьего выхода делителя 1475 6 преобразуется в импульс, длительность которого обратно пропорциональна входному напряжению.

Вв!ходной импульс преобразователя 13 через ключ 9 вызывает заполнение счетчика 10 импульсами от генератора 8, опорных импульсов, число которых пропорционально скорости ультразвуковых колебаний в контролируемой среде.

Предлагаемое устройство позволяет с высокой точностью и производительно производить измерение скорости за счет исключения задержки в электрических цепях и волноводах.

Формула изобретения цифровое устройство для измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний, содержащее последовательно

"оединенные генератор зондирующих импульсов, приемно-передающий преобразователь, приемный преобразователь, первый усилитель, первый и второй триггеры, первую линию задержки, генератор опорных импульсов, первый ключ, первый вход которого подключен к выходу генератора опорных импульсов,и счетчик, о тл и ч а ю щ е еся тем,,что", с целью повышения точности и. производительности измерений, оно снабжено последовательно соединенными блоком вычитания, два вхо»as которого подключены к первым выходам триггеров, интегратором и преобразователем напряжение - длительность, вы ход которого соединен с вторым входом ключа, делителем импульсов, вход кото рого соединен с выходом генератора опор- ных импульсов, первый выход - с входами счетчика и интегратора, второй выход - с входом генератора зондирующих импульсов, а третий выход - с входом преобразователя напряжение - длительность, второй линией задержки, вход которой соединен с вторым выходом второго триггера, и вторым усилителем, вклйченным между второй линией задержки и вторым триггером, -вторые входы тригге» ров соединены с выходом генератора зондирующих импульсов. и входом второго усилителя, второй вход первого усилителя подключен к выходу первой линии задержки, а вход счетчика подключен к выходу ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР

% 658466, кл. G 01 М 29/00, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

N!! 697911, кл. Q 011 1 29/04, 1977 (прототип).

045675

Составитель Л. Лушенко

Редактор Н. Лазаренко Техред Е.Харнтончик Корректор В. Бутяга

Ф

Заказ 531 6/59 Тираж 507 Подлисное

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