Ультразвуковой измеритель концентрации компонентов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< >958955 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.02.81 (21) 3255913/25-28 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М.К .

G 01 N 29/00

Гесуддрствеиимй кемитет

СССР (53) УДК 534.22 (088.8) Опубликовано 15.09.82. Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 25.09.82

IIo делам иэабретеиий и еткрмтий (72) Авторы изобретения

Б. А. Иванов, В. И. Ручкин, Ю. А. Скрипник, В.

А. Б. Кипнис и П. Т. Захаро

Киевский технологический институт легкой пром (71) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОИ ИЗМЕРИТЕЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ

КОМПОНЕНТ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к ультразвуковым измерителям концентрации компонент, и может быть использовано при изучении физико-механических свойств композиционных материалов.

Известно устройство для измерения концентрации компонент, содержащее генератор, блок приемопередающих преобразователей, фазовый детектор, входы которого подключены к выходу генератора и блока приемопередающих преобразователей, усилитель и индикатор (1).

Недостатком устройства является низкая точность, обусловленная высоким уровнем шумов и неравномерностью фазо-частотной характеристики широкополосного усилителя.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковой измеритель концентрации компонент, содержащий последовательно соединенные .генератор, делитель частоты и первый смеситель, многоканальный формирователь, каждый канал которого включает избирательный усилитель и фазовращатель, второй смеситель, коммутатор, блок приемопередаюших преобразователей, цепь измерения, включающую последовательно соединенные резонансный усилитель, фазовый детектор, микропроцессор и индикатор, блок управления, подключенный к управляющим входам коммутатора и микропроцессора (2).

Измеритель позволяет измерять концентрацию трехкомнонентных композиций, однако точность измерения недостаточно высокая; что обусловлено паразитной параметрической модуляцией, возникающей при коммутации преобразователей.

Кроме того, измеритель не позволяет определить коцентрацию многокомпонентных объектов.

Цель изобретения — повышение точности.

Указанная цель достигается тем, что измеритель концентраций снабжен имитато-. ром нагрузки, сумматором, последовательно соединенными вторым генератором, вторым делителем частоты и демодулятором, подключенным к второму входу первого смесителя, модулируюший вход модулятора подключен к выходу сумматора, входы кото958955 рого подключены к выходам имитатора нагрузки н блока приемопередающих преобразователей, число которых равно значению п кратности делителей, выход и приемного преобразователя подключен к входу резонансного усилителя измерительной цепи, вы-. ходы генераторов подключены также к второму смесителю, выход которого подключен к второму входу фазового детектора, причем входы коммутатора подключены к фазовращателям, а выходы — к блоку приемопередающих преобразователей и имитатору нагрузки.

На чертеже представлена блок-схема измерителя.

Ультразвуковой измеритель концентрации компонент содержит первый и второй генераторы 1 и 2, первый и второй делители

3 и 4 частоты, подключенный к выходам генераторов 1 и 2 второй смеситель 5, последовательно соединенные первый фильтр

6, модулятор 7 и первый смеситель 8, второй вход которого подключен к выходу первого делителя 3, а выход — к входу многоканального формирователя (на чертеже не показано), каждый канал которого включает избирательный усилитель 9 и фазовращатель 10. Для подключения выходов фазовращателей 10 к входам имитатора 11 нагрузки и блоку 12 приемопередающих преобразователей служит коммутатор 13. Выходы блока 12 преобразователей и имитатора 11 подключены через сумматор 14 к управляющему входу модулятора 7.

Число преобразователей в блоке 12 и каналов в формирователе равно значению кратности п делителей 3 и 4 частоты. Для обработки результатов служит измерительная цепь, включающая резонансный усилитель 15 подключенный к выходу п - ro преобразователя блока 12, фазовый детектор 16, второй вход которого через второй фильтр 17 подключен к выходу второго смесителя 5, микропроцессор 18 и индикатор 19. Работой коммутатора 13 и микропроцессора 18 управляет блок 20 управления, выходами подключенный к управляющим входам указанных элементов измерителя.

Устройство работает следующим образом.

С выходов первого и второго генераторов 1 и 2 гармонические сигналы с частотой 1 и

l5

«о

4

8 присутствует разностная частота (cd1—

Rt +(Ч - V")Ч„+ Р1 где ч1 -фазовый сдвиг, вносимый испытуемым объектом (на чертеже не показано);

Л- и -резонансная частота первого канала; — фазовый сдвиг, вносимый первым каналом;

q иЧ -фазовые сдвиги, вносимые входными цепями первого смесителя 8, причем ч где ч и ч — начальные фазы сигналов первого и второго генераторов 1 и 2 соответственно;

bq фазовый сдвиг, вносимый элементами 6 и 7.

Блок 20 управления задает режим работы коммутатору 13, с помощью которого осуществляется поочередное синхронное подключение пары приемопередающих преобразователей блока 12 к соответствующему каналу, и одновременно с этим переключение всех остальных каналов на имитатор 11 нагрузки.

Имитатор 11 служит для уменьшения влияния импедансов фазовращателей 10 и блока 12 на входные цепи сумматора, 14.

Имитатор 11 включает элементы, коэффициенты передачи которых равны коэффициентам передачи преобразователей блока 12.

С выхода блока 12 сигнал с частотой Я., пройдя сумматор, поступает на модулирующий вход модулятора 7, на сигнальный в11;од которого поступает сигнал с частотой — -. и

В результате однополосной модуляции (модулятор 7 работает в режиме подавления верхней боковой полосы) в спектре сигнала, поступающего на вход смесителя 8, помимо несущей частоты сд2/и, появляется нижняя боковая, смещенная на частоту Я и равная -ф — — Я .. Повторное смешивание входных сигналов смесителем 8 приводит к появлению в спектре выходного сигнала разностной частоты 2Я. = 1 в †(-+ — Л ), которая выделяется во втором кайале избирательным усилителем 9, настроенным на эту частоту. Сигнал частоты 2Я, пройдя имитатор 11 и сумматор 14, поступает на модулирующий вход модулятора 7, имея текущее значение фазы, равное

2Я t, + 2 (9 - ч") + чя+ Ья +ч1 где ч -фазовый сдвиг, вносимый вторым каналом.

После последовательного прохождения тестового сигнала по всем каналам формирователя, сигнал с частотой пЯ выделяется резонансным усилителем 15, подключенным к выходу и-го приемного преобразова958955

5 теля, неся информацию (значение 91) об испытуемом объекте.

После завершения первого цикла коммутатор 13 подключает ко входу блока 12 выход фазовращателя 10@ второго канала (остальные фазовращатели 10 подключены к имитатору 11). Далее измеритель работает аналогично. После завершения и-го цикла на вход модулятора 7 поступает сигнал с фазой пя1+п(Ч вЂ” Г )+9%4....+9 %+9

В результате осуществлено нрозвучивание испытуемого объекта набором тестовых частот .й ...n é . Информационные составляющие сигналов от каждого канала, полученные на частоте Л....n Я, перенесены на одну и ту же частоту nЯ, что позволяет использовать в измерительной цепи один резонансный усилитель 15. Устраняя приращение фазовых сдвигов за счет прохождения сигналов по каналам и цепям измерителя на этапе калибровки, можно. получить сигнал на выходе фазового детектора, на второй вход которого поступает сигнал через .второй фильтр 17 с выхода смесителя 5, величина сигнала определяется фазовым сдвигом, вносимым объектом измерения.

Значение фазовых сдвигов, вносимых объектом, после каждого цикла фиксируется и обрабатывается в микропроцессоре 18, которым, как и коммутатором, управляет блок

20. Измеренные параметры выводятся на индикатор 19.

Предложенное устройство позволяет определить фазо-частотную характеристику исследуемого объекта и повышает точность измерения концентрации компонент сложных объектов путем исключения паразитной модуляции при переключении преобразователей.

Формула изобретения

Ультразвуковой измеритель концентрации комнонент,содержащий последовательно соединенные генератор, делитель частоты и первый смеситель, многоканальный формирователь, каждый канал которого включает избирательный усилитель и фазовращатель, второй смеситель, коммутатор, блок приемопередающих преобразователей, цепь измерения, включающую последовательно соединенные резонансный усилитель, фазовый детектор, микропроцессор и индикатор, блок управления, подключенный к управляющим входам коммутатора и микропроцессора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен имитатором нагрузки, сумматором, последова.тельно соединенными вторым генератором, вторым делителем частоты и модулятором, подключенным к второму входу первого смесителя, модулирующий вход модулятора подключен к выходу сумматора, входы которого подключены к выходам имитатора нагрузки и блока приемопередающих преобразователей, число которых равно значению п кратности делителей, выход и приемного преобразователя подключен к входу резонансного усилителя измерительной цепи, выходы генераторов подключены также к второму смесителю, выход которого подключен к второму входу фазового детектора, причем входы коммутатора подключены к фазовращателям, а выходы — к блоку приемопередающих преобразователей и имитатору нагрузки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе .1. Патент США № 3802271, кл. 73 — 432 RS, 1974. зs 2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 276709125-28, кл. G 01 N 29/00, 1979 (прототип).

958955

Составитель А. Каратыш

Редактор И. Дылын Техред А. Бойкас Корректор Г. Огар

Заказ 6765 59 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4