Ультразвуковое измерительное устройство

 

О П И С А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

<и> 964525

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву1т 757975 (22) Заявлено 12.11. 79 (21) 2840738/25-10 с присоединением заявки МВ (23) Приоритет

Опубликовано 071082. Бюллетень Мо37 (51)M Кл з

С 01 М 29/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК620.179 (088. 8) Дата опубликования описания 0710Я2 (72) Авторы изобретения

В.А. Сукацкас и Э.В. Станкявичюс (71) Заявитель

Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОИСТВО

Изобретение относится к измерительной технике.

По основному авт. св. М 757975 известно ультразвуковое измерительное устройство, содержащее последовательно соединенные блок настройки частоты, генератор высокочастотного напряжения, камеру с двумя преобразователями, усилитель, схему определения уровня 0,707, формирователь импульсов и селектор одиночных импульсов, а также смеситель, входы которого подключены к выходам генератора высокочастотного напряжения и усилителя, а выход — к второму входу формирователя импульсов, измерительный блок, состоящий из последовательно соединенных ключа, фильтра низкой частоты и схемы сравнения-усиления, и индикатор (1).

Однако устройство обладает недостаточной точностью измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что. устройство снабжено последовательно соединенными вторым ключом и вторым фильтром низкой частоты, причем выход селектора одиночных импульсов подключен к управляющему входу второго ключа, который связыва ет вход опорного напряжения схемы. сравнения-усиления с входом второго фильтра низкой частоты, а входы индикатора подключены к выходам первого и второго фильтров низкой частоты.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 эпюры напряжений.

Устройство состоит из генератора

1, камеры 2, заполненной исследуемой средой, с излучающим 3 и приемным 4 пьеэопреобразователями, усилителя 5, схемы 6 определения уровня

0,707, блока 7 настройки частоты, формирователя 8 импульсов, селектора 9.одиночных импульсов, смесителя

10, схемы 11 совпадения-. усиления, первого ключа 12, первого фильтра 13 низкой частоты,ичдикатора 14, второго ключа 15 и второго фильтра 16 низкой частоты.

На фиг. 2 графиком 17 изображено выходное напряжение Uz схемы 11 сравнения-усиления, входное напряжение фильтра 13 (заштриховано) и выходное напряжение его U>. Графиком 18 изобЗ0 ражено опорное напряжение Пв, вход964525, ное напряжение фильтра 16 (заштриховано) и выходное напряжение его U< .

Устройство работает следующим об- разом.

Высокочастотный электрический сигнал, вырабатываемый генератором

1, преобразуется преобразователем

3 в ультразвуковые волны, распространяющиеся в исследуемом веществе в камере 2. Волны, прошедшие среду,,преобразуются приемным преобразова- 0 релем 4 в электрический сигнал, усиливаемый усилителем 5. Приемный преобразователь 4 выполнен широкополосйым и, если исследуется сравнитель но малопоглощающая среда, снабжен f5 необходимыми согласующими слоями для исключения заметной ревербера-. ции ультразвука в камере. Частота генератора 1 все время изменяется в ту или иную сторону под воздействием блока 7 настройки частоты.

Ввиду широкополосности приемного преобразователя 4 выходное напряжение его оказывается модулированным по закону резонансной характеристики.из лучающего преобразователя 3, когда частота генератора изменяется вблизи его резонанса. Напряжение преобразователя 4 максимально, когда частота равна резонансной частоте .излучающего преобразователя 3, и

;уменьшается при отходе в любую сторону. Когда напряжение уменьшается до 0,707 от максимального значения, срабатывает схема б и воздействует на блок 7 настройки. Посредством этого блока изменяется направление перестройки частоты на противоположное. В результате частота генератора, 1 качается в .пределах полосы пропускания излучающего преобразователя 3. 40

Ультразвуковые волны достигают преобразователя 4 с опозданием дТ= — 1

С где i. — расстояние между преобразователями, с — скорость ультразвука в исследуемой среде. 45

На выходе смесителя 10 выделяется сигнал биений, период Т которого равен (1) 50

С к„- 6 где К„ — скорость изменения частоты.

Формирователь 8 вырабатывает из сигнала. биений импульсы длительностью

Т. Селектор 9 одиночных импульсов про-55 пускает один импульс с формирователя 8 в течение каждого интервала между двумя импульсами схемы 6. Длительность этого интервала равна дF/К, где ьР - полоса излучающего преоб- ф) разователя 3. Импульс селектора 9 замыкает ключи 12 и 15 на время Т.

Постоянная составляющая последовательности импульсов длительностью 65 ц ц о

Г aF где Ug - опорное напряжение, К1 - константа, откуда ц. — цв

E к с (2) Схема 11 сравнения-усиления обеспечивает сравнение входного тока от истбчника опорного напряжения ц,1 и выходного тока фильтра 13 и усиление сигнала, пропорционального разности токов.

С другой стороны, плотность р исследуемой среды выражается так

К,1 1

Р=

С где К3 - константа.

Из сравнения формул (2) и (3) вытекает у = — ц - к, ф

О где К4 - константа.

Опорное напряжение цб посредством ключа 15 также преобразуется в импульсы (график 18), постоянная составляющая .которых выделяется фильтром 16 и, наряду с выходным напряжением фильтра 3.3, поступает на индикатор 14 - измеритель отношения напряжений.

Постоянные составляющие последовательности импульсов длительностью

T выделенные фильтрами 13 и 16 низкой частоты соответственно пропорциональны аР ьР

Uc U< С тк„. 1 т.к„

Таким образом, на входы изме- . рителя отношений постоянных напряжений поступают напряжения с фильтров

13 и 16 низкой частоты, и отношение

О /00 пропорционально измеряемой плотности р .

Как видно иэ анализа графиков 17 и 18, постоянная составляющая U<

1 импульсов длительностью Т, сформиТ, выделенная Фильтром 13 (график 17), Tk йропорционапьна ц

qF где U„ — выходное найряженне схемы

11 сравнения-усиления. Прн достаточно большом. коэффициенте усиления схемы сравнения-усиления устанавливается равновесие

9б4525 рованных из напряжения Ц„ (заштриховано на графике 17, фиг. 2), под действием обратной связи поддерживается пропорциональной опорному напряжению Uq, т. е.. постоянной. При изменении ьР/т соответственно изменяется U . Однако напряжение U подвергается флуктуациям, спектр которых находится вне полосы пропускания фильтра 13 (высокочастотные) и они обратной связью не .устраняются.

В известном устройстве индикатор измеряет непосредственно напряжение

U„ и, если индикатор быстродейст вующий (время измерения обозначено ьТ„), флуктуации приводят к возник.новейию погрешности. То же самое относится и к индикатору с большим временем .измерения аТ вЂ” флуктуации приводят к разбросу показаний.

В предлагаемом устройстве аналогичные импульсы вырабатываются из опорного напряжения Ов (фиг. 2, график 18) и измеряется отношение средней составляющей их U с напряжением Ус„.

Таким образом, участки с неконтролируемыми флуктуациями (незаштрихованные) из процесса измерения исключаются. Более того, устраняется. влияние неидеальности сглаживания фильтрами: пульсации обоих напряжений имеют одинаковую процентную величину, закон и устраняются, что повышает точность измерений.

Формула изобретения

10 Ультразвуковое измерительное устройство по авт. св. 9 757975, о т л и ч а ю щ е е.с я тем, что, с целью увеличения точности измерений, оно снабжено последовательно

15 соединенными вторым ключом и. вторым фильтром низкой частоты,. причем выход селектора одйпочних импульсов подключен к управляющему входу вто-. рого ключа, который связывает вход

2 опорного напряжения схемы сравненияусиления с входом второго фильтра низкой частоты, а входы индикатора подключены к выходам первого и второго фильтров низкой частоты. .Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 757975, кл. G 01 N 29/00, 1978 °

964525

Составитель Н. Бурбело

Редактор О. Ррковецкая Техред М.Еоштура Корректор И. Демчик

Заказ 7618/23 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

113035р Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

I 3Tf

) .I

) t !