Ультразвуковой измеритель высокого давления

 

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, содержащий электроакустически соединенные камеру высокого давления, эталонную среду, блок возбуждения и приема упругих воли, частотомер, о т л и ч а ю -г; щ и и с я тем, что, с целью повышения точности и, быстродействия, он снабжён блоком частотной модуляции и соединенным с перестраиваемым частотомодулируемым генератором высокой частоты, подключенным к частотомеру и через блок формирования радиоимпульсов к геиератору радиоимпульсов, выход которого соединен с блоком возбуждения и приема упругих волн, при этом вход первого делителя частоты соединен с,выходом опорного генератора частотомера, а выход с блоком формирования радиоимпульсов и с вторым делителем частоты, выход которого подключен к одному из входов .блока частотной модуляции и входу фазовращателя , причем выход первого делителя частоты соединен также с усилителем с автоматической регулировкой усиления, подключенным входом к блоку. I возбуждения, и приема упругих волн, а выходом к детектору, выход которого соединен с входами блоков выделения амплитудной и паразитной ампли-г. тудной модуляции, соединенными с сумматором и с блоком выбора отраженных сигналов, вход которого сйязан с выходом первого делителя частоты и одним входом синхронного фильтра, под V) ключенного также к выходам сумматора и фазовращателя, выход которого соединен с одним из входов синхронного детектора, второй вход которого подключен к синхронному фильтру, а выход к фильтру низких частот, который сое- , динен через формирователь закона регулирования с вторым входом блока частотной модуляции, причем вход вычислительного блока соединен с выходом частотомера, а выход - с блоком индикации.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECflVBllHH.Я0» 982442 (51)4 С 01 1. 9/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А ВТОРСНОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3327145/18-21 (22) 20.07.81 (46) 15.12.88. Бюл. Â 46 (71) Институт физики высоких давлений АН СССР (72) Ф.П.Каляев, Ф.Ф.Воронов и В.M,Ïðîõîðoâ (53) 531.787(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 566155, кл. G 01 Т 11/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР

У 392366, кл. G 01 L 9/08, 1971. (54)(57) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ

ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, содержащий электроакустически соединенные камеру высокого давления, эталонную среду, блок возбуждения и приема упругих волн, частотомер, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повыше. ния точности и быстродействия, он снабжен блоком частотной модуляции и соединенным с перестраиваемым частотомодулируемым генератором высокой частоты, подключенным к частотомеру и через блок формирования радиоимпульсов к генератору радиоимпульсов, выход которого соединен с блоком возбуждения и приема упругих волн, при этом вход первого делителя частоты соединен с,выходом опорного генератора частотомера, а выход с блоком формирования радиоимпульсов и с вторым делителем частоты, выход которого подключен к одному иэ входов блока частотной модуляции и входу фазовращателя, причем выход первого делителя частоты соединен также с усилителем с автоматической регулировкой усиления,подключеннымвходом к блоку., возбуждения, и приема упругих волн, а выходом к детектору, выход которого соединен с входами блоков выделения амппитудной и паразитной ампли . тудной модуляции, соединенными с сумматором и с блоком выбора отраженных сигналов, вход которого связан с выходом первого делителя частоты и одним входом синхронного фильтра, подключенного также к выходам сумматора и фазовращателя, выход которого соединен с одним иэ входов синхронного детектора, второй вход которого подключен к синхронному фильтру, а выход к фильтру низких частот, который соединен через формирователь закона регулирования с вторым входом блока частотной модуляции, причем вход вычислительного блока соединен с выходом частотомера, а выход — с блоком индикации.

982442

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к технике измерений высоких давлений.

Известен ультразвуковой измери5 тель давления, содержащии электро-. акустически последовательно соединенные генератор импульсов, излучающий и приемный акустические преобразователи, последовательно соединенные усилитель, селектор импульсов по длительности, каскад задержки, регуля4 тор амплитуды. импульсов, преобразователь время-на ряжение", сумматору регистрирующий прибор, селектор импульсов по времени, аналоговый делитель, каскад опорного параметра.

Недостатком данного изобратения является низкая чувствительность и точность измерения давления вследствие использования прямых методов измерения времени пробега ультразвуковой волны в контролируемой среде и невозможности применения этих устройств для измерения давления в мало- 25 габаритной камере высокого давления.

Известен также ультразвуковой измеритель давления, содержащий камеру высокого давления, эталонную среду, блок возбуждения и приема упругих 3О .волн и измерительную схему, состоящую из генератора непрерывных колебаний, частотомера, импульсного радиочастотного генератора, модулятора, усилителя и осциллографа.

Недостатками этого устройства являются низкая точность и быстродействие вследствие малого отношения cztrнал-шум, визуальной индикации и ручной установки частоты, соответствую- 4О .щей измеряемому давлению.

Целью настоящего изобретения является повышение точности-и быстродействия измерения давления.

С этой целью ультразвуковой изме- 45 ритель высокого давления, содержащий электроакустически соединенные камеру высокого давления эталонную среду, блок возбуждения и приема упругих волн частотомер, снабжен блоком часЭ

S0 тотной модуляции, соединенным с перестраиваемым частотномодулируемым генератором высокбй частоты, выход которого соединен с частотомером и через блок формирования радиоимпульсов

55 с генератором радиоимпульсов и блоком возбуждения и приема упругих воля; первым делителем частоты, соединенным с выходом опорного геяерато-; ра частотомера, с блоком формирования радиоимпульсов, с вторым делителем частоты, выход которого подключен к одному из входов блока частотной модуляции и входу фазовращателя, причем выход первого делителя часто" ты соединен с усилителем с автоматической регулировкой усиления, соединенным с генератором радиоимпульсов и блоком возбуждения и приема упругих волн, детектором, выход которого подключен к блокам выделения амплитудной и паразитной амплитудной модуляции, соединенными с сумматором и блоком выбора отраженных сигналов, вход которого связан с первым делителем частоты, с синхронньпч фильтром, подключенным к выходу сумматора и фазовращателя; синхронным детектором, соединенным с синхроннь м фильтром, фазовращателем я фильтром низких частот, выход которого через формирователь закона регулирования соединен с вторым: входом блока частотной модуляции; вычислительным блоком, вход которого подключен к частотомеру, а выход — к блоку индикации.

На чертеже изображена блок-схема предложенного ультразвукового измерителя высокого давления.

Ультразвуковой измеритель высоко"о давления содержит генератор 1 высокой частоты, блок 2 формирования радиоимпульсов, первый делитель 3 частоты, частотомер 4, второй делитель 5 частоты, блок б частотной модуляции, генератор 7 радиоимпульсов, блок 8 возбуждения и приема упругих волн, усилитель 9 с автоматической регулировкой усиления, пуансоны 10 камеры высокого давления,:эталояяую среду .11, рабочую среду 12, детектор

13, блоки 14 я 15 выделения соответствеяно амплитудной и паразиткой амп" лятудной модуляции, блок 16 выбора отраженных сигналов, сумматор 17, синхронный фильтр 18, синхронный детектор 19, фазовращатель 20, фильтр

2l низких частот, формирователь 22 закона регулирования, вычислительный блок 23, блок 24 индикации.

Устройство работает следующим образом. ,I

Частотномодулированное напряжение с выхода генератора 1 высокой частоты поступает яа блок 2 формирования радиоямпульсов, на второй вход которого подавтся напряжение с выхода

2442

3 .98 первого делителя 3 частоты опорного генератора базы времени частотомера

4, частота которого определяет частоту следования радиоимпульсов. Эта частота делится вторым делителем 5 частоты в целое число раз и подается на блок 6 частотной модуляции, который управляет генератором 1 высокой частоты.

Таким образом, блок 2 формирования радиоимпульсов вырабатывает ра.диоимпульсы фиксированной длительности с частотой следования, определяемой делителем 3 частоты и частотой заполнения, модулированной по частоте более низкой частотой. Эти радиоимпульсы поступают на генератор 7 радиоимпульсов, который усиливает их и подавляет параэитную амплитудную модуляцию. Мощный радиочастотный сигнал поступает на блок 8 возбуждения и приема упругих волн и одновременно для исключения перегрузки на время действия этого сигнала запирается усилитель 9 с автоматической регули. ровкой ° Упругие волны проходят через пуансон 10 камеры высокого давления, отражаются от его границы с эталонной средой 11 и через время, равное двойному времени пробега через пуансон 10 камеры высокого давления пре, образуются блоком 8 возбуждения и приема упругих волн в электрический сигнал, который подается на усилитель. 9 с автоматической регулировкой усиления, на выходе которого благодаря действию автоматической регулировки усиления поддерживается постоянная амплитуда отраженного сигнала независимо от изменения затухания упругих волн в пуансонах 10 камеры высокого давления.

Система: камера высокого давления — эталонная среда 11 — рабочая среда 12 для упругих волн является неоднородной линией с распределенными параметрами. При определенной частоте падающей ультразвуковой волны эталонная среда 11 будет четверть волновым трансформатором, согласующим линии пуансон 10 камеры высокого давления — рабочая среда 12 и амплитуда установившейся отраженной волны в линии будет равна нулю.

Но вследствие частотной модуляции падающей волны и нарушения условия

:идеального согласования линий укаэанная амплитуда отлична от нуля и изменяется с двойной частотой частотной модуляции ультразвуковой волны. При отклонении частоты ультразвуковой волны от среднего значения условие

5 согласования линий нарушается и сигнал на выходе линии приобретает амплитудную -модуляцию, причем фаза этой. амплитудной модуляции определяется знаком отклонения частоты ультразвуковой волны от среднего значения.

Кроме того, вследствие неидеальности частотной характеристики электроакустического тракта от генератора 1 высокой частоты до выхода усилителя 9 сигнал приобретает паразитную амплитудную модуляцию с частотой частотной модуляции, при этом амплитуда модуляции падающей волны равна величине паразиткой амплитудной модуляции установившейся волны, Ъ

Полныи отраженный сигнал с выхода усилителя 9 через детектор 13 подается на блок 14 выделения амплитудной

25 и блок 15 выделения паразиткой амплитудной модуляции, управляемые блоком

16 выбора отраженных сигналов с частотой следования радиоимпульсов и с их выходов сигналы амплитудной и па30 разитной амплитудной модуляции подаются на сумматор 17, где они инверсно складываются и интегрируются.

Таким образом, на выходе сумматора 17 возникает низкочастотный периодический сигнал, амплитуда которого

35 определяется исключительно степенью согласования линий, а частота — "резонансной" характерис тикой согласующего четвертьволнового трансформатора. Если частота падающей ультразвуковой волны равнй среднему значению, частота сигнала на выходе сумматора

17 равна удвоенной частоте частотной модуляции. При отклонении частоты

4б падающей волны от среднего значения частота сигнала на выходе сумматора

17 равна частоте частотной модуляции, причем в завйсимости от знака откло-. нения от среднего значения изменяет5О ся знак фазы этого сигнала.

Сигнал с выхода сумматора 17 подается на последовательно включенные синхронный фильтр 18 и синхронный детектор 19, управляемые первым делителем 3 частоты и через второй делитель 5 частоты фазовращателем 20, необходимым для компенсации фазового сдвига сигнала, вносимым интегратором сумматора 17. Синхронный Фильтр

982442

ВНИИПК Заказ 6494 Тираж 84 У Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная

18 выделяет сигнал из шума и этот сигнал детектируется синхронным детектором 19. Тем самым обеспечивается высокая чувствительность и изменение величины и полярности сигнала на выходе фильтра 21 низких частот в зависимости от величины и знака отклонения частоты ультразвуковой волны от среднего значения, Этот сигнал че- 10 рез формирователь 22 закона регулирования, обеспечивающий необходимые статические и динамические характеристики измерителя, подается на вто" рой вход блока 6 частотной модуляции, 15 который поддерживает среднюю частоту генератора 1 высокой частоты так, чтобы сигнал на выходе фильтра низких частот был равен нулю, что соответствует равенству частоты ультра- 20 звуковой волны среднему значению час-, тоты.

Средняя частота генератора 1 высокой частоты измеряется частотомером

4, так как частота модуляции генера- 25 тора 1 высокой частоты определяется генератором базы времени частотомера .4, и эа время измерения частоты гене ратора 1 высокой частоты отклоняется от средней на постоянную величину равное число раз.

Результат измерения частоты годается с частотомера 4 в вычислительный блок 23, в который предварительно введены параметры эталонной среды с известной зависимостью упругих свойств от давления. После обработки этой информации вычислительным блоком 23 значение величины давления в камере выдается на блок 24 индикации.

При изменении давления в камере высокого давления резонансная часто° та трансформатора изменяется, отраженный сигнал приобретает амплитудную модуляцию и на выходе фильтра ниэкЦк частот возникает сигнал, величина и знак которого определяется величиной и знаком отклонения давления. Этот сигнал через формирователь 22 закона регулирования и блок 6 частотной модуляции изменяет частоту генератора 1 высокой частоты так, чтобы выполнилось условие согласования при данном давлении в камере 10, высокого давления. При этом сигнал на выходе фильтра низких частот станет равным нулю и частотомер 4 измеряет частоту генератора 1 высокой частоты, соответствующую данному давлению„ а его величина индицируется блоком 24 индикации.

Применение ультразвукового измерителя давления позволило повысить точность и быстродействие при измерении высоких давлений за счет использования специального радиоимпульсного сигнала, воздействующего на акустическую систему, уменьшения шумов электроакустического и измерительного трактов, а также обеспечения автоматизации измерений.