Устройство для автоматического измерения скорости распространения ультразвука

Изобретение может быть использовано при определении фивикохимичес ких параметров сред, при НЕРЗЗРУШЗЮ щх методах контроля и являетсяусо- 5ЕЕРШЕНСТБОВЗНИЕМУСТРОЙСТБЗ ПО авт св Ю 1133987. т Целью дополнительного изобретена является повышение точности и рас ширение диапазона измерений скорости 10-частотомера в качестве которого при-р менен дискретный иамерительвремен- 151 ныинтервалов 5 на фиг 3 -временные диаграммы сигналов, поясняющие работу устройства О дматического измерения скоростирас 20 пространевия ультразвука содержит потследовательносоединенныеуправляемыйспо частоте генератор 1 делитель 2 час тоты генератор Здаондирующих импуль-Огосравненияформрователь 11 имдх пульсов направлении подстройки оси новной реверсивный счетчик 12 И цфчфактически образуют собой блок 14 име пульсно-дискретнойподстройки-частот1 ты 1 геиератора 1, выходом подключенный к управляющему входу генератора 13 при этом схема 9 совпадений вторым довкодомподклрчена к предварительному усилителю.6 через усилительограни читель 15, третьим входом к генератору З зондИРУШЩк импульсов черезвременной селекторг 16, а вьщод управт 45 ляемогопо частоте генератора 1 связан со счетчиком 17 импульсов, вторымИМНОГО ВРЕМЕННОГО сравненияь КРОМЗ 50того,в устройство введены дополни тельные делитель 18 частоты и реверссивныйсчетчик 19 счетные входы которого подклшчены к выходам переноса реверсивного счетчика 12, а первая группа его выкодов подсоединена к входам управления счетчика 17 имлульв сов, в качестве которого применен19 связана с входами управления дели теля 18 частоты с управляемым коэф ФИЦИЕНТОМ ДЕЛЕНИЕ, ВХОД КОТОРОГО ПОД. СОЕДИНЕН КДВЫМОДУ генератора 1, ЕВ качестве частотомера.20 применен дискретный измеритель временны интервалов, состоящий из последова тельно связанных делителя 21 частоты, формирователя 22 интервальным импульсов, счетчика 23 импульсов, к счетнот му входу которого подключен выход опорного кварцевого генератора 24нему цифровым индикатором 27.Устройство работает следующм образом 1 у - . -2. Управляемй по частоте генератор 1 вырабатывает колебания Пд (фиг.3 а) со сравнительно большой частотой,тоты, имеющй высокий коэффициент дедпения, что необходимо для запуска импульсам Пс низкой частотой следот вания (фигЬ 3 б) генератора 3 зондиру ющх импульсов. Последний формирует импульсы Ив возбуждения излучающего лреобразователя 4 с периодом Тштд(фиг.3 в),обеслечивающимОполное 1 зач туманна реверберационной помехи в акустически контролируемой среде, нрчто способствует получению высокойточности измерений. . Д 0 дновременно с возбуждением из лучающего преобразователя 4 Огенератор 3 зондирующих импульсов в момент времени гтвапускает временной селектор 16 и сбрасывает-счетчик 17 импульсов с улравляемм коэффицен в нулевое состояииев С этогомоментасчетопределенний временной интервал путем подсчета некоторого количествапо частоте генератора 1. При этом коэффициент пересчета счетчика 17 зависит от потенциалов на его упрввч ляющх входах и определяется кодовым сигналом, подаваемым со второго реч3 13930 версивного счетчика 19. После запал нення счетчик 17 импульсов пропускае ет в момент времени подсчнтанньй пьЩ импульс П (фцг.3 г 3 к своему вьшоду.Излучающий преобразователь А при возбп ении посьшает В акустически контролируемую среду ультразвуковой сигнал, которьй, распространяясь по среде, достигает приемного преобра зователя 5 через время Трддт , зависящее от физико-химических параметров контролируемого вещества. Акустический сигнал преобразуется приемным преобразователем 5 в злект трическнй И подается на предварительный усилитель 6, в котором сигнал усиливается и.стабилизируется по амплитуде с помощью автоматической регулировки усиления (фигъ 3 д).Линия 7 задержки и генератор 8 стробнмпульсов повходному сигналу П 6 (фигЗд) формируют задержанные относительно начала принятого сигнала узкие стробимпульсы Основном назначением широкополосного усилителяограничителя 15 является формв рование но принятому ультразвуковому сигналу фронтов с высокой крутизной. Наиболее крутой перепад информативного сигнала, соответствующий моменту времени па, стробируется схемой 9 совпадения посредством нмг лульсовд поступающих на ее входы с генератора 8 стробнмпульсов, с вред менного селектора 16 и с цмрокопот лосного усилителяограничителя 15. Схема 9 совпадения формрует наступающие на первьй вход схемы ТО взаимного временного сравнения, на второй вход которой в момент времени1 (фиг 3 г) подается импульс со счетчика 17 импульсов с коэффицентом пе 45 расчета, задаваемым кодом.Дальнейшая работа устройства основана на том, что момент времени Еддействия вьшодного импульса со счет 50 чика 17 вьтавниваетсч к моменту од прихода короткого импульса со схемы9 совпадения. Это достигается с помощью системы автоматической подстрой 55ки частоты генератора 1 и автоматнт ческого изменения коэффициента пересчета счетчика 17 импульсов с управляемым коэффициентом счета. 20 йПредположим, что импульс П н момент времени (фнг.3 г) со счетчика 17 импульсов суправляемым коэффнцич ентом счета, задаваемым кодом, лрн ходит нагсхему 10 взаимного временного сравнения раньше, чем короткий импульс Ы 9 в момент времени с 2(фнг.3 с) со схемы 9 совладений соотлетстчВУЮЩИЙ ПННЯТОМЪ УЛЬТВНЗЕУКОПОМУ СНГ г налу В Этомслучае схема 10 взаимно го Временного сравнения формируетна своем вьшоде перепад напряжений 1 ц положительной подярностн(фНР.3 ж). Во время формирования напряжения Штпения является нечувствительной к ЗХОДНЬГЧ раВНПБаеЪ-ТЪТЛ СНГНЗПЗМ, ЙРИЧМ длительность перепада импульса НЮ соизмерима со временем распространения импульсав среде, что исключает возможные сбои в работеустройстваза счет разновременного прихода срав-ниваемътсйгналов. По сигналу Ню фор ъшрователь 11 импульсовналравленияподстройки вырабатывает нормированный импульс Ц, соответствующей полярносГИ т В РЗССМЗТРВЭЕМОМ СЛУЧЗЕ ПОЛО жительной (фиг.Зи) Полярностью этого импульса определяется-режим работы первогореверсивного счетчика 12 для положительной вьМнтакшшй для отри цателЬной суммирующий. Но нормМрованному импульсу В- состояние первого реверсивного счетчнка 12 эане сенное внего в предьщущне циклы из мерений, изменяется на единицу вна единицу. Полученны реаулЬтирую Щий код числа преобразуется цнфроаналоговымпреобразователем 13 в более низкий УОВЕНБ управляющего напряже ния. Уменьшенное напряжение прикладывается к варикапу (не.показан) управляемого генератора 1. При умень шении приложенного напряжения варикап увеличивает свою емкость, поэто-. му-частота управляемого генератора1 уменьшается период его колебаний увеличивается и момент времени ЕдКфиг.3 г)пододвигаетсяна один шаг импульснотдискретной подстройки к моменту времени Е 1 (фиг 3 е). Подстройка осуществляется по каждому периоду измерений дискретньшсчетЧИка 17 с управляемым коэффициентом счета и со схемы 9 совпадений не Час 5 1393070 ч ьтота колебаний управляемого генерат тора 1 пропорциональна скорости рас-о простраиенин ультразвука в контролируемой среде. Если импульс.сосчетчи 5 на 17 приходит позже, чем импульс со схемы 9 совпадений, то меняется полнрность Управляющх импульсов и час тота генератора 1 поцстраиваетсявдругую сторону аналогичным образом. о. 10 Диапазон рабочих частот управляемого по частоте генератора 1 имеет ОГРЗНИЧЕННЫЕ ПРЕДЕЛЫ, ЧТО ОПБЕДЕЛЯ.ется как реально возможным диапазоиом 15 перестройки частоты генератора 1,так и диапавоном работы блока-14 импулЬснодискретной подстройки,поэ тому выравнивание моментавремени сд к моменту дгможет и Не ПРОИ 30 ЙТИц В этом случае реверсивньй счетчик 12 при своем переполнении, соответству ющем-одной из границ диапазона рабо Ачих частот управляемого генератора 1 формруетсигнал переноса которьйпоступает на один из счетны входов (суммирующий или вычитающйй) второго реверсивного счетчика 19. По сигналу переноса состояние последнего, аанесенное в него в предьщушиециклы измерения, изменяется соответг ствующим образомна единицу. В свою очередь по кодовым сигналам с реверсивного счетчика 19 счетчик 17 имч пульсов изменяет свой.ковффициент пересчета на один импульс таким обрааомчтобы установить частоту управт пяемогогенераторат впределахрабоче лгодиапазонаперестройки.Так,наприн мер,еслидиапазонаперестройкиблока 40 14 вместе сгенератором 1 недостаточное длятого чтобы выравнять момент временн сд к моменту временис 1 и момент сд предшествует моменту с 1 то шает свое минимальное значение кода меньше всех нулей и приобретает.тем самым другое крайнее положение кода все единицы, при этом на егоВЬШОДЗК ВЬШНЙЗТЬХВЗЕТСЯ РИГНЭЛ ПЗРЕНОса определенной полярности. По этому сигналу реверсивный счетчик 19 увеличивает на единицу свое состояниеи в соответствиис этим счетчик 17с управляемым коэффициентом счета пропускает к своему выходу не пьй импульс в момент времени с а СЦ 4 1)ьй импульс в момент времени Е,КОТОРЫЙ НЗЧИНЗЕТ СВНВНИВЗТЬСЯ С ВПЕЪменньм положением не информативногоультразвукового сигнала. Следовательно, количество импульс сов п, длительность п 1 которым автоматически подстраивается ко времени распространения ультразвука, ИЗМЕНЯВТСЯ. ЭТО ПРИВОДИТ К ТОМУ, ЧТОчастота управляемого генератора 1не в равной мере для всех поддиапазонов перестройки пропорциональна скорости распространения ультразвукао Поэтому колебании управляемого гене ратора 1 подаются на частотомер 20 через делитель частоты 18 с управля емы коэффициентом деления, причемкоэффициент его деления автоматичес ки устанавливается равны номеру пимпульса сравнения. Этим достигается строго пропорциональное и точное со ответствиеЧстоты, получаемой в ре зультате деленияскорости распростра.Ненип ультразвука. В самом деле скот роств С распространения ультразвука в среде равначастоты подстраивает п количество импульсов управляемого генератора 1 ко времени Тъдт распространения ультразвукате.(3) определнетсч скорость распространения ультразвука всреде, что Достигается автоматической установкой коэффицента деления делителя 18 частоты равны п, по сигналам, поступающим на его управпяющневходы с второй группы вышодов второго реверсивного счетчика 19 с рДелитель 18 частоты с управляемым коэффициентомцделения может иметь достаточно большое значение коэффициента деления п, поэтому, несмотря на сравнительно высокую частоту управлиемогб генератора 1, на вход частотомера 20 поступают колебанияТ со сравнительно низкой частотойравНОЙ НЕСОЛЬКИМ КИЛОВРЦНМ. В ЭТОМ случае, для получения высокой точное-Н ти измерений необходимы большие про 5 межутки времени, что препятствует высокому быстродействию измерений. Поэтому частотомером 20 осуществляет ся Быстродействующее измерение-частоты поступающих на его вход колеба- 10 дний. л Частота входиыи колебаниис помо-щью делителя 21 частоты (фиг.2) поии жается до инфраниэкой величины, при 5этом Формирователь 22 интервалвныщ импульсов-генерирует по полученным колебаниям интервальные импульсы,имеющие период однудве секунды. Да лее счетчиком 23 импульсов подсчиты до вается длительность интервальньщ имч лульсов с помощью опориы колебаний кварцевого генераторе 24 Однако подч считаниая.длительность интервальным имульсов дает результирующую величи 25 ну, обратно пропорциональную скорости распространения ультразвука. Пот этому-информация-со счетчика 23 ныпупьсов подается не регистратор 26 через цифровой блок 25 вычисленив обратным величи. В результате регистрирущщй прибор 26 фиксирует в со 30ОТВЕТСТВУЖОПППС ВДИНИЦЗХ значение СКО рОСЦГИ распространения УЛЬТРЗЗВУКЗ Ф о р м у л а И э о б р е т е н и я 1.Устройство для автоматическогоизмерения скорости распространения ультразвука по авт. св. Ю 1133987,от лци ч а ш щ еае с я. тем, что, с цельюповышения точности И расирения диапазоне измерений, оиоснабжено дополпительным делителем частоты н РВВВРСИВНЬЩ СЧЗЧЧНКОМ, СЧЕТНЫЕ ХОДЫ которого подключены к.выодам переноса основного реверсивного счетчика,первая группа его выходов к входам счетчика, а вторая группа выходов к входам управления дополнтельного делителя частоты, включенногомежду2. Устройствошпо п.1 о т л и ч а ю щ.е е с я тем, что,с целью повышения быстродействия измерений, частотомер выполнен ввиде последо вателвпо соединенныщделителячастоты, входкоторого является входом састотомера, формирователя временного интервала, счетчика импульсов,блока вычисления обратнъш величин И регистратора и кварцевого генератора,еподключенного к счетиому входу счет чика импульсов.