Устройство для измерения скорости распространения и коэффициента поглощения ультразвука

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 15 4 6 О 1 М 29/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт биологической физики АНСССР(56) Авторское свидетельство СССР по заявке3654784, кл. 6 01 Х 29/00, 24.01.85.(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ИКОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКА, содержащее измерительную камеру с излучающим и приемнымультразвуковыми преобразователями, генератор, последовательно соединенные первыйсмеситель, входы которого соответственносоединены с выходом приемного преобразователя и генератора, усилитель и фазовый детектор, выходом подключенный к выЯО 1404924 А 1 ходу генератора, соединенный с его выходом второй смеситель, последовательно соединенные генератор сигналов с эталонным сдвигом фаз и коммутатор, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора, формирователь меандра, выходом подключенный к управляющему входу коммутатора, второй вход которого и вход формирователя меандра соединены с вторым выходом генератора сигналов с эталонным сдвигом фаз, частотомер и измеритель девиации частоты, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено полосовым фильтром, первый вход которого соединен с выходом второго смесителя, второй вход - с выходом фазового детектора, а выход - с входом излучающего преобразователя, частотомером и измерителем девиации частоты, а второй вход второго смесителя соединен с вторым выходом генератора с эталонным сдвигом фаз.Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и может быть использовано в химической промышленности и биотехнологии, в научно-исследовательских и заводских лабораториях для анализа свойств сред с широким диапазоном акустических параметров.Целью изобретения является повышение точности измерений.На чертеже изображена блок-схема устройства,Устройство содержит измерительную камеру 1 с излучающим 2 и приемным 3 ультразвуковыми преобразователями, генератор 4, усилитель 5 низкой частоты, фазовый детектор 6, первый 7 и второй 8 смеси- тели, первые входы которых соединены с выходом генератора 4, второй вход первого смесителя 7 соединен с выходом приемного ультразвукового преобразователя 3, а выход - с входом усилителя 5 низкой частоты, выход которого соединен с первым входом фазового детектора 6, выход которого соединен с управляющим входом генератора 4, последовательно соединенные генератор 9 сигналов с эталонным сдвигом фаз и коммутатор 10, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора 6, формирователь 11 меандра, связанный выходом с управляющим входом коммутатора 10, второй вход которого и вход формирователя 11 меандра соединены с вторым выходом генератора 9 сигналов с эталонным сдвигом фаз, соединенные по входам излучающий ультразвуковой преобразователь 2, частотомер 12 и измеритель 13 девиации частоты, перестраиваемый полосовой фильтр 14, вход которого соединен с выходом смесителя 8, а выход - с входом излучающего ультразвукового преобразователя 2, управляющие входы частотомера 12 и измерителя 13 девиации частоты соединены с выходом формирователя 11 меандра; управляющий вход перестраиваемого полосового фильтра 14 соединен с выходом фазового детектора 6, а второй вход смесителя 8 - с вторым выходом генератора 9 сигналов с эталонным сдвигом фаз,Контуры перестра ива ем ого полосового фильтра 14 и генератора 4 являются взаимно-сопряженными и средняя частота полосы пропускания полосового фильтра 14 во всем диапазоне рабочих частот отличается от частоты генератора 4 приблизительно на величину Г., а ширина полосы пропускания фильтра меньше 2 Р.,Устройство работает следующим образом.Сигналы частоты с выхода генератора 4 и частоты Гн с выхода генератора 9 с эталонным сдвигом фаз преобразуются смесителем 8 и полосовым фильтром 14 в сигнал суммарной или разностной частоты 1,+Р., поступающий на вход излучающего преобразователя 2, который излучает ультразвуковые волны, распространяющиеся в измерительной камере 1 с исследуемой средой. Ультразвуковые волны воздействуют на приемный преобразователь 3, на выходе которого образуются электрические колебания, поступающие на сигнальный второй вход первого смесителя 7, на опорный первый вход которого поступает синусоидальный сигнал с выхода генератора 4. Сигнал частоты Г, сформированный на выходе смеси теля 7 и промодулированный по фазе за счетсвойств исследуемого раствора, усиливается усилителем 5 низкой частоты и поступает на первый вход фазового детектора 6, на второй вход которого поступает сигнал, промодулированный по фазе на величину - двухуровневым сигналом типа меандр, %йоступающим с выхода формирователя 1 меандра на управляющий вход коммутатора 10, который коммутирует на выход попеременно сигналы то с первого, то с второ го выходов генератора 9 сигналов с эталонным сдвигом фаз.Напряжение с выхода фазового детектора 6 поступает,на управляющие входы генератора 4 и полосового фильтра 14 в качестве сигнала отрицательной обратной связи в системе фазовой автоматической подстройки частоты, обеспечивающей стабилизацию частоты 1,-+Г в двух точках фазочастотной характеристики и-го резонанса (ФЧХ) измерительной камеры 1, отличаюЗ 0 щихся от центральной точки ФЧХ с нулевойфазой на -1- -ф При поступлении сигнала- 4с второго выхода генератора 9 на второй вход фазового детектора 6 система ФАПЧ настраивается на точку ФЧХ, в которой разность фаз между сигналами на входе и сиг налом на выходе измерительной камеры 1равна - -. Это достигается предваритель 5 Гной настройкой фазового детектора 6. При поступлении на второй вход фазового детектора 6 с первого выхода генератора 9 сигнала с фазой, отличающейся от фазы сигнала на втором выходе на +, система ФАПЧ настраивается на точку ФЧХ с фазой+- . Таким образом, обеспечивается модуляция разности фаз между сигналом йа входе и сигналом на выходе измеритель ной камеры 1. Возникающую при этом девиацию частоты у, обратно пропорциональную добротности измерительной камеры 1 с исследуемой средой, измеряет измеритель 13 девиации частоты, а частотомер 12 О измеряет среднее значение частоты 1.Скорость ультразвука С определяют посреднему значению частоты 1 из следующего соотношения;1= пС21 где,п - номер резонанса;- расстояние между ультразвуковыми1404924 Составитель Л. КондрыкинскаяРедактор А.Шандор Техред И. Верес Корректор С ЧерниЗаказ 3096/47 Тираж 847 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж - 35, Раушская наб д. 45Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 преобразователями, которое постоянно.Номер п определяют из следующего соотношения: ГпГл:л(2)Частоту Х измеряют с помощью инвертирования сигнала в усилителе 5 низкой частоты.Коэффициент поглощения связан с величиной девиации частоты у 1 следующим соотношением: где г, - длина ультразвуковой волны,В - постоянная, которая характеризуетпотери энергии, не обусловленные поглощением ультразвука в исследуемой среде. Использование изобретения обеспечит исключение составляющей погрешности измерений, связанной с ошибкой в системе регулирования частоты и фазы, что повышает точность измерения устройства.