Устройство для измерения коэффициента поглощения и скорости распространения ультразвука

СОЮЗ СО 8 ЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Н 5/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ КА ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт биологической физики АН СССР(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 587389, кл. О 01 И 29/00, 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ И СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКА(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для анализа свойств и состава растворов по их акустическим параметрам. Целью изобретения является повьппение точности измерений. В устройстве генератор возбуждает излучающий ультразвуковой преобразователь, который излучает ультразвуковые волны в исследуемую среду, заполняющую измерительную камеру. Последние принимаются приемным ультразвуковым преобразователем и через линейный усилитель поступают на второй. вход фазового детектора, на первый вход которого подается сигнал генератора, сдвинутый по фазе дискретным и аналоговым фазовращателями. С выхода фазового детектора сигнал поступает на вход генератора. Дискретный фазовращатель периодически по сигналам таймера генерирует скачки фазы величиной 1 Т/2, которые компенсируются за счет перестройки,ЯО;, 1272122 генератора по цепи отрицательной обратной связи. Уровни амплитуд, соответствующие различным состояниямдискретного фазовращателя, выделяются с помощью амплитудного детектора и фиксируются с помощью управляемого от таймера коммутатора и фиксатора уровней, На выходах дифференциального усилителя образуется сигнал разности амплитуд, который поступает на управляющий вход аналогового фаэовращателя в качестве сигналаотрицательной обратной связи, в результате чего аналоговый фазовращатель устанавливается в положение,при котором сигналы на выходе дифференциального усилителя равны нулю.При этом среднее арифметическое значение двух частот, соответствующихдвум состояниям дискретного фазовращателя, измеряемых частотомером,точно соответствует середине пикаамплитудно-частотной характерстикиреэонаторной ячейки. Измеряемое значение частоты однозначно связано соскоростью распространения ультразвука 1 =и П/21, где Г - измеряемоезначение частоты для п-го резонансного пика, П - скорость ультразвука,1 - расстояние между ультразвуковымипреобразователями. Величина девиациичастоты 2 Е однозначно связана с коэффициентом поглощения Н следующим соотношением: 2 ьГЛ =63/П+В, гдедлина ультразвука, В - постоянная,которая характеризует потери энергиив резонаторной ячейке 1 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использованодля анализа свойств и состава растворов по его акустическим параметрам,Известно устройство для измерениякоэффициента поглощения и скоростираспространения ультразвука, содержащее измерительную камеру постоянной длины с излучающим и приемнымультразвуковыми преобразователями,генератор, выход которого соединен сизлучающим ультразвуковым преобразователем, частотомер, вход которогосоединен с выходом генератора, измеритель девиации частоты, вход которого соединен с выходом генератора,дискретный фаэовращатель, вход которого соединен с выходом генератора,и фазовый детектор 11,Недостатком известного устройства является низкая точность измерений.ГЦель изобретения - повышение точности измерений.Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения коэффициента поглощения и скорости распространения ультразвука, содержащее измерительную камеру постоянной длины с излучающим и приемным ультразвуковыми преобразователями, генератор, выход которого соединен с излучающим ультразвуковым преобразователем, частотомер, вход которого соединен с выходом генератора, измеритель девиации частоты, вход которого соединен с выходом генератора, дискретный фазовращатель, вход которого соединен с выходом генератора, и фазовый детектор, снабжено аналоговым фазовращателем, вход которого соединен с выходом дискретного фаэовращателя, а выход - с первым вхоцом фазового детектора, последовательно соединенными линейным усили - телем, вход которого соединен с выходом приемного ультразвукового преобразователя, амплитудным детектором, коммутатором, фиксатором уров ней и дфференциальным усилителем, выход которого соединен с управляющим входом аналогового фазовращателя, и таймером, выход которого соединен с входами частотомера, измерителя девиации частоты, дискретного фазовращателя и коммутатора, второй вход Фазового детектора соединен с выходом линейного усилителя, а выход - с входом генератора.На чертеже изображена структурная схема устройства для измерения З коэффициента поглощения и скоростираспространения ультразвука.Устройство содержит измерительную камеру 1 постоянной длины с излучающим 2 и приемным 3 ультраэву О ковыми преобразователями, генера тор 4, выход которого соединен сизлучающим ультразвуковым преобразователем 2, частотомер 5, вход которого соединен с выходом генера тора 4, измеритель 6 девиации часто-ты, вход которого соединен с выходомгенератора 4, дискретный фаэовращатель 7, вход которого соединен с выходом генератора 4, фазовый детектор 20 8, аналоговый фаэовращатель 9, входкоторого соединен с выходом дискретного фазовращателя 7, а выход - спервым входом фазового детектора 8,последовательно соединенные линейныйусилитель 10, вход которого соединенс выходом приемного ультразвуковогопреобразователя 3, амплитудный детектор 11, коммутатор 12, фиксатор13 уровней и дифференциальный усили тель 14, выход которого соединен свходом аналогового Фаэовращателя9, и таймер 15, выход которого соединен с входами. частотомера 5, измерителя 6 девиации частоты, дискретного фазовращателя 7 и коммутатора12, Второй вход Фазового детектора 8соединен с выходом линейного усилителя 10, а выход - с входом генератора 4.Устройство работает следующимобразом.Напряжение генератора 4 возбуждает излучающий ультразвуковой,преобразователь 2, который излучает 4 ультразвуковые волны, распространяющиеся в исследуемой среде, заполняющей измерительную камеру 1. Ультразвуковые волны преобразуются вэлектрические колебания приемнымультразвуковым преобразователем 3,усиливаются линейным усилителем 10и поступают на второй вход фазовогодетектора 8, на первый вход которогоподается сигнал генератора 4, сдвину.тый по фазе дискретным фазовращателем 7 и аналоговым фазовращателем 9.С выхода Фазового детектора 8сигнал уровня пропорциональный разности фаэ входных сигналов, поступа=- - + ВПФ где 3ет на вход генератора 4 в качестве сигнала отрицательной обратной связи, обеспечивающей автоматическое поддержание режима, при котором разности фаз сигналов, поступающих на входы фазового детектора 8, равны нулю. Дискретный фазовращатель 7 периодически по сигналам таймера 15 генерирует скачки Фазы величиной Х/2, которые компенсируются эа о счет перестройки генератора по цепи отрицательной обратной связи. Уровни амплитуд, соответствующие различным состояниям дискретного фазовращателя 7, выделяются с помощью амплитуд ного детектора 11 и фиксируются с помощью управляемого от таймера 15 коммутатора 12 и фиксатора 1 З.уровней на соответствующих входах дифференциального усилителя 14. 20 На выходе дифференциального усилителя 14 образуется сигнал разности амплитуд, который поступает на управляющий вход аналогового фаэовращателя 9 в качестве сигнала отрицательной обратной связи, в результате чего аналоговый фазовращатель 9 устанавливается в положение, при котором сигнал на выходе дифференциального усилителя 14 равен нулю. При этом среднее арифметическое значение двух частот, соответствующих двум состояниям дискретного фазовращателя 7, измеряемых частотомером 5, точно соответствует середине пика амплитудно-частотной характеристики резона- торной ячейки. Измеряемое значение частоты однозначно связано со скоростью распространения ультразвука следующим соотношением: где Е - измеряемое значение частотыи. 45для и-го резонансного пика; 4Б - скорость ультразвука, м/с;1 - расстояние между ультразвуковыми преобразователями 2 и 3, которое постоянно.Величина. девиации частоты 2 Е одноО значно связана с коэффициентом поглощения с ультразвука в исследуемой жидкости следующим соотношением: 2 ьЕ ЕЛ - длина ультразвуковой волны; 4В - постоянная, которая характеризует потери энергии в реэонаторной ячейке, не обусловленные поглощением ультразвука в жидкости,Введение отрицательной обратнойсвязи, осуществляющей автоматическуюнастройку на середину пиков реэонаторной ячейки по признаку равенства амплитуд, измеряемых на противоположных крупных склонах амплитудно-частотной характеристики, фиксация двух точек, в которых измеряются частоты, отстоящие на величинуполосы пропускания резонаторной ячейки, и осуществление жесткой синхронизации таймером 15 частотомера 5,измерителя 6 девиации частоты, дискретного Фазовращателя 7 и коммутатора 12 позволяет повысить точностьизмерений при использовании предлагаемого устройства. Формула изобретения Устройство для иэмереьия коэффициента поглощения и скорости распространения ультразвука, содержащее измерительную камеру постоянной длины с излучающим и приемным ультразвуковыми преобразователями, генератор, выход которого соединен с излучающим ультразвуковым преобразователем, частотомер, вход которого соединен с выходом генератора, измеритель девиации частоты, вход которого соединен с выходом генератора, дискретный Фазовращатель, вход которого соединен с выходом генератора, и фазовый детектор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено аналоговым фазовращателем, вход которого соединен с выходом дискретного фазовращателя, а выход - с первым входом Фазового детектора, последовательно соединенными линейным усилителем, вход которого соединен с выходом приемного ультразвукового преобразователя, амплитудным детектором, коммутатором, фиксатором уровней и дифференциальным усилителем, выход которого соединен с управляющим входом аналогового Фазовращателя, и таймером, выход которого соединен с входами частотомера, измерителя девиации частоты, дискретноСоставитель Г. РыжаковаТехред Л.Сердюкова Корректор В. Бутяга Редактор Н. Тупица Заказ 6327/37 Тираж 507 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграФическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 5 1272122 аго фазовращателя и коммутатора, вто- с выходом линейного усилителя, а вой вход фазового детектора соединен выход - с входом генератора.