Устройство для измерения акустическихпараметров веществ

Союз Советскик Социалистических РеснубликОП ИС АНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТРРСКРМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ е(22) Заявлено 1909.79 (21) 2817437/25-10 (51)М. КЛ. С 01 Н 29/00 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет Государственный комитет СССР по дмам изобретений. и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЕЩЕСТВ2 1Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения и широком диапазоне частот акустических параметров: скорости распространения, дисперсии скорости и Коэффициента поглощения ультразвуковых волн .в веществах твердого, жидкого или газообразного состояния., в том числе и биологического происхождения.Известно устройство для измерения скорости распространейия и коэффи" циента поглощения ультразвука в образцах вещества постоянной длины, содержащее генератор.перестраиваемой частоты с блоком настройки, исследуемый образец твердого вещества с двумя.пьезопреобразонателями, один из которых подключен к генератору, другой - через усилитель ко входу:детектора, и индикатор 1 . Однако указанное устройство неявляется прямопоказывающим прибором,поскольку скорость и коэффициент по-глощения ультразвука определяютсярасчетным путем на основании анализазависимости величины модуля напряже-ния на выходе пьезоприемника от частоты,Наиболее близким .по техническойсути является устройство, содержащее,,акустический интерферометр, генератор перестраиваемой частоты, соединенный со.смесителем, усилитель,блок обработки и индикации 21 .Недостаток известного устройствасостоит в низкой точности измеренийи узком .частотном диапазоне.Цель изобретения - повышение точйости измерений и расширение частотного диапазона.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве интерферометр,выполнен двухканальным, н него нве- дены два коммутатора, избирательныйусилитель, детектор, аналого-цифровой преобразователь, кварцевый генератор, второй смеситель, фильтр 20 нижних частот, блок фазоной автоподстройки частоты, электронно-счетныйчастотомер, при этом выход первогосмесителя подключен через фильтрнижних частот ко входу усилителя,первый выход которого подключен черезпервый коммутатор ко нходу интерферометра, к выходу которого подключенчерез второй коммутатор первый входвторого смесителя, ко второму входу ЗО которого подключен второй выход ге 838548нератора перестраиваемой частоты,к выходу второго смесителя последовательно подключены избирательный усилитель, детектор, аналого-цифровой преобразователь своим первым входом и блок обработки и индикации, блокуправления своими выходами подключенко второму входу блока обработки ииндикации ко нтором, входу аналогоцифрового преобразователя, первомувходу частотомера к коммутаторам,через блок автоподстройки частотыко входу генератора перестраиваемойчастоты, а входом - к выходу блокаобработки и индикации, при этом второй вход частотомера подключен ковторому выходу усилителя, а выходк третьему входу блока обработки ииндикации,Ва чертеже представлена схемаустройстна.Выходы блока двухканального акустического интерферометра 1 соединенысо входами коммутатора 2, выход которого соединен со входом смесителя 3,Другой вход смесителя 3 соединен свыходом генератора 4 перестраиваемойчастоты. Выход смесителя 3 соединенсо входом избирательного усилителя 5выход которого подключен ко входу детектора б. Выход детектора б подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя 7. выход которого соединен со входом блока 8 обработки и индикации, Выход кварцевого генератора 9сое,цинен со входом смесителя 10,другой вход которого соединен с выходом генератора 4 перестраиваемой частоты. Выход смесителя 10 подключен ко входу Фильтра 11 нижних частот, выход которого подключен ко входу усилителя 12. Выход усилителя 12 подключен ко входу коммутатора 13, выходы которого соединены со входами блока двухканального акустического интерферометра 1. Выход блока 14 фазовой автоподстройки частоты подключен к управляющему входу генератора 4 перестраиваемой частоты, один из выходов которого подключен ко входу блока 14 Фазовой автоподстройки частоты, Другой вход блока 14 фазовой антоподстройки частоты соединен с выходом блока 15 управления. Вход электронно-счетного частотомера 16 соецинен с выходом усилителя 12, а выход со вторым входом блока 8 обработки и инцикации, выход которого соединен со входом блока 15 управления. Выходы блока 15 управления соединены с управляющими входами коммутаторов 2 и 13 аналого-цифрового преобразователя 7, блока 8 обработки,и индикации и электронно-счетного частотомера 16. Устройство для измерения акустических параметров веществ работает следующим образом. На один из входов блока двухканального акустического интерферометра 1 подается высокочастотный сигнал с частотой Г) который возбуждает пьеэоизлучатель выбранного акустического интерферометра. Он излучает ультразвуковые волны, распространяющиеся в исследуемом веществе ннаправлении пьезоприемника. Ультразвуковые волны частично отражаютсяот пьезоприемника, частично преобра О зуются им в высокочастотное напряжение. С выхода интерферометра сигналчастоты Г через коммутатор 2 подается на смеситель 3, где с помощьюсигнала частоты Г, поступающего с 15 генератора 4 перестраиваемой частотыпреобразуется в сигнал промежуточнойчастоты Гп = Гг - Гвх, выделяемыйП 4.с помощью избирательного усилителя 5.Далее этот сигнал детектируется щ с помощью детектора б и преобразуется с помощью аналого-цифроного преобразователя 7 в цифровой код, поступающий в блок 8 обработки и индикации.Сигнал с частотой Гэ, подаваемый 2 на вход интерферометра 1 Формируетсяиз сигнала частоты Г кварцевого генератора 9 путем преобразования егов смесителе 10 с помощью сигналачастоты Г , подаваемого с выхода генератора 4 перестраиваемой частоты.В результате преобразования на выходе смесителя 10 присутствует сигналс частотой Г 4 = Гг - Гкв, которыйпосле выделения Фильтром 11 нижнихчастот и усиления усилителем 12 че реэ коммутатор 13 поступает на одиниз каналов интерферометра 1, При выборе частоты кварцевого генератора,Равной э = Гв 4 , частота сигналана выходе коммутатора 13 равна ГБ, = 40 = Гп, = Гц . Таким образом обеспечивается автоматическое сопряжениемежду частотой источника. сигнала Г 8Цье(на выходе коммутатора 13) и частотой настройки Г преобразовательного каскада, включающего генератор4 перестраиваемой частоты, смеситель3 и избирательный усилитель 5. Указанный метод формиронания частоты измерительного сигнала позволяет исключить погрешность за счет частотного рассогласования, являющуюсянеизбежной при использовании раздельных источников сигнала и приемногоизбирательного устройстна. Перестройка частоты измерительного сигнала на 55 выходе коммутатора 13 и соответственно частоты настройки Г преобразовательного каскада осуществляетсяпутем перестройки частоты Гг электрически управляемого генератора 4, 60 Перестройка и подстройка по частоте генератора 4 осуществляется спомощью блока 14. Фаэовой автоподстрой.ки частоты, на вход которого с блока 15 управления подается цифровой сиг 65 нал в коде, соответствующем требуемойчастоте настроики генератора 4. Значение рабочей частоты устройства измеряется с помощью электронно-счетного частотомера 16, подключенного квыходу усилителя 12 и подается вблок 8 обработки и индикации.Последовательность операций, выполняемых в процессе измерения блоком15 управления и блоком 8 обработки ииндикации следующая.После установки в блоке 15 управления значений начальной и конечной 10частоты требуемого частотного диапазона, а также значения шага перестроики по частоте блок 15 управления выдает управлякщие сигналы накоммутаторы 2 и 13, В результате этой 5операции выбирается канал интерферометра с исследуемым образцом.Далее с выхода блока 15 управления на управляющий вход блока 14. Фаэовой автоподстройки частоты поступает сигнал в виде цифрового кода,устанавливающий частоту электрическиперестраиваемого генератора 4, равную ГГ= Рвх.,+ Гп 4, где Гз - начальная частота выбранного частотного рдиапазона, Частота генератора 4 (Рг )стабилизируется с помощью системыфазовой автоподстройки частоты блока 14. В результате на вход выбранного канала интерферометра подаетсясигнал с частотой Ецу,.Этот сигнал воздействует на пьезоизлучатель интерферометра и излучаемые им упругие волны принимаютсяпьезоприемником и далее через коммутатор 2 после преобразования в смесителе 3, селекции в избирательном усилителе 5 и детектирования детектором6 поступает на вход аналого-цифровогопреобразователя 7.При поступлении из блока 15 управления на управляющий вход аналогоцифрового преобразователя 7 сигналазапуска начинается процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой, по завершению которого цифровой 4сигнал с. выхода аналого-цифровогопреобразователя подается на вход блока 8 обработки и индикации.С приходом на управляющий входблока 8 обработки и индикации синхронизирующего сигнала из блока 15управления в блоке 8 осуществляетсяоперация сравнения значения амплитуды сигнала с выхода детектора,преобразованного в цифровой код Ос предыдущим значением О . При выполнении неравенства ООзначение амплитуды сигнала О сохраняется,а предыдущее значение сигнала Оаннулируется (в исходном состоянииО,= О),60Затем блок 15 управления на управляющий вход блока 14 фазовой автоподстройки частоты выдается новое значение цифрового кода, вызывающееприращение частоты перестраиваемого генератора 4 на заданную величину шага перестройки и в блоке 8 повторяется операция сравнения амплитуды сигнала с выхода детектора О с предыдущим значением О, . Процесс приращения частоты генератора 4 и сравненияамплитуд осуществляется до тех пор,пока не будет выполняться неравенствоО с О . В этом случае с блока 8 обработки и индикации в блок 15 управления выдается сигнал, обеспечивающий установку на выходе блока 15управления цифрового кода, соответствующего .предыцущему значению частоты генератора 4. Описанный алго.ритм работы устройства обеспечиваетотыскание значения частоты, при котором сигнал с выхода интерферометраимеет максимальное значение О, д,Эта частота (Г ) по команде из блока15 управления измеряется с помощьюэлектронно-счетного частотомера 16.Значение частотыс выхода электронно-счетного частотомера 16 запоминается в блоке 8 обработки и индикации и используется для расчетаскорости и ультразвука в исследуемомобразце.Затем блок 15 управления выдаетуправляющий сигнал на коммутаторы 2и 13 для включения интерферометра сбидистиллированной водой. Процесс перестроики по частоте и отысканиемаксимальнои амплитуды О дс фиксацией частоты Г осуществляется ана 2логичным образом как для интерферометра с исследуемым образцом. Расчетскорости ультразвука для бидистиллированной воды производится в блоке 8обработки и индикации,Используя полученное значение скорости ультразвука в бидистиллированной воде, блок 8 обработки и индикации определяет абсолютное значениетемпературы в камерах интерферометрас точностью 10, 001 С, что имеет исключительно важное значение при измерении акустических параметров органических образцов и позволяет учитывать температурную погрешность с высокой точностью, Определение температуры производится методом сравнениярасчетных значений скорости ультразвука в воде в зависимости от темпе-ратуры с измеренным значением скорости ультразвука в воде. Затем блок 15управления выдает управляющий сигнална коммутаторы 2 и 13, обеспечиваю-.щие подключение канала интерферометра с исследуемым образцом.Формула изобретенияУстройство для измерения акустических параметров веществ, содержащее акустический интерферометр, генератор перестраиваемой частоты, соединенный со смесителем, усилитель,838548 Траел цуеорцр оставитель В.Валуевехред М.Голинка Корректор В.Синиц Колесников Редак тираж 907 Подпарственного комитета СССРзобретений,и открытийЖ, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 4417/66 ВИИИПИ Госу по делам 113035, Москва, н Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна блок обработки и индикации, о т л ич а ю ш е е с я тем, что, с цельюповышения точности измерения и расширения частотного диапазона, в неминтерферометр выполнен двухканальным, в него введены два коммутатора,избирательный усилитель, детектор,аналого-цифровой преобразователь,кварцевый генератор, второй смеситель, фильтр нижних частот, блок фазовой автоподстройки частоты, электронно-счетный частотомер, при этомвыход первого смесителя подключенчерез фильтр нижних частот ко входуусилителя, первый выход которогоподключен через первый коммутаторко входу интерферометра, к выходукоторого подключен через второй коммутатор первый вход второго смесителя, ко второму входу которого подключен второй выход генератора пере.страиваемой частоты, к выходу второ"го смесителя последовательно подключены избирательный усилитель, детектор, аналого-цифровой преобразователь своим первым входом и блок обработки и индикации, блок управлениясвоими выходами подключен ко второмувходу блока:обработки и индикации,ко второму входу аналого-циФровогопреобразователя, первому входу частотомера, к коммутаторам, через блокавтоподстройки частоты - ко входугенератора перестраиваемой частоты,а входом - к выходу блока обработкии индикации, при этом второй входчастотомера подключен ко второму выходу усилителя, а выход - к третьему входу блока обработки и индикации. 35 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Во 1 еЕ 0.3 ЕЕЕ гапь. оп ьоись апд о 1 сгаьопсь, 10, Р 1, р. 1926, 1963.2 О 2, Авторское свидетельсТво СССР9599204, кл. С 01 й 29/00, 1978 (прототип).