Устройство для определения скорости ультразвука

Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(72) Автор изобретения Н.П. Воробьев Алтайский политехнический институт им И.И. Ползунова(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА1Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при ультраакустических технологических и аналитических измерениях в веществах, находящихся в различных агрегатных состояниях. 5Известно устройство для определения скорости ультразвука, содержащеегенератор излучающий и приемныйпреобразователи, блок автоматического регулирования уровня энергии, подводимой к излучающему пьезоэлементукак функции наперед заданного соотношения сигнал/шум на выходе приемного пьезоэлемента, и регистрирующийблок Щ ,Недостаток этого устройства состоит в том, что при возникновениифлуктуационных явлений в среде неизбежно самопроизвольное скачкообразное изменение отсчитываемой величины,вызванное переходом импульса с Фронта на фронт, что снижает точность.измерений. 2Кроме того, в условиях широкодиапазонных измерений скорости ультразвука помехозащищенность измерений резко снижается вследствие того, что увеличивается интервал времени, в течение которого возможно появление импульсных помех от влияния сильных электрических полей и случайных динамических ударов.Наиболее близким по техничеекой сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для определения скорости ультразвука, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов, излучающий и приемный преобразователи, усилитель, интегрирующий видеодетектор и формирователь импульсов, а также счетчик импульсов, подключенный ко второму. выходу генератора импульсов 21.Недостатком известного устройства является его малая помехозащищенность и точность измерений вследствие того, 883734что в нем обеспечивается нечувствительность по отношению к любым видамвозмущающих помех только в интерваледействия интегрирующего видеодетектора, однако вне зоны действия интегрирующего видеодетектора помехоустойчивость и точность устройства резкоснижается, особенно в широком диапазоне частот автоциркуляций, так какприходится неоправданно завышать потенциальный уровень привязки к первому ультразвуковому импульсу, прошедшему через среду. Это справедливодаже в случае наличия только шумовойпомехи, так как при этом отдельныеброски напряжения для нормального шума в несколько раз превышают среднеквадратичное напряжение шумовойпомехи, цто также способствует чрезмерному завышению потенциальногоуровня привязки к переднему. фронту.принятого импульса, увеличивает дисперсию измерения временного положения принятого импульса и уменьшаетточность измерений. 15 20 Цель изобретения - увеличение точности и помехозащищенности измеренийскорости ультразвука.Указанная цель достигается тем,что устройство для определения скорости ультразвука снабжено последовательно соединенными линейным усилителем, блоком привязки уровня, детектором, усилителем постоянного то 35ка и регулируемым усилителем, а также управляемым сопротивлением и синхронизируемым генератором, причемвход линейного усилителя подключен квыходу приемного преобразователя,4 Овыход регулируемого усилителя подключен ко входу генератора импульсов,выход и вход управляемого сопротивления подключены соответственно ковторому входу интегрирующего видеодетектора и к выходу счетчика импуль 45сов, вход синхронизируемого генератора подключен к выходу формирователя,а его выход - ко второму входу регулируемого усилителя,На чертеже представлена блок-схемапредлагаемого устройства для,определения скорости ультразвука.Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 импульсов,излучающий преобразователь 2, приемный преобразователь 3, усилитель 4,интегрирующий видеодетектор 5 и формирователь 6 импульсов, причем второй выход генератора 1 импульсов подключен ко входу счетчика 7 импульсов. Устройство снабжено также последовательно соединенными линейным усилителем 8, блоком 9 привязки уровня, детектором 10; усилителем 1 постоянного тока и регулируемым усилителем 12, а также управляемым сопротивлением 13 и синхронизируемым генератором 14. Причем вход линейного усилителя 8 подключен к выходу приемного преобразователя 3, выход регулируемого усилителя 12 подключен ко входу генератора 1 импульсов, выход управляемого сопротивления подключен ко второму входу интегрирующего видеодетектора 5 вход управляемого сопротивления 13 подключен к аналоговому выходу счетчика 7 импульсов, вход синхронизируемого генератора 14 подключен к выходу формирователя 6, а выход синхронизируемого генератора 14 ко второму входу регулируемого усилителя 2.При включении устройства синхронизируемый генератор 14 вырабатываетэлектрический импульс, который,пройдя через регулируемый усилитель12, генераторимпульсов, усиливается и поступает на излучающий преобразователь 2, вызывая генерациюи излучение в среду акустическогоимпульса,Акустический импульс после прохождения исследуемой среды принимается приемным преобразователем 3,преобразуется в электрический импульс, усиливается усилителем 4, детектируется интегрирующим видеодетектором 5, формируется формирователем б и вновь поступает на вход синхронизируемого генератора 14, вызывая повторный цикл автоциркуляцииэлектроакустических импульсов в синхрокольце. При этом синхроимпупьсысо второго выхода генератора 1 поступают на вход счетчика 7, в котором происходит индикация результатов измерения скорости ультразвукав среде, и с аналогового выходасчетчика 7 сигнал, пропорциональныйскорости ультразвука (частоте автоциркуляций) поступает на вход управляемого сопротивления 13, величинакоторого уменьшается при увеличениисигнала на его входе. Поскольку выход управляемого сопротивления 13подклюцен параллельно интегрирую,цей емкости видеодетектора 5, тоэтим обеспечивается обратная пропорциональность постоянной времени видеодетектора частоте автоциркуляцийв устройстве. В процессе работы синхроимпульсы с выхода приемного преобразователя 3 поступают также на вход линейного усилителя 8, усиливаются им без ограничения и посту" пают на вход блока 9 привязки уровня, отрегулированный так, что сигнал управления на его выходе появляется только в случае превышения заданного отношения сигнал/шум на входе усилителей 4 и 8.С выхода блока 9 сигнал, поступает на вход детектора 10, детектируется в нем и далее усиливается усилителем 11 постоянноготока, с выхода которо" го он поступает на первый вход регулируемого усилителя 12, усиление которого максимально при отсутствии сигнала с выхода блока 11. В результате напряжение на выходе генератора 1, а следовательно, и мощность, подводимая к излучающему преобразователю, оказываются функционально зависимыми .от заданного оптимального уровня полезного сигнала на выходе приемного преобразователя 3 т.е. соотношение сигнал/шум на выходе блоков 3 и 4 поддерживается стабильным. Стабильность же соотношения сигнал/шум на входе интегрирующего видеодетектора и обратная пропорциональность его постоянной времени частоте автоциркуляций в совокупности позволяет минимизировать уровень привязки к переднему фронту принятого импульса и оптимизировать время интегрирования сигнала в видеодетекторе, т.е. увеличить точность и помехозащищенность измерений скорости ультразвука.Наиболее эффективно применение предложенного устройства в качестве широкодиапазонного толщиномера, уровнемера, измерителя расстояний и мо" лекулярных масс, в качестве газо- анализатора, работающего по синхро-. кольцевому принципу. При этом резко повышается помехозащищенность измерений, а следовательно, точность и надежность разрабатываемой аппаратуры. Использование устройства целесообразно и в качестве узкодиапазонного измерителя скорости ультразвука,З где выигрыш в увеличении помехозащищенности менее заметен, но зато полностью реализуется дополнительное ,повышение точности измерений за счет снижения порогового уровня фиксацииф первого ультразвукового импульса.формула изобретенияО у стройство для определения скорости ультразвука, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов, излучающий и приемный преобразователи, усилитель, интегрирую 20 щий видеодетектор и формировательимпульсов, а также счетчик импульсовподключенный ко второму выходу генератора импульсов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью увели 1 ф чения точности и помехоэащищенностиизмерений, оно снабжено последовательно соединенными линейным усилителем, блоком привязки уровня, детектором, усилителем постоянного тока36 и регулируемым усилителем, а такжеуправляемым сопротивлением и синхронизируемым генератором, причем входлинейного усилителя подключен к выходу приемного преобразователя, выходз регулируемого усилителя подключен ковходу генератора импульсов, выход ивход управляемого сопротивления подключены соответственно ко второмувходу интегрирующего видеодетекторащ и к выходу счетчика импульсов, входсинхронизируемого генератора подключен к выходу формирователяа его выход - ко второму входу регулируемого усилителя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Носов В.А. Проектированиеультразвуковой измерительной аппаратуры.М., "Машиностроение", 1972,с. 1212. Там же, с. 118 (прототип).883734 Составитель Е. ЛитвиновРедактор Г. Волкова Техред Е.Гаврилешко Корректор Н. Швыдкая Тираж 910 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, 1-35, Раушская наб., д, 4/5 Заказ 10212/65 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4