Ультразвуковое измерительное устройство

(22) Заявлено 12.11. 79 (21) 2840738/25-10с присоединением заявки МВ. (51.М. Кл.з С 01 М 29/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 0710 Я 2(71) Заявитель Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОИСТВО Изобретение относится к измерительной технике.По основному авт, св. М 757975 известно ультразвуковое измерительное устройство, содержащее последовательно соединенные блок настройки частоты, генератор высокочастотного напряжения, камеру с двумя преобразователями, усилитель, схему определения уровня 0,707, формирователь импульсов и селектор одиночных импульсов, а также смеситель, входы которого подключены к выходам генератора высокочастотного напряжения и усилителя, а выход - к второму входу формирователя импульсов, измерительный блок, состоящий из последовательно соединенных ключа, фильтра низкой частоты и схемы сравнения-усиления, и индикатор 1.Однако устройство обладает недостаточной точностью измерения.Целью изобретения является повышение точности измерений.Поставленная цель достигается тем, что. устройство снабжено последовательно соединенными вторым ключом и вторым фильтром низкой частоты, причем выход селектора одиночных импульсов подключен к управляющему входу второго ключа, который связыва ет вход опорного напряжения схемы, сравнения-усиления с входом второго фильтра низкой частоты, а входы индикатора подключены к выходам первого и второго фильтров низкой частоты.На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 эпюры напряжений.Устройство состоит из генератора 1, камеры 2, заполненной исследуемой средой, с излучающим 3 и приемным 4 пьеэопреобразователями, усилителя 5, схемы 6 определения уровня 0,707, блока 7 настройки частоты, формирователя 8 импульсов, селектора 9.одиночных импульсов, смесителя 10, схемы 11 совпадения-усиления, первого ключа 12, первого фильтра 13 низкой частоты,ичдикатора 14, второго ключа 15 и второго фильтра 16 низкой частоты. 25 На Фиг. 2 графиком 17 изображеновыходное напряжение 01 схемы 11 сравнения-усиления, входное напряжение Фильтра 13 (заштриховано) и выходное напряжение его Цс. Графиком 18 изоб- ЗО раженоопорное напряжение По, вход964525, ное напряжение фильтра 16 (заштриховано) и выходное напряжение его ц,Устройство работает следующим об- разом.Высокочастотный электрический сигнал, вырабатываемый генератором 1, преобразуется преобразователем 3 в ультразвуковые волны, распространяющиеся в исследуемом веществе в камере 2. Волны, прошедшие среду, ,преобразуются приемным преобразова релем 4 в электрический сигнал, уси; ливаемый усилителем 5. Приемный преобразователь 4 выполнен широкополосйым и, если исследуется сравнительно малопоглощающая среда, снабжен 15 необходимыми согласующими слоями для исключения заметной ревербера-. ции ультразвука в камере. Частота генератора 1 все время изменяется в ту или иную сторону под воздействием блока 7 настройки частоты, Ввиду широкополосности приемного преобразователя 4 выходное напряжение его оказывается модулированным по закону резонансной характеристики.излучающего преобразователя 3, когда частота генератора изменяется вблизи его резонанса. Напряжение преобразователя 4 максимально, когда частота равна резонансной частоте .излучающего преобразователя 3, и ;уменьшается при отходе в любую сторону, Когда напряжение уменьшается до 0,707 от максимального значения, срабатывает схема б и воздействует на блок 7 настройки. Посредством этого блока изменяется направление перестройки частоты на противоположное. В результате частота генератора.1 качается в пределах полосы пропускания излучающего преобразователя 3. 40Ультразвуковые волны достигают преобразователя 4 с опозданием дТ: -С где В - расстояние между преобразователями, с - скорость ультразвука в исследуемой среде. 45На выходе смесителя 10 выделяется сигнал биений, период Т которого равенТ -, (1) 5 ОСК. 6где К - скорость изменения частоты.Формирователь 8 вырабатывает изсигнала. биений импульсы длительностьюТ. Селектор 9 одиночных импульсов про пускает один импульс с формирователя 8в течение каждого интервала междудвумя импульсами схемы 6, Длительность этого интервала равна дР/К,где дР - полоса излучающего преобразователя 3,Импульс селектора 9 замыкает ключи 12 и 15 на время Т.Постоянная. составляющая последовательности импульсов длительностью 65ц ц К 2 СоГ дР где цо - опорное напряжение, К 1 - константа,откуда ц, - цв дР,Ы(2) Схема 11 сравнения-усиления обеспечивает сравнение входного тока от истбчника опорного напряжения цо и выходного тока фильтра 13 и усиление сигнала, пропорционального разности токов.С другой стороны, плотность р исследуемой среды выражается так к агР=1С где К 3 - константа.Из сравнения Формул (2) и (3)вытекает у = - Ц- К,Огде К 4 - константа,Опорное напряжение цб посредствомключа 15 также преобразуется в импульсы (график 18), постоянная составляющая которых выделяется фильтром 16 и, наряду с выходным напряжением фильтра 13, поступает на индикатор 14 - измеритель отношениянапряжений,Постоянные составляющие последовательности импульсов длительностьюТ, выделенные фильтрами 13 и 16 низкой частоты соответственно пропорциональны.дР д Рцс= ц ф "С -"о ТК 1 тК Таким образом, на входы изме-. рителя отношений постоянных напряжений поступают напряжения с фильтров 13 и 16 низкой частоты, и отношение "с /цс 1 пропорционально измеряемой плотности р .Как видно иэ анализа графиков 17 и 18, постоянная составляющая Ц импульсов длительностью Т, сформиТ, выделенная фильтром 13 (график 17),ТКйропорционапьна цдР =где ц - выходное найряжение схемы 11 сравнения-усиления. Прн достаточно большом. коэффициенте усиления схемы сравнения-усиления устанавливается равновесиерованных из напряжения Ц заштриховано на графике 17, фиг. 2), под действием обратной связи поддерживается пропорциональной опорному напряжению Бо, т. е постоянной. При изменении дГ/т соответственно изменяется Ю, . Однако напряжение О подвергается Флуктуациям, спектр которых находится вне полосы пропускания фильтра 13 (высокочастотные) и они обратной связью не устраняются. В известном устройстве индикаторизмеряет непосредственно напряжение 0 и, если индикатор быстродействующий (время измерения обозначенодТ), Флуктуации приводят к возник,новейию погрешности. То же самое относится и к индикатору с большим временем .измерения аТ 1 - флуктуации приводят к разбросу показаний.В предлагаемом устройстве аналогичные импульсы вырабатываются из опорного напряжения Цв (фиг. 2, график 18) и измеряется отношение средней составляющей их Ис с напряжением Ус.Таким образом, участки с неконтролируемыми флуктуациями (незаштрихованные) из процесса измерения исключаются. Более того, устраняется.влияние неидеальности сглаживания фильтрами: пульсации обоих напряжений имеют одинаковую процентную величину, закон и устраняются, что 5 повышает точность измерений.формула изобретения1 О Ультразвуковое измерительноеустройство по авт. св. М 757975,о т л и ч а ю щ е е.с я тем, что,с целью увеличения точности измерений, оно снабжено последовательносоединенными вторым ключом и. вторымФильтром низкой частоты,. причем выход селектора одйпочних импульсовподключен к управляющему входу второго ключа, который связывает вход20 опорного напряжения схемы сравненияусиления с входом второго фильтранизкой частоты, а входы индикатора подключены к выходам первого ивторого фильтров низкой частоты..Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 757975, кл. С 01 Я 29/00, 19789 б 4525 СоставительТехред М.Кош Радакто.р овецк сно де лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. ПроектИая, 4 Заказ 7618/23 ТиВНИИПИ Государствен по делам изобретен113035, Москва, Ж,Бурбелора Корректор М. Демчик ж 887го комитета ССи открытийаушская наб.,