Ультразвуковой измеритель высокого давления

Изобретение относится к областиизмерительной техники, в частности ктехнике измерений высоких давлений.Известен ультразвуковой измери д 5тель давления, содержащии электро-.акустически последовательно соединенные генератор импульсов, излучающий иприемный акустические преобразователи, последовательно соединенные усилитель, селектор импульсов по длительности, каскад задержки, регуля 4тор амплитуды. импульсов, преобразователь "время-напряжение", сумматор,регистрирующий прибор, селектор импульсов по времени, аналоговый делитель, каскад опорного параметра.Недостатком данного изобратенияявляется низкая чувствительность иточность измерения давления вследствие использования прямых методов измерения времени пробега ультразвуковой волны в контролируемой среде иневозможности применения этих устройств для измерения давления в малогабаритной камере высокого давления.Известен также ультразвуковой измеритель давления, содержащий камерувысокого давления, эталонную среду,блок возбуждения и приема упругих 30волн и измерительную схему, состоящую из генератора непрерывных колебаний, частотомера, импульсного радиочастотного генератора, модулятора,усилителя и осциллографа.35Недостатками этого устройства являются низкая точность и быстродействие вследствие малого отношения сигнал-шум, визуальной индикации и ручной установки частоты, соответствую" 40.щей измеряемому давлению,Целью настоящего изобретения является повышение точяости.и быстродействия измерения давления.С этой целью ультразвуковой измеритель высокого давления, содержащийэлектроакустически соединенные камеру высокого давления эталонную среду,блок возбуждения и приема упругихволн частотомер, снабжен блоком часФ50тотной модуляции, соединенным с перестраиваемым частотномодулируемым генератором высокбй частоты, выход которого соединен с частотомером и через блок формирования радиоимпульсов55с генератором радиоимпульсов и блоком возбуждения и приема упругихволя; первым делителем частоты, соединенным с выходом опорного геяерато-; ра частотомера, с блоком формирования радиоимпульсов, с вторым делителем частоты, выход которого подключен к одному из входов блока частотной модуляции и входу фазовращателя, причем выход первого делителя часто" ты соединен с усилителем с автоматической регулировкой усиления, соединенным с генератором радиоимпульсов и блоком возбуждения и приема упругих волн, детектором, выход которогоподключен к блокам выделения амплитудной и паразитной амплитудной модуляции, соединенными с сумматором и блоком выбора отраженных сигналов,вход которого связан с первым делителем частоты, с синхронным фильтром,подключенным к выходу сумматора ифазовращателя; синхронным детектором,соединенным с синхронным фильтром,фазовращателем я фильтром низкихчастот, выход которого через формирователь закона регулирования соединен с вторым входом блока частотной модуляции; вычислительным блоком, входкоторого подключен к частотомеру, авыход - к блоку индикации.Йа чертеже изображена блок-схемапредложенного ультразвукового измерителя высокого давления,Ультразвуковой измеритель высокого давления содержит генератор 1 высокой частоты, блок 2 формированиярадиоимпульсов, первый делитель 3частоты, частотомер 4, второй делитель 5 частоты, блок б частотной модуляции, генератор 7 радиоимпульсов,блок 8 возбуждения и приема упругихволн, усилитель 9 с автоматическойрегулировкой усиления, пуансоны 10камеры высокого давления,:эталоннуюсреду .11, рабочую среду 12, детектор 13, блоки 14 я 15 выделения соответствеяно амплитудной и паразиткой амп"лятудной модуляции, блок 16 выбора отраженных сигналов, сумматор 17, синхронный фильтр 8, синхронный детектор 19, фазовращатель 20, фильтр 21 низких частот, формирователь 22 закона регулирования, вычислительный блок 23, блок 24 индикации.Устройство работает следующим образом.Частотномодулированное напряжение с выхода генератора 1 высокой частоты поступает яа блок 2 формирования радиоямпульсов, на второй вход которого подавтся напряжение с выхода24424 з .98 первого делителя 3 частоты опорного генератора базы времени частотомера 4 частота которого определяет частоту следования радиоимпульсов. Эта частота делится вторым делителем 5 частоты в целое число раз и подается на блок 6 частотной модуляции, который управляет генератором 1 высокой частоты.Таким образом, блок 2 формирования радиоимпульсов вырабатывает ра.диоимпульсы фиксированной длительности с частотой следования, определяемой делителем 3 частоты и частотой заполнения, модулированной по частоте более низкой частотой. Эти радио- импульсы поступают на генератор 7 радиоимпульсов, который усиливает их и подавляет параэитную амплитудную модуляцию, Мощный радиочастотный сигнал поступает на блок 8 возбуждения и приема упругих волн и одновременно для исключения перегрузки на время действия этого сигнала запирается усилитель 9 с автоматической регули. ровкой, Упругие волны проходят через пуансон 1 О камеры высокого давления, отражаются от его границы с эталонной средой, 11 и через время, равное двойному времени пробега через пуансон 10 камеры высокого давления пре, образуются блоком 8 возбуждения и приема упругих волн в электрический сигнал, который подается на усилитель. 9 с автоматической регулировкой усиления, на выходе которого благодаря действию автоматической регулировки усиления поддерживается постоянная амплитуда отраженного сигнала независимо от изменения затухания упругих волн в пуансонах 10 камеры высокого давления.Система: камера высокого давления - эталонная среда 11 - рабочая среда 12 для упругих волн является неоднородной линией с распределенными параметрами. При определенной частоте падающей ультразвуковой волны эталонная среда 11 будет четверть волновым трансформатором, согласующим линии пуансон 10 камеры высокого давления - рабочая среда 12 и амплитуда установившейся отраженной волны в линии будет равна нулю.Но вследствие частотной модуляции падающей волны и нарушения условия :идеального согласования линий укаэанная амплитуда отлична от нуля и изменяется с двойной частотой частотноймодуляции ультразвуковой волны. Приотклонении частоты ультразвуковойволны от среднего значения условие5согласования линий нарушается и сигнал на выходе линии приобретает амплитудную -модуляцию, причем фаза этой.амплитудной модуляции определяетсязнаком отклонения частоты ультразвуковой волны от среднего значения.Кроме того, вследствие неидеальностичастотной характеристики электроакустического тракта от генератора 1 высокой частоты до выхода усилителя 9сигнал приобретает паразитную амплитудную модуляцию с частотой частотноймодуляции, при этом амплитуда модуляции падающей волны равна величине паразиткой амплитудной модуляции установившейся волны,Полныи отраженный сигнал с выходаусилителя 9 через детектор 13 подается на блок 14 выделения амплитудной25 и блок 15 выделения паразиткой амплитудной модуляции, управляемые блоком16 выбора отраженных сигналов с частотой следования радиоимпульсов и сих выходов сигналы амплитуднои и паЗО разитной амплитудной модуляции подаются на сумматор 17, где они инверсно складываются и интегрируются,Таким образом, на выходе сумматора 17 возникает низкочастотный периодический сигнал, амплитуда которого35определяется исключительно степеньюсогласования линий, а частота - "резонансной" характеристикой согласующего четвертьволнового трансформатора. Если частота падающей ультразву- .ковой волны равнй среднему значению,частота сигнала на выходе сумматора17 равна удвоенной частоте частотноймодуляции. При отклонении частоты45 падающей волны от среднего значениячастота сигнала на выходе сумматора17 равна частоте частотной модуляции,причем в завйсимости от знака откло-.нения от среднего значения изменяется знак фазы этого (ягнзлаСигнал с выхода сумматора 17 подается на последовательно включенныесинхронный фильтр 18 и синхронный детектор 19, управляемые первым делителем 3 частоты и через второй делитель 5 частоты фазовращателем 20,необходимым для компенсации фазовогосдвига сигнала, вносимым интегратором сумматора 17. Синхронный Фильтр982442 аж 847 Подписно Проектная,18 выделяет сигнал из шума и этот сигнал детектируется синхронным детектором 19. Тем самым обеспечивается высокая чувствительность и изменение величины и полярности сигнала на выходе фильтра 21 низких частот в зависимости от величины и знака отклонения частоты ультразвуковой волны от среднего значения, Этот сигнал че рез формирователь 22 закона регулирования, обеспечивающий необходимые статические и динамические характеристики измерителя, подается на вто" рой вход блока б частотной модуляции, 15 который поддерживает среднюю частоту генератора 1 высокой частоты так, чтобы сигнал на выходе фильтра низких частот был равен нулю, что соответствует равенству частоты ультра звуковой волны среднему значению час-, тоты.Средняя частота генератора 1 высокой частоты измеряется частотомером 4, так как частота модуляции генера тора 1 высокой частоты определяется генератором базы времени частотомера 4, и эа время измерения частоты генератора 1 высокой частоты отклоняется от средней на постоянную величину 30 равное число раз.Результат измерения частоты года- ется с частотомера 4 в вычислительный блок 23, в который предварительно введены параметры эталонной средыс известной зависимостью упругих ВНИИПК Заказ 6494 Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужг свойств от давления. После обработки этой информации вычислительным блоком 23 значение величины давления в камере выдается на блок 24 индикации.При изменении давления в камере высокого давления резонансная частоц та трансформатора изменяется, отраженный сигнал приобретает амплитудную модуляцию и на выходе фильтра ниэкЦк частот возникает сигнал, величина и знак которого определяется величиной и знаком отклонения давления. Этот сигнал через формирователь 22 закона регулирования и блок 6 частотной модуляции изменяет частоту генератора 1 высокой частоты так, чтобы выполни- лось условие согласования при данном давлении в камере 10, высокого давления. При этом сигнал на выходе фильтра низких частот станет равным нулю и частотомер 4 измеряет частоту генератора 1 высокой частоты, соответствующую данному давлению а его величина индицируется блоком 24 индикациивПрименение ультразвукового измерителя давления позволило повысить точность и быстродействие при измерении высоких давлений за счет использования специального радиоимпульсного сигнала, воздействующего на акустическую систему, уменьшения шумов электроакустического и измерительного трактов, а также обеспечения автоматизации измерений,