Устройство для определения параметров акустических релаксационных процессов в средах

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯМЕТРОВ АКУСТИЧЕСКИХПРОЦЕССОВ В СРЕДАХ(57) Изобретение отвам ультразвуковойтехники и может бытдля исследования вементах молекулярной ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАРЕЛАКСАЦИОННЫХ сится к средстмерительнойиспользовано еств в экспер акустики. Цел ние производи изобретения - повыш тельности за счет в ального совме УДАРСТНЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Каунасский политехнический интитут им. Антанаса Снечкуса(56) Илгунас В.,кас В. Ультразвуры, Вильнюс, Мок щения экспериментальных данных поскорости ультразвука в среде с математической моделью, описывающей исследуемые релаксационные процессы.Экспериментальные данные по частотной зависимости скорости ульразвукав исследуемой среде вводят в устройство с помощью блока 1 ввода данных.Экспериментальные данные отображаются на эране индикатора 3. Сюда жевыводятся кривые математических моделей исследуемых релаксационных процессов. Кривые формируются с помощьюгенератора 10 линейно нарастающегонапряжения, делителей 11-13, 16 и17 напряжения и функциональных преобразователей 14 и 15 обратной пропорциональной зависимости. О парамет- ррах акустических релаксационных процессов судят по сигналам на выходах Сукаэанных делителей напряжения. 2 ил.1 12953Изобретение относится к средствам ульразвуковой измерительной техники.и может быть использовано для исследования веществ в экспериментах молекулярной акустики.5Цель изобретения - повышение производительности за счет визуального совмещения экспериментальных данных по скорости звука в среде с математической моделью, описывающей иссле дуемые релаксационные процессы.На Фиг. 1 представлена структурная схема устройства для определения параметров акустических релаксационных процессов в средах; на фиг, 2 - 15 картина, получаемая на индикаторе.Устройство содержит блок 1 ввода данных, блок 2 памяти, индикатор 3, блок 4 возведения в квадрат, вход которого подключен к выходу блока 1 20 ввода данных, а выход - к блоку 2 памяти, подключенные к первому выходу блока 2 памяти последовательно соединенные компаратор 5, ключ 6, перг вый делитель 7 напряжения и коммутатор 8, выход которого подключен кс первому входу индикатора 3, цифроаналоговый преобразователь 9, вход которого подключен к второму выходу блока 2 памяти, а. выход - к информацион пому входу ключа б, последовательно соединенные генератор 10 линейно нарастающего напряжения и второй делитель 1 напряжения, подключенные к выходу последнего И каналами преобразования сигналов из последовательно соединенных третьего делителя 12 (13) напряжения, функционального преобразователя 14 (15) обратной пропорциональной зависимости от чет вертого делителя 16 (17) напряжения, общйй для всех И каналов преобразования сигналов сумматор 18, выход которого подключен к второму информа - ционному входу коммутатора 8, подклю ченные к выходу синхронизации блока 1 ввода данных регистр 19 адреса., выход которого подключен к управляющему входу блока 2 памяти, и регулятор 20 смещения, подключенный к первому 50 входу коммутатора 8, и второй регулятор 21 смещения в каждом из И каналов преобразования сигналов, кроме первого канала, подключенный к соответствующему входу сумматора 18, вы ход синхронизации генератора 10 линейно нарастающего напряжения подключен к входу управления коммутатора. 8 и к второму входу управления регист 21 2ра ",9 адреса., выход генератора 10 нарастающего напряжения к второму входу индикатора 3, выход второго делителя 11 напряжения к второму входу компаратора 5, выход которого соединен с третьим входом управления регистра 19 адреса.Устройство работает следующим образом.С помощью блока 1 ввода данных в устройство вводят экспериментальные значения скорости ультразвука св исследуемой среде на ряде частот Е,Значения скорости с и соответствующие им значения частоты Г возводятся в блоке 4 в квадрат. Каждое значение с и соответствующее Г за 2 Я писывается в блок 2 памяти по определенному адресу, который задается регистром 19 адреса, При этом часть2слова отводится для с , часть дляйГ , Сигналом с блока 1 ввода данных для каждой пары пифр Г Ьи ссодержи - мое регистра 19 увеличивается на единицу. С записью всего массива данных заканчивается первая фаза работы устройства.В дальнейшем начинается Фаза анализа результатов измерения запуском генератора 10 линейно нарастающего напряжения. Сигналом с него гасится регистр 19 адреса и считывается инФормация из нулевой ячейки блока 2 памяти. Одновременно линейно нарастающее напряжение начинает поступать с выхода второго делителя 11 на компаратор 5, который сравнивает сигна- лы, поступающие с блока 2 памяти и с второго целителя 11 напряжения и в момент их равенства выдает сигналы на выход. Сравнение осуществляется в аналоговой или дискретной Формах,В первом случае блок 5 должен содержать преобразователь код-аналог,йпреобразующий код Г , поступающий из блока 2 памяти, в аналоговый сигнал, и схему сравнения аналоговых . сигналов. Во втором случае блок 5 должен содержать преобразователь аналог-код, преобразующий сигнал с второго делителя 11 напряжения в код, и схему сравнения кодов. Одновременно код св цифроаналоговом преобразователе 9 нреобазуется в аналоговую Форму - напряжение. Сигнал равенства с компаратора 5 замыкает ключ 6 и прибавляет единицу в регистр 19 адреса, С блока 2 памяти считываЯ ется следующая пара значений 2 и с.Известна математическая модель, описывающая частотную зависимость скорости ультразвука в среде в случае одного релаксационного процессатй йс=с + (с - с) ---- -ф (2)фф д ффф 55 з 1295 Сигнал на выходе компаратора 5 пропадает и, при возрастании напряжения с выхода второго делителя 11, опять появляется в момент равенства сигналов, подаваемых на компаратор 5. Опять 5 замыкается ключ б, подавая на выход напряжение, пропорциональное следующе 2му значению с , а с блока 2 памятифффсчитывается следующая пара с, Г и т.д, до считывания всего массива. ОТаким образом, на коммутатор 8 поступает импульсный сигнал, амплитуда которого пропорциональна значениям с а расстояние от начала соответйственно значениям Г . Первым делитеилем 7 напряжения и регулятором 20 смещения регулируется масштаб и смещение этого сигнала, Процесс его формирования показан на фиг. 2, где наклонной прямой изображено выходное 20 напряжение второго делителя 11 напряжения Б, ф УфП- сигналы, соответствующие Е , Г , , Г , а так же соответствующие им значения с сс (а оси с ), представленные 25йф 2ина индикаторе 3 в виде точек,Одновременно напряжение с второго делителя 1 напряжения через регулятор масштаба оси "х" (третий делитель 12 (13) напряжения) поступает 30 на вход функционального преобразователя 14 (15) обратной пропорциональности, где преобразуется согласно формулеП К1(1)35выл П +ффгде Пф Увы - входное и выходное напряжения, К, П, - константы.Выходной сигнал функционального преобразователя 14 через регулятор 40 масштаба оси "у" (червертый делитель 16) и сумматор 18 поступает на коммутатор 8, который переключается с началом каждого периода линейно нарастающего напряжения. Таким обра зом, на индикаторе 3 попеременно отображаются непрерывной линией выходное напряжение сумматора 18 и сигнал с выхода первого делителя 7 в виде точек (экспериментальные данные). 50 где с , с, - значения скорости наофочень низкой (фнулевойф) и очень ны -сокой ( бесконечной ф) частотах, Грелаксационная частота,Формуламожет быть переписана в вицес - с,(3)с - сСОоткуда следует, что частотная зависимость скорости в системе координат, с , Г /ф". изображается гиперт.чболой, центр которой имеет координаты (с, ф 1), а асимптоты параллельны координатным осям.В случае одного релаксационного процесса выходные сигналы всех каналов преобразования сигналов, кроме первого, с помощью четвертых делителей 17 устанавливаются равными нулю. Таким образом, выходное напряжение блока 18 изображается на индикаторе 3 в виде отрезка гиперболы. Вторым делителем 11 напряжения подбирается размер изображения по оси "х", первым делителем 7 напряжения - по оси "у", а регулятором 20 - смещение по вертикали с таким расчетом, чтобы все экспериментальные точки поместились в пределах рабочего поля индикатора. Далее регуляторами 12 и 16, и при необходимости регулятором 20 смещения, регулируются масштабы по осям до наибольшего совпадения экспериментальных точек с гиперболой, Этот случай изображен кривой 22 (фиг. 2) и точками, буквой А (с крес-. тиком) обозначен центр гиперболы.Остальные кривые иллюстрируют действие регуляторов (делителей напряжения).1При увеличении напряжения, снимаемого с регулятора 12, в два раза получают кривую 23 с центром Бф абсцисса которого в два раза меньше.При уменьшении напряжения в два раза, соответственно кривую 24, абсцисса центра В которой в два раза больше. Так как абсцисса центра гиперболы равна Гф то регулятор 12 может быть отградуирован непосредственно в Гц2и по нему отсчитана Г , Общий регулятор 11 (второй делитель напряжения) сжимает все изображение по оси "х". Таким образом, он может быть неградуирован, или отградуирован в Гц /см. При увеличении или уменьшении выходного напряжения функционального пре 5 12953образователя 14 регулятором 16 кривая22 преобразуется в кривую 25 или 26соответственно с изменением ординатыцентра в два раза (центр кривой 25на фиг, 2 не показан, ноль ординатна фиг, 2 соответствует с, ). Такимобразом, один из регуляторов 7 и 16может быть градуирован в м/с другой - безразмерным множителем, регулятор 20 - м /с . С регулятора 20 10Р 2снимают значения с а с - с получают, перемножив показания регуляторов 7 и 16,В случае наличия в среде болеечем одного релаксационного процесса, 15используют и остальные каналы преобразования сигналов, например блоки13-18, регулируя масштабы гиперболырегуляторами 13 и 17, а смещение еепо вертикали вторым регулятором 21 20смещения,и суммируя все гиперболыв блоке 18. Частоту более высокочастотного релаксационного процесса снимают со шкалы регулятора 13, с - с с регуляторов 16 и 7 согласно описанному выше, а с - с регулятора21, который градуирован в м /с,Устройство позволяет определитьвсе параметры релаксационного процесса, имея всего несколько отсчетов 30по индикатору 3 (для определенияцентра гиперболы, согласно геометрической ее интерпретации, достаточнотрех точек), позволяет исследоватьсреды с несколькими релаксационнымипроцессами, определяя параметры каждого из них. Свойства, гипербол,которыми изображаются частотные зависимости скорости, позволяют изменениеммасштаба сжать низкочастотную часть 40в почти вертикальную кривую, оставляявсе поле для высокочастотной части,или "вытолкнуть" высокочастотнуючасть за пределы поля, расширяя низкочастотную часть зависимости. Это 45позволяет повысить точность определения параметров акустических релаксационных процессов в средах.Формула изобретенияУстройство для определения параметров акустических релаксационных 21 6процессов в средах, содержащее блок ввода данных, блок памяти и индикатор, о т л и ч а ю ш е е с я тем,что, с целью повышения производительности, оно снабжено блоком возведения в квадрат, вход которого подключен к выходу блока ввода данных, авыход - к блоку памяти, подключеннымик первому выходу блока памяти последовательно соединенными компаратором,ключом, первым делителем напряжения и коммутатором, выход которого подключен к первому входу индикатора, цифроаналоговым преобразователем,вход которого подключен к второму выходу блока памяти, а выход - к информационному входу ключа, последовательно соединенными генератором линейно нарастающего напряжения и вторым делителем напряжения, подключенными к выходу последнего И каналами преобразования сигналов из последовательно соединенных третьего делителя напряжения, функционального преобразователя обратной пропорциональной зависимости и четвертого делителя напряжения, общим для всех М каналов преобразования сигналов сумматором, выход которого подключен к второму информационному входу коммутатора, подключенным к выходу синхронизации блока ввода данных регистромадреса, выход к:оторого подключен к управляющему входу блока памяти, регулятором смешения, подключенным к первому входу к:оммутатора, и вторым регулятором смещения в каждом из И каналов преобразования сигналов кроме первого канала, подключенным к соответствующему входу сумматора, выход синхронизации генератора линейно нарастающего напряжения подключен квходу управления коммутатора и к второму входу управления регистра адреса, выход генератора линейно нарастающего напряжения - к второму входу индикатора, выход второго делителя к второму входу компаратора, выход которого соединен с третьим входом управления регистра адреса.1295321 Составитель Г.Максимочкин ктор П.Гереш каз 612/ одписное ИИПИ Госу по делам 13035, Москро зн 1 чс геенн ул.Проектна поли Техред И.Попович Тираж 17 рственного коми зобретений и от а, Ж, Раушск ета СССРрытиия наб., д афическое предприятие, г.уж Корректор Г.Решет