SU1226066A1 - Цифровой измеритель скорости ультразвука - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к средствам неразрушающего контрол  и может быть использовано дл  исследовани  и контрол  физико-химических свойств и состава различных сред, веществ и материалов. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени . В цифровом измерителе скорости ультразвука генератор зондирующих импульсов .возбуждает излучающий преобразователь , от которого через исследуемую среду распростран етс  ультразвуковой импульс, принимаемый преобразователем . Импульс синхронизатора устаиавливает состо ние 1 на выходе триггера, очищает счетчик от результата предьвдущего измерени  и записывает в счетчик число N - f- L хх xlO , где NO - полный объем счетчика; L - базовое рассто ние; f - частота следовани  счетных импульсов генератора; г - целое число, определ ющее цену делени  и точность измерени  скорости. Введение счетчика с предварительной установкой начального кода и элемента И-И-ИЛИ позвол ет повысить точность измерени  и единство измерений за счет использовани  в алгоритме измеритель- ;ной базы. 2 ил. (Л

Description

Изобретение относитс  к средства неразрушающего контрол  и может быть ис пользовано дл  исследовани  и контрол  физико-химических свойст и состава различных сред, веществ и материалов.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени .

На фиг.1 изображена структурна  схема цифрового измерител  скорости ультразвука; на фиг.2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу.

Измеритель содержит синхронизатор 1, последовательно электроакустически соединенные генератор 2 зондирующих импульсов, излучающий и приемный преобразователи 3 и 4, уси литель 5 и первый элемент 6 задержк последовательно соединенные второй элемент 7 задерзкки, первый триггер первый счетчик 9 и индикатор 10,генератор 11 счетных импульсов, второй триггер 12, второй счетчик 13 с преварительной установкой начального кода и элемент И-И-ШШ 14. Выход генератора 11 счетных импульсов подключен к входу синхронизации второго счетчика 13, вход Сброс и. выход первого триггера 8 соединены соответственно с выходом усилител  5 и счетным входом второго счетчика 13, выход синхронизатора 1 св зан с входом Установка второго триггера 12, первым входом элемента И- И-ИЛИ 14, входом Сброс первого счетчика 9 и входом предварительной установки второго счетчика 13, вход Сброс и выход второго триггера 12 соединены соответственно с выходом второго счетчика 13 и вторым входом элемента И-И-ШЖ 14, выход nepBOJ o элемента 6 задержки подключен к третьему входу элемента И-И- ИЛИ 14, а его выход св зан с входами генератора 2 зондирующих импульсов и второго элемента задержки.

Цифровой измеритель скорости работает следующим образом.

Импульс синхронизатора 1 (.фиг.2, диаграмма 15), определ ющий начало каждого измерени  скорости ультразвука , устанавливает состо ние 1 на выходе триггера 12 (фиг.2, диаграмма 16), очищает счетчик 9 от результата предыдущего измерени  - устанавливает состо ние О на всех его разр дах и записывает в счетчик

13 число NP - f

L lO , воздейству 

5

0

5

0

5

0

0

55

на его третий вход (вход предварительной установки начального кода), где N - полный объем счетчика 13; L - базовое рассто ние, через которое проходит ультразвук в процессе измерени  его скорости; f - частота следовани  счётных импульсов генератора 11; г - целое число, определ ющее цену делени  наименьшего разр да результата и точность измере- ни  скорости. Этот же импульс синхронизатора 1 (фиг.2, диаграмма 15), пройд  через первый вход элемента И-И-ИЛИ 14, поступает на входы генератора 2 зондирующих импульсов и элемента 7 задержки. .Двухвходовый элемент И в элементе-И-И-ИЛИ 14 требуетс  дл  второй половины, а в первой половине два входа имеютс  в цел х унификации, и в рассматриваемом случае они объединены как первый вход элемента И-И-ШШ 14 (фкг. 1).

Импульс, поступающий на элемент 7 задержки, задерживаетс  в нем на врем  tf, , равное суммарному времени задержек срабатывани  генератора 2 зондирующих импульсов и усилител  5 и прохождени  ультразвукового импульса через призмы излучающего и приемного преобразователей 3 и 4 (фиг.2, диаграмма 18).

Генератор 2 зондирующих импуль- сов возбуждает излучающий преобразователь 3 (фиг.2, диаграмма 17), от которого через исследуемую среду распростран етс  ультразвуковой импульс . Этот импульс, достигнув приемного преобразовател  4, преобразуетс  последним в электрический импульс. Электрический импульс от приемного преобразовател  4 усиливаетс  и ограничиваетс  усилителем 5 (фиг„2-19).

Выходные импульсы элемента 7 задержки и усилител  5 (фиг.2, диаграммы 18 и 19) поступают на входы триггера 8 соответственно как старт- и стоп-сигналы. Триггер 8 фор1 Шрует на своем выходе пр моугольный импульс с длительностью Т (фиг.2, диаграмма 20), который  вл етс  измер емым интервалом времени. При этом интервал Т определ етс  только временем распространени  ультразвукового импульса в исследуемой среде через базовое рассто ние L.

Пр моугольный импульс с выхода триггера 8 поступает на первый вход

3

первого счетчика 9 и на второй вход второго счетчика 13.

В счетчик 9 записываетс  число Пр моугольный импульс, поступающий на второй вход счетчика 13, заполн етс  счетными импульсами генератора 11 (фиг.2, диаграмма 21). Результат заполнени , равный числу Tf, суммир (N так 6 заетс  с содержимым счетчика 13 f L 10 +Tf.

Импульс с выхода усилител  5 же поступает на вход элемента держки (фиг.2, диаграмма 19). Элеме 6 производит задержку входного импульса на врем  t полного затухани  многократных отражений ультразвукового импульса н исследуемой срде дл  исключени  возможности ложно запуска генератора 2.зондирующих импульсов . Если в исследуемой среде н возникают отраженные ультразвуковые импульсы, например, при измерении скорости головных волн в крупногабаритных издели х, то врем  t задержки в элементе 6 может быть све- дено до минимума дл .повьшени  быстродействи .

Импульс с выхода элемента 6-задержки проходит через открытую вторую половину элемента И-И-ИЛИ 14 (н втором входе от триггера 12 присутствует сигнал 1) и поступает на входы элемента 7 задержки и генератора 2 зондирующи с импульсов дл  второго возбуждени  ультразвукового импульда.

После возбуждени  ультразвуковог импульса в исследуемой среде триггер 8 второй раз формирует пр моугольный импульс с длительностью Т. В счетчик

9 записываетс  число 2, а в чик 13 -(N- - f-L lo ) + 2Tf.

счет .Описанный автоциркул ционный процесс возбуждени  ультразвукового импульса в исследуемой среде продол- . жаетс  до формировани  на выходе триггера 8 некоторого т-го пр моугольного импульса с длительностью Т. В результате формировани  т-го пр моугольного импульса и измерени  его длительности Т в счетчик 1.3 записываетс  число (N;, - f-L 10 )+mTf, а в счетчик 9 - число т. При этом число m - это такое минимальное возможное число, при котором суммарный, результат т-кратного измерени  длительности Т, записанный в счетчик 13, должен достигать числа f-L 10

(N - f- LMO ) + mTf N

(I)

т.е. число m - такое число, когда после (т-1)-кратного измерени  длительности Т суммарный результат еще не достигнет числаN

(N . - f L-10 ) + (in-l )Tf N

(2)

Из неравенства (l) следует, что суммарный результат т-кратного измерени  длительности Т должен быть не менее числа

15

mTf f- L lO

(3)

Тогда число m, записанное в счетчик 9 и  вл ющеес , результатом измерени  скорости ультразвука, определ етс  из соотношени  (3)

f- Ь- 10 L . „ ,г in / / m V-IO ,(41

5

0

5

0

5

где V скорость ультразвука

в исследуемой среде.

Таким образом, число m  вл етс  переменной величиной и однозначно определ етс  скоростью ультразвука в исследуемой среде.

Так, после формировани  т-го пр моугольного импульса на выходе триггера 8 его длительность Т также заполн етс , счетными импульсами генератора 11. Счетные импульсы, заполнившие длительность Т, поступают на счет в счетчик 13. После поступлени  (f L lO )-го счетного импульса с начала измерени  скорости ультразвука счетчик 13 переполн етс  (в нем записываетс  число NO ) и вырабатьгоает импульс Перенос (фиг.2, диаграмма 22). Счетный (f-L-lO )-й импульс находитс  в т-й пачке счетных импульсов генератора П -(фиг.2, диаграмма 21).

Импульс Перенос с выхода счетчика 13 переключает триггер 12 в состо ние О (фиг.2, диаграмма 16). Выходкой сигнал триггера 12 (состо - 0 ние О) закрывает вторую половину элемента И-И-ИЛИ 14. Прохождение автоциркул ционных импульсов дл  запуска генератора 2 зондирующих импульсов прекращаетс , и измерение скорости ультразвука заканчиваетс .

Результат измерени  скорости ультразвука - число m с выхода счетчика 9 вьшодитс  на индикатор

5

10 дл  отсчета. Отметим, что согласно уравнению измерени  (4) устройства содержимое счетчика 9 отличаетс  от значени  V на коэффициент 10 . По- этому дл  представлени  результата измерени  скорости в метрах в секунду в зависимости от выбранного значени  г зап та  в индикаторе 10 вручную переключаетс  на г цифровых разр дов, что  вл етс  аналогом делени  на число Ю. Тогда результат измерени  скорости V, и после

зап той в индикаторе 10 присутствуют г значащих цифровых разр дов.

Таким образом, выбором необходимого значени  определ етс  цена делени  наименьшего цифрового разр да индикатора 10. Так, если выбрать г 2, то зап та  в индикаторе 10 переключаетс  перед измерением скорости на два зар да, и после зап той присутствуют два цифровых разр да, т.е. цена делени  0,01 м/с.,

Форму л а изобретен

Цифровой измеритель скорости ультразвука , содержащий синхронизатор, п следовательно злектроакустически соединенные генератор зондирующих импульсов , излучающий п приемный преобразователь , усилитель и первый элемент задержки, последовательно соединенные второй элемент задержки, первый триггер, первый счетчик и индикатор , генератор счетных 1импульсов и второй триггер, отличающий- с   тем, что, с целью повьшени  точности измерени , он снабжен вторым счетчиком с предварительной установкой начального кода и элементом И-И-ИЛИ, выход генератора счетных импульсов подключен к входу синхронизации второго счетчика, вход Сброс и выход первого триггера со- единены соответственно с выходом усилител  и счетным входом второго счетчика , выход синхронизатора св зан с входом Установка второго триггера, первым входом элемента И-И-ИЛИ, входом Сброс первого счетчика и входом предварительной установки второго счетчика, вход Сброс и выход второго триггера соединены соответственно с выходом второго счетчика и вторым входом элемента И-И-ИЛИ, выход первого элемента задержки подключен к третьему входу элемента И-И-ИЛИ, а его выход св зан с входами генератора зондирующих импульсов и второго элемента задержки.

Фиг2

Claims (1)

1. Форму ла изобретен и^я

   Цифровой измеритель скорости ультразвука, содержащий синхронизатор, поэд следовательно электроакустически соединенные генератор зондирующих им пульсов, излучающий η приемный преобразователь, усилитель и первый элемент задержки, последовательно соединенные второй элемент задержки, первый триггер, первый счетчик и индикатор, генератор счетных (импульсов и второй триггер, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен вторым счетчиком с предварительной установкой начального кода и элементом И-И-ИЛИ, выход генератора счетных импульсов подключен к входу синхронизации второго счетчика, вход Сброс и выход первого триггера соединены соответственно с выходом.усилителя и счетным входом второго счетчика, выход синхронизатора связан с входом Установка второго триггера, первым входом элемента И-И-ИЛИ, входом Сброс первого счетчика и входом предварительной установки второго счетчика, вход Сброс и выход второго триггера соединены соответственно с выходом второго счетчика и вторым входом элемента И-И-ИЛИ, выход первого элемента задержки подключен к третьему входу элемента И-И-ИЛИ, а его выход связан с входами генератора зондирующих импульсов и второго элемента задержки.

   Фиг!

   ,_Л_____________________:-----------

   Фи г. 2