SU1272214A1 - Устройство дл дифференциального измерени скорости распространени ультразвука - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области ультразвуковых измерений. Целью изобретени   вл етс  повышение точности и расширение диапазона измерений за счет исключени  взаимного вли ни  электронных каналов, сокращени  интервала счета и исключени  погрешности температурного дрейфа. При подключении измерительной камеры спуст  интервал настройки частота генератора соответствует средней частоте ближайшего по отношение к предыдущей частоте резонанса. В течение интервала установлени  резонанса запрещаетс  счет генератора и фиксируетс  код разности частот за врем  предыдущего периода измерени . После окончани  первого интервала измерительна  камера отключаетс  и подключаетс  опорна  с камера. Код числа периодов генератора сл второго интервала счета вычитаетс  из первого и регистрируетс  частотомером . Дл  устранени  температурных дрейфов на измер емую разность частот число интервалов подключени  определ етс  коэффициентом делени  цифрового делител  реверсивного частотомера. 1 ип.

Description

Изобретение относитс  к области ультразвуковых измерений и может быть использЪвано в химической промышленности , в научно-исследовательских и заводских лаборатори х дл  анализа свойств и состава растворов по их акустическим параметрам. Цель изобретени  - повышение точности и р-а сширение диапазона измерений за счет исключени  взаимного вли ни  электронных каналов, сокращени  интервала счета и исключени  погрешности температурного дрейфа. На чертеже приведена блок-схема устройства дл  дифференциального измерени  скорости распространени  уль тразвука. Устройство содержит управл емый генератор 1, два канала, состо щих из последовательно акустически соеди ненных излучающих преобразовател  2 и 3, акустической камеры 4 и 5 и при емного преобразовател  6 и 7, ключ 8 и реверсивный частотомер 9, первый коммутатор 10, сигнальным входом под ключенным к выходу управл емого гене ратора 15 выходами - к излучающим преобразовател м 2 и 3 каждого канат ла, последовательно соединенные второй коммутатор 1 1, первьпм и вторым сигнальными входами подключенными к выходам приемных преобразователей 6 и 7 каждого канала, первый усилитель ограничитель 12 и цифровой фазовый детектор 13, выходом подключенным к управл ющему входу управл емого гене ратора 1, второй усилитель-ограничитель 14, входом подключенный к выход управл емого генератора 1, а выходом - к второму входу цифрового фазо вого детектора 13, последовательно соединенные таймер 15 и счетный триг гер 16, выходом подключенный к управ л ющим входам первого и второго коммутаторов 10 и 11 и реверсивного час тотомера 9 и к нормально разомкнутому контакту ключа 8, и схему 17 совпадени , первым и вторым входами под ключенную к нормально замкнутому и общему контактам ключа 8, третьим входом - к выходу управл емого генератора 1, а выходом - к счетному вхо ду реверсивного частотомера 9. Устройство работает следующим образом . Коммутаторы 10 и 11 подключают из лучающий 2 и приемный 6 преобразователи измерительной камеры 4 соответственно к выходу генератора 1 и к входу первого усилител -ограничител  12. Синусоидальные колебани  с выхода генератора 1 поступают на излучающий преобразователь 2, который излучает ультразвуковые волны, распростран ющиес  в исследуемой среде, заполн ющей измерительную камеру 4. Ультразвуковые волны воздействуют на приемный преобразователь 6, на выходе которого образуютс  электрические колебани , поступающие через второй коммутатор 11 на вход первого усилител -ограничител  12, с выхода которого после усилени  и ограничени  до цифровых уровней они поступают на первый вход цифрового фазового детектора 13, на второй вход которого поступает входной сигнал первого коммутатора 10, проход щий через второй усилитель-ограничитель 14, который преобразует синусоидальный сигнал в цифровой и обеспечивает фазовую за- держку сигнала, равную паразитному временному сдвигу коммутаторов 10 и 11 и первого усилител -ограничител  12. В результате этого разность фаз Чд 2 сигналов, поступающих на первый и второй входы цифрового фазового детектора 13, соответствует разности фаз сигналов между выходом приемного 6 и входом излучающего 2 преобразователей , котора  промодулирована за счет свойств камеры 2, заполненной исследуемым раствором. Фазочастотна  характеристика такой камеры представл ет собой спадающую в сторону увеличени  частоты кривую с резким увеличением крутизны в точках , близких к средней частоте резонанса . Напр жение сигнала на выходе цифрового фазового детектора 13 удовлетвор ет соотношению t шк Uwdt,(1) где часть разности фаз Ч, , полученна  путем исключени  из Ч целого числа ТГ ; К - коэффициент преобразовани  разности фаз Ч в напр жение. Это напр жение поступает на управл ющий вход генератора 1 в качестве сигнала отрицательной обратной св зи, который подстройкой частоты генератора 1 стремитс  обеспечить условие равенства нулю подинтегрального выражени  в формуле (1). Это условие выполн етс  в точках фазочастотной характеристики с д , з равной нулю или кратной 2, соответствующих средней частоте резонансов. Поэтому при подключении измерительной камеры спуст  интервал настройки, в течение которого заканчиваетс  переходной процесс установлени  сто чих волн в акустической камере, частотагенератора 1 соответствует средней частоте ближайшего по отношению к предыдущей частоте резонанса. Интервал установлени  дезонанса выбираетс  больше наибольшего времени настройки на резонанс вновь подключенной камеры с учетом времени установлени  сто чих волн. В течение интервала установлени  резонанса запрещаетс  счет частоты генератора 1 и фиксируетс  код разности частот, подсчитанный за врем  прецыдущего периода измерени . В течение 1нтервала счета происходит счет частоты генератора. 1. После окончани  первого интервала измерительна  камера 4 отключаетс ,и через коммутаторы 10 и 11 подключаетс  опорна  камера 5 с излучающим 3 и приемным 7 преобразовател ми . При этом повтор ютс  все операции, перечисленные при описании первого интервала подключени . Код числа периодов генератора 1, подсчитываемый за второй интервал счета, вычитаетс  из кода, накопленного за первый интервал счета. Если за период измерени  укладываетс  более двух ин-,. тервалов подключени , что необходимо дл  устранени  вли ни  быстрых температурных дрейфов на измен емую разность частот, то перечисление операции повтор ютс  число раз, определ емое коэффициентом делени  цифрового делител  реверсивного частотомера 9. Реверсивный частотомер можно представить в виде блок-схемы, содержащей последовательно соединенные цифровой делитель 18, вход которого  вл етс  управл ющим входом реверсивного частотомера 9, линию 19 задержки, укора ..чивающую схему 20, реверсивный счетчик 21, счетный вход которого  вл етс  счетным входом реверсивного частотомера 9, буфернБ1й регистр 22 и схему 23 отображени . Лини  19 задержки обеспечивает за-55 держку сигнала, необходимую дл  записи информации с выходов реверсивного счетчика 21 в буферный регистр 22.

Укорачивающа  схема 20 преобразует задержанный на линии 19 задержки спад сигнала в короткий импульс, обеспечивающий сброс кода в реверсивном счетчике 21. Она включает, например, дифференцирующую цепь и инвертор.

Схема 23 отображени  обеспечивает отображение содержимого буферного регистра 22.

Реверсивный счетчик 21 обеспечиваьет суммирование числа периодов, поступающих на счетный вход, с вьпсода схемы 17 совпадени . Положительный знак суммировани  соответствует единичному , отрицательный - нулевому уровню сигнала, поступающему на управл ющий вход счетчика 21 с вькода счетного триггера 16.

Буферный регистр 22 обеспечивает запоминание кода реверсивного счетчика 21 по спаду сигнала на врем  всего периода измерени .

Кроме описанного режима устройство может находитьс  в режиме измерени  абсолютного значени  резонансной частоты fp измерительной камеры, который включаетс  ключом 8, замыкающим общий контакт с нормально разомкнутым контактом . При этом на первый вход схемы 17 совпадени  поступают сигнал с выхода таймера 15 , на второй вход сигнал с выхода счетного триггера 16. Сигнал с выхода генератора 1 проходит через схему t7 совпадени  только на врем  длительности интервалов счета. совпадающих с единичными уровн ми с сигналов с выхода счетного триггера 16. К моментам спада сигнала измерени  в реверсивном счетчике 21 накапливаетс  код, соответствующий частоте f р измерительной камеры, который по спаду сигнала переписываетс  в буферный регистр 22 дл  отображени  значени  кода частоты на схеме 23 отображени . Спуст  врем , определ емое линией 19 задержки, код, накопленный в реверсивном счетчике 21, сбрасываетс  сигналом, поступающим единичным коротким импульсом на вход сброса. Дл  измерени  разности df резонансных частот ключ 8 перевод т в выключенное состо ние, в котором с помощью контактов ключа 8 закорачиваютс  первый и второй входы схемы 17 совпадени , и на ее выход проходит сигнал генератора 1 как при единичном, так и при нулевом уровн х измер емого -сигнала. При единичном уровне сигнала подключаетс  измерительна  камера 4 и по истечении интервала установлени  резонанса на прот жении интервала счета происходит счет частоты в реверсивном счетчике 21. При переключении на .нулевой уровень сигнала подключаетс  опорна  камера 5 и по истечение интервала установлени  резонанса в течение последующего интервала счета происходит, вычитание числа периодов колебаний генератора 1, прошедших через схему 17 совпадени . В результате повторени  таких операций число раз, определ емое коэффициентом делени  цифрового делител  18, за период измерени  в реверсивном счетчике 21 накапливаетс  код, соответствующий разности резонансных частот измерительной 4 и опорной 5 камер. Скорость ультразвука в исследуемом следующего Р Р где Сд - скорость распространени  ультразвука в растворителе, котора  известна; абсолютное значение резонансной частоты п-го резонанса измеренное дл  измерительной

камеры 4, заполненной растворителем; .

ifw разность резонансных частот измерительной камеры, заполненной исследуемым раствором 35 и опорной камеры, заполненной .опорной средой, характеризуемой близким температурным коэффициентом скорости ультразвука по сравнению с исследуемым раствором;

uf. -разность , резонансных частот измерительной камеры, заполненной растворителем и опорной камеры, заполненной опорной средой.

Величины Afp и ,, достаточно изерить один раз дл  данной температуы и акустических камер, при этом . измерени  приращений скорости ультра-50 В исследуемом растворе практисвод тс  к измерению величины

Claims (1)

1. вторым коммутатором, первым и вторым сигнальными входами, подключенными к выходам приемных преобразователей каждого канала, первым усилителемограничителем и цифровым фазовым детектором , выходом подключенным к управл ющему входу управл емого генератора , вторым усилителем-ограничителем , входом подключенным к выходу управл емого генератора, а выходом к второму входу цифрового фазового детектора, последовательно соединенными таймером и счетным триггером, выходом подключенным к управл югцим входам первого и второго коммутаторо и реверсивного частотомера и к нормально разомкнутому контакту ключаi и схемой.совладени , первым и вторым входами подключенной к нормально . Исггользование устройства дл  диЛ{ференциального измерени  скорости распространени  ультразвука обеспечит автоматическое измерение частот разности резонансных частот между измерительной и опорной камерой, расширение нижней границы диапазона измер емых разностей частот до нул , более чем дес тикратное повьш1ение точности измерений и сокращение времени измерени . Формула изобретени  Устройство дл  дифференциального измерени  скорости распространени  ультразвука, содержащее управл емый генератор, два канала, состо щих i каждый из последовательно акустически соединенных излучающего преобразовател , акустической камеры и приемного преобразовател , ключ и реверсивный частотомер, отличающее с  тем, что, с целью повьш1ени  точности и расширени  диапазона измерений, оно снабжено первым коммутатором, сигнальным входом подключенным к выходу управл емого генератора, а выходами к излучающим преобразовател м каждого канала, последовательно соединенными замкнутому и общему контактам ключа, третьим входом - к выходу управл емого генератора,а выходом - к счетному входу реверсивного частотомера.