SU1379718A1 - Устройство ультразвукового контрол - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к средствам дл  акустических излучений и моJi1 жет быть использовано дл  измерени  параметров жидких сред. Целью изобретени   вл етс  повышение производительности контрол  плотности исследуемой среды и точности за счет учета изменений параметров пьезоизлучател  и пьезоприемника. При измерении скорости ультразвука устройство с помощью интегратора 10, регистра 11 пам ти , компаратора 12 кодов, схемы 13 переключени  режима, триггера 14, генератора 15 импульсов и реверсивных счетчиков 19 и 20 позвол ет за счет введени  поправочных коэффициентов Б блок 6 регулировки частоты учитывать изменени  резонансной частоты пьезо- излучател  и пьезоприемника. 1 ил. (Л со | 00

Description

10

113797

Изобретение относитс  к средствам дл  акустических измерений и может быть использовано дл  измерени  плотности жидкостей при исследовании свойств и контроле качества материала в различных област х техники.

Целью изобретени   вл етс  повышение производительности и точности контрол  плотности исследуемой среды за счет учета изменений параметров пьезоизлучател  и пьезоприемника.

На чертеже приведена блок-схема устройства ультразвукового контрол .

Устройство содержит последователь- но соединенные генератор 1, камеру 2 с пьезоизлучателем 3 и пьезоприемни- ком 4, блок 5 усилени  и блок 6 регулировки частоты, выходом подключенный к входу генератора 1, последовательно соединенные блок 7 введени , поправки фазового сдвига, входом подключенный к выходу генератора 1, и блок 8 измерени  скорости ультразвука , вторы; входом подключенный к выходу генератора 1, последовательно соединенные распределитель 9 импуль- сов, интегратор 10, регистр И пам ти , вторым входом подключенный к второму выходу распределител  9 импуль- 30 сов, компаратор 12 кодов, вторым входом подключенный к выходу интегратора 10, схему 13 переключени  режима , триггер 14 и генератор 15 импульсов , вторым входом подключенный к 35

20

25

18

блока 6 вход бло развука ду распр

Устро разом.

Генер частотно лучателе звуковые в исслед частично ка 4, ча электрич та ультр ческого ние пьез максимал ние усил при этом обеспечи настройк кий резо

Скоро формулой

п

третьему выходу распределител  9 импульсов , первый переключатель 16, входом подключенный к выходам триггера 14 и генератора 15 импульсов, второй 17 и третий 18 переключатели, 40 входами подключенные к выходам первого переключател  16, а управл ющими входами - к выходу схемы 13 переключени  режима, первый 19 и второй

20 реверсивные счетчики, входами 45 подключенные к выходам второго 17 и третьего 18 переключателей, а выхоами - к второму и третьему входам блока 7 введени  поправки фазового сдвига, последовательно соединенные схему 21 делени , первым и вторым входами подключенную к выходам блоа 8 измерени  скорости ультразвука L - второго реверсивного счетчика 20, С - и индикатор 22, и схему 23 вьшитани ,с первым и вторым входами подключенную f к выходу блока 8 измерени  скорости z - льтразвука и третьему выходу распреелител  9 импульсов, а второй вход

где f -

а -

Величи равка а с

°,

50

где 1 -

82

блока 6 регулировки частоты и третий вход блока 8 измерени  скорости ультразвука подключены к четвертому выходу распределител  9 импульсов.

Устройство работает следующим образом .

Генератор 1 вьфабатывает высокочастотное напр жение, которое пьезоизлучателем 3 преобразуетс  в ультразвуковые волны. Они распростран ютс  в исследуемом веществе в камере 2 и частично отражаютс  от пьезоприемника 4, частично преобразуютс  им в электрические колебани . Когда частота ультразвука равна частоте акустического резонанса камеры 2, напр жение пьезоприемника А возрастает до максимального значени . Это напр жение усиливаетс  блоком 5 усилени , при этом блок регулировки частоты обеспечивает непрерывную динамическу настройку генератора 1 на акустический резонанс.

Скорость С ультразвука выражаетс  формулой

2fnl п-а

(1)

где f - частота резонанса, на которой в камере 2 длиной 1 размещаетс  п полуволн ультразвука;

а - поправка, вызванна  частотно-зависимым сдвигом фазы при отражении ультразвуковых колебаний от преобразователей (пьезоизлучател  3 и пьезоприемника 4) на частоте

fnВеличина фазового сдвига q; и поправка а св заны зависимостью

Ч -т2

(2)

- - ° , L - С - f

где 1 - фазовый сдвиг ультразвуковой волны при отражении от преобразовател  и

( - arctg(2tg °); (3)

толщина преобразовател , скорость ультразвука в преобразователе частота ультразвука; удельное акустическое сопротивление материала преобразовател , нормированное относительно исследуемой среды .

Если оба преобразовател  идентичны , то

п 2а..

При настройке на резонанс блок 8 обеспечивает измерение скорости С ультразвука, котора  согласно формуле (1) пропорщюнальна частоте f „ . Блок 8 целесообразно выполнить в виде счетчика с генератором измерительной базы времени и соответствук цим ключом. Одновременно блок 8 выраба- тьшает поправку согласно выражени м (2) - (4) и может быть выполнен как в известном устройстве - из преобразовател  частота - напр жение и двух соединенных через усилитель тока двухполюсников с характеристикой вида

KtgU,

где 1,и - ток и напр жение соответственно;

К - -коэффициент пропорциональности .

Один из двухполюсников работает в режиме заданного- напр жени , другой - в режиме заданного тока так, что суммарна  характеристика имеет вид, вьфажаемый формулой СЗ). z задаетс  усилителем тока, а 2yLg/Cg - изменением параметров двухполюсников

/тукроме того, - , где f -о резонансна  частота преобразователей

По истечении времени, необходимо- го дл  измерени  скорости на данном резонансе, определени  и введени  поправки , блок 6 регулировки частоты настраивает генератор 1 на следующий акустический резонанс. Аналогично указанному измер етс  скорость ультразвука с введением поправки. Таким образом, измер етс  р д значений скорости . Схема 23 вычитани  вырабатывает сигнал, пропорциональный модулю разности двух соседних значений скорости /С), -С; / . Интегратор 10 суммирует все разности, образу  сумму вида

|Т

D ZI/C,,, -С;1 ,

где i преобретает значени  от 1 до т-1р am- количество акустических

Q jc 20

25

30

35 .

.

40 5 50

резонансов, используемых в измерении. Резонансы выбираютс  в той области частот, где вли ние z максимально - в области fj,. Перестройки частоты генератора 1 на величину, соответствующую заданному количеству m резонансов , интегратор 10 вьщает одно значение.суммы D, которое передаетс  в регистр 11 пам ти. Затем импульсы с выхода распределител  9 запускают генератор 15, который увеличивает или уменьшает содержимое одного из реверсивных счетчиков 19 и 20, Затем следует нова  сери  импульсов на блоки 6 и 8 и схему 23 вычитани , т.е. измерение серии значений скорости -С;, расчет нового значени  D. Если оно больше того, что хранитс  в регистре 1 1 пам ти, то компаратор 12 вьщает сигал Больше на выходе. Этим сигналом перебрасываетс  триггер 14, переключа  режим работы реверсивных счетчиков 19 и 20 (от сложени  к вычитанию и наоборот). После каждых двух переключений режима, т.е. изменени  направлени  шага данного параметра , перебрасываетс  триггер 14, переключа  генератор 15 импульсов на счетчик другого параметра. Таким образом , один из параметров настраиваетс  в одну сторону, настройка реверсируетс , параметр настраиваетс  в другую сторону до перехода минимума в обратном направлении, затем его величина остаетс  в счетчике, таким же образом обрабатываетс  второй параметр и т.д.

Если парметры z и f, вход щие в формулу (3), выбраны правильно, то значени  С,- в пределах случайной ло- грешности совпадают (скорость ультразвука в узком интервале частоты даже в средах с дисперсией скорости практически посто нна) , D в этом случае минимально и тем меньше, чем меньше случайна  погрешность. Таким образом, измерение сводитс  к отысканию таких

fp и Z, дл  которых

рч - I

ЩС... -С;

mm.

(7)

40 5 50

55

Значени  параметра z выхода первого реверсивного счетчика 19, соответствующие минимуму В,и значени  С с блока 8 поступают на схему 21 делени , котора  согласно формуле р ,(/z выдает на индикатор 22 значение плотности р, где - удельное акустическое

5

сопротивление вещества пьезопреобра- эовател .

Преимуществом предлагаемого устройства ультразвукового контрол   вл етс  возможность автоматического учета изменени  резонансной частоты пьезопреобразователей, вызванных изменени ми температуры, износом электродов и т.д. При этом длина измери- тельной ка14еры и ее температурные изменени  не оказывают вли ни  на измер емые параметры.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство ультразвукового контрол , содержащее последовательно соединенные генератор, камеру с пьезоизлу- чателем и пьезоприемником, блок уси- лени  и блок регулировки частоты, выходом подключенный к входу генератора , последовательно соединенные блок введени  поправки фазового сдвига, входом подключенный к выходу генератора и блок измерени  скорости ультразвука , вторым входом подключенный к выходу генератора, отличающеес  тем, что, с целью повышени  производительности и точности контрол  плотности исследуемой среды за счет учетй изменений параметров пьезоизлучател  и пьезоприемника, оно снабжено последовательно соединенными распределителем импульсов, инте

   гратором, регистром пам ти, вторым входом подкшоченным к второму выходу распределител  импульсов, компаратором кодов, вторым входом подключенным к выходу интегратора, схемой переключени  режима, триггером и генератором импульсов, вторым входом подключенным к третьему выходу распределител  импульсов , первым переключателем, входом подключенным к выходам триггера и генератора импульсов, вторым и третьим переключател ми, входами подключенными к выходам первого переключател  , а управл ющими входами - к выходу схемы переключени  режима, первым и вторым реверсивными счетчиками, входами подключенными к выходам BTQ,- рого и третьего переключателей, а выходами - к второму и третьему входам блока введени  поправки фазового сдвига, последовательно соединенными

   схемой делени , первым и вторым входами подключенной к выходам блока измерени  скорости ультразвука и второго реверсивного счетчика и индикатором , и схемой вычитани , и вторым входами подключенной к выходу блока измерени  скорости ультразвука и четвертому выходу распределител  импульсов, а второй вход блока регулировки частоты и третий вход блока измерени  скорости ультразвука подключены к третьему выходу распредели- гел  импульсов.