SU1474538A1 - Устройство дл измерени скорости звука - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к акустическому контролю и может быть использовано дл  измерени  скорости распространени  звука в жидких средах. Цель изобретени  - повышение точности измерени  достигаетс  за счет исключени  из общего времени зондировани  паразитного времени задержки сигнала в акустических и электрических цеп х , а также за счет увеличени  частоты коррекций управл емого генератора до (N-1) раз за один цикл работы распределител  путем применени  N эхо-импульсов многократного отражени , принимаемых после единичного возбуждени  акустического преобразовател . При работе устройства генератор 1 возбуждающих импульсов возбуждает преобразователь 2, и акустический сигнал, пройд  через среду и отразившись от отражател  3, усиливаетс  и нормализуетс  компаратором 5. В первом режиме работы цепочка, состо ща  из компаратора 10, D-триггера 11, RS -триггера 12 и интегратора 13, формирует и запоминает посто нное напр жение, пропорциональное интервалу времени между пришедшим отраженным импульсом и импульсом, поступившим с распределител  19. Во втором режиме работы этой цепью через RS-триггер 17 формируютс  управл ющие сигналы, измен ющие частоту генератора 26 таким образом, чтобы эти интервалы времени стали равны нулю. В этом случае период зондирующих импульсов равен 2 Τ KC,(Τ KC - врем  распространени  акустического сигнала в контролируемой среде до отражател  3,) а частота пропорциональна скорости распространени  звука. 2 ил.

Description

1

Изобретение относитс  к технике кустического контрол  и может быть спользовано дл  измерени  скорости аспространени  звука в жидких ере- ах.

Цель изобретени  - повышение точ- ности за счет использовани  сигналов ногократного отражени  импульсов в акустическом Канале, исключени  пара-JQ зитного времени задержки и увеличени  частоты коррекции управл емого генератора.е

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные 15 диаграммы (30-49)-, по сн ющие работу устройства.

Устройство дл  измерени  скорости звука состоит из последовательно соединенных генератора 1 возбуждающих 20 импульсов, акустического преобразовател  2 и отражател  3, ограничител  4, компаратора 5, ключа 6,К8-триг- гера 7, RS-триггера 8 и генератора 9 линейно измен ющегос  напр жени , п 25 каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные компаратор 10, D-триггер 11, RS-триггер 12 и интегратор 13, подключенный выходом к первому входу компаратора 10, схе- 30 мы И 14, выходом соединенной с управл ющим входом RS-триггера 12 и двум  ключами 15 и 16, информационные входы которых подключены к пр мому и инверсному выходам D-триггера 11 соответ- ,,. ственно, управл ющие входы соединены с входом схемы И 14, а выходы подключены к соответствующим S-и R-BXO- дам RS-триггера 17, дифференцирующей цепи 18, включенной между объединенными четными выходами распределител  19 импульсов и R-входом RS-триггера 7, схемами И 20 и 21, первые входы которых соединены с выходом RS-триггера 7, а вторые входы с пр мым и инверсным выходами JK-триггера 22 соответственно , ключом 23, управл ющий вход которого соединен с инверсным выходом JK-триггера 22, информационный вход - с вторым выходом делител  24 частоты, а выход с S-входом RS- триггера 7, последовательно соединенных интегратора 25, подключенного входом к выходу RS-триггера 17,управл емого генератора 26 и регистратора

27,выход генератора 26 соединен с входом делител  24 частоты, первый выход которого соединен с входом распределител  19 импульсов, последовательно соединенных D-триггеров 28 и линии 29 задержки, соединенной выходом с управл ющим входом ключа 6, выход схемы И 20 соединен с вторыми входами всех схем И 14 и п каналов, выход генератора 9 линейно измен ющегос  напр жени  соединен с вторыми входами всех компараторов 10 из п каналов, выход RS-триггера 7 соединен с вторыми входами всех D-триггеров 11 из п каналов, нечетные выходы распределител  19 импульсов, кроме первого, соединенного с С-входом D-триггера

28,подключены к соответствующим первым входам всех схем И 14 из п каналов , а выход схемы И 21 подключен к управл ющему входу RS-триггера 17,а выход переноса распределител  19 импульсов соединен со счетным входом JK-триггера 22 и R-входами D-триг- гера 28 и RS-триггера 8, вход генератора 1 возбуждающих импульсов соединен с выходом D-триггера 28.

Устройство работает в двух режимах А и Б, которые поочередно задаютс  уровн ми логических сигналов па выходах JK-триггера 22 при-поступлении на его счетный вход импульса переноса с распределител  19 импульсов

Устройство в режиме А работает следующим образом.

Уровень логической 1 с первого выхода JK-триггера 22 (фиг. 1) поступает на вход D-триггера 28 , который срабатывает при поступлении на его С-вход импульса с первого выхода распределител  19 (30, фиг. 2), При этом перепад напр жени  на выходе D-триггера 28 запускает генератор 1 возбуждающих импульсов.

Генератор 1 формирует импульс 37 (фиг. 2) ударного возбуждени , поступающий на акустический преобра- зова.тель 2, который возбужда сь, излучает акустический импульс в контролируемую среду. Акустический импульс после распространени  в протекторе (звукопроводе) акустического преобразовател  2 частично проходит в среду, а частично отражаетс  от границы протектор акустического преобразовател  - среда вследствие раэ- i личи  их акустических импедансов,

возвращаетс  обратно по толще протек тора к акустическому преобразователю 2, где преобразовываетс  в электрический импульс 38-1 (фиг.2) первого приемного сигнала о Через ограничител

4 (фиг. 1) приемный импульс поступа

Временной интервал ме.ччгчУ передними фронтами первого и второго приемных импульсов на выходе RS-триггера 12 (40-1, 40-2, фиг. 2) равен 2/счс., где кс распространени . гнчес- кого импульса в кок rpo.:npyc ;oi i среде до отражател  3. Послетун гиа приемные импульсы многократнсго отражени  и далее через интервалы времени возникают на выходе RS-триггера 7, последовательность которых представлена на временной диаграмме 40 (фиг. 2).

ет на компаратор 5, осуществл ющий его временную прив зку и нормирование по амплитуде 39 (фиг. 2).

Приемный импульс с выхода компаратора 5 поступает на информационный 50 вход управл емого ключа 6. Управление ключа 6 осуществл етс  от пр мого выхода D-триггера 28 через линию 29 задержки, врем  задержки которой больше длительности возбуждающего импуль-55 ратора 9 линейно пзмеы.этцсгос напр - са генератора 1, но меньше длитель- , жени  (ГЛИН). Линейно HTML ности временного интервала до поступ- напр жение (41, фиг. 2J , формируемое лени  первого приемного импульса- на выходе Г ЛЯН 9, одко .ччлч нно посд уПервый приемыг нмп.:ье 40-1 (фиг. 2) с ьыхог.а RS-трнггера 7 поступает на 3-вхоп RS-ту-;: гег,: . Триггер 8 устаналлнваетс.м ь еое гп :,не 1, а сигнал логического с его инверсного выходе. noCTViiaeT па чол ге;ш

Таким образом, лини  29 зг. :IC:VKK:I преп тствует рохо.кденню в тлектричеокие блоки устройства возбуждающих импульсов генератора 1, Приемный импульс через ключ G поступает на S-вход RS- тркггера 7 (Фиг. 1).

RS-григгрр 7 ycT,i; .r- шз.ютс  в состо ние логическом 1 пли лешш на его лхоц приеугого импульса п сбрасываетс  в О оле ly .-d i-M ч приемным .ьсом с чег:- о о j.i xo 1-1 распредели г::  19 (через гн-Мч; счш; Г . 18) .

Вр еменний интервал мех фргчтаыч импульсов цервогч распре,:телн-ел  19 (3 нг первым |3пхо.,;;ь1м пмп ..чыч м

0

ра

- и} з

.:  лрктрпче Лхустнчс в контролнр ражател  3, частично вн тор  повт

-ОСКОН

2) .,.; времомГ . .;

Н Ч.ДуН С Я 113 ... ;

и: сое ., , 1

Ш-Ш ЛЬС , р.

емую ере ч у, до возвращаетс  опр тноs вь отражаетс  от протек- акустического преобразовг. гел  и рпо уходит в конт)олпруемуи сре-

ь

30

35

45

ду, а частично принимаетс  акустическим преобразователем 2 i: преобразуетс  им в электрический импульс 38-2 (фиг. 2) - в горой приехнпи сигнал,, который через ограничите.1 - 4, компаратор 5 и 6 поступает и нход RS-триггсра 7, формнру|о-д..-о РТОРОЙ приемный имгульс 40-2 (фн:, J,

Временной интервал ме.ччгчУ передними фронтами первого и второго приемных импульсов на выходе RS-триггера 12 (40-1, 40-2, фиг. 2) равен 2/счс., где кс распространени . гнчес- кого импульса в кок rpo.:npyc ;oi i среде до отражател  3. Послетун гиа приемные импульсы многократнсго отражени  и далее через интервалы времени возникают на выходе RS-триггера 7, последовательность которых представлена на временной диаграмме 40 (фиг. 2).

ратора 9 линейно пзмеы.этцсгос напр - жени  (ГЛИН). Линейно HTML напр жение (41, фиг. 2J , формируемое на выходе Г ЛЯН 9, одко .ччлч нно посд уПервый приемыг нмп.:ье 40-1 (фиг. 2) с ьыхог.а RS-трнггера 7 поступает на 3-вхоп RS-ту-;: гег,: . Триггер 8 устаналлнваетс.м ь еое гп :,не 1, а сигнал логического с его инверсного выходе. noCTViiaeT па чол ге;ш

514

пает на первые входы всех компараторов 1 0 из п каналов.

Работу формирователей рассмотрим на примере первого канала. Линейно измен ющеес  напр жение с выхода ГЛИН 9 поступает на первый вход компаратора 10, на второй вход которого поступает уровень U4 напр жени  с выхода интегратора 13. Выход компаратора 10 (42, фиг. 2) фиксирует момент совпадени  уровн  U4 напр жени  с линейным напр жением (41, фиг. 2). Выходной импульс компаратора 10 поступает на D-вход D-триггера 11, на С-вход которого приход т приемные импульсы с выхода RS-триггера 7 (40, фиг. 2). D-триггер 11 служит дискриминатором , анализирующим временное взаиморасположение передних фронтов выходного импульса компаратора 10 (42, фиг. 2) и второго (40-2, фиг.2) приемного импульса с выхода RS-триггера 7.

При опережении переднего фронта выходного импульса компаратора 10 (42, фиг. 2) на пр мом выходе D-триг тера 11 возникает уровень логической 1, который подаетс  на S-вход управл емого RS-триггера 12, подготавливаемого к работе поступлением на первый вход схемы И 14 импульса с третьего выхода распределител  19. Сигнал логической 1 с выхода RS- триггера 12 поступает на вход интегратора 13, подключа  его к пине питани  с высоким потенциалом. При это уровень U( выходного напр жени  интегратора 13 возрастает, вызыва  тем самым сближение переднего фронта выходного импульса компаратора 10 (42, фиг. 2) с передним фронтом второго импульса (40-2, фиг. 2) с выхода RS- триггера 7.

При отставании переднего фронта выходного импульса компаратора 10 (42, фиг. 2) от переднего фронта второго приемного импульса на выходе RS-триггера 7 (40-2, фиг. 2), на пр мом выходе D-триггера 11 устанавливаетс  уровень логического О. Управл емый RS-триггер 12 также имеет на выходе уровень логического О, и вход интегратора 13 подключаетс  к шине питани  с низким потенциалом. Уровень U, выходного напр жени  интегратора 13 снижаетс , вызыва  сближение передних фронтов дискриминируемых импульсов .

0

0

25

Аналогично описанному, каждый 1-й формирователь осуществл ет сближение передних фронтов выходного импульса компаратора 10 1-го формировател  (43, фиг. 2) и (i-H)-ro приемного импульса (40-i, фиг. 2) многократного отражени  с выхода RS-триггера 7.

Установившийс  режим характеризуетс  совпадением передних фронтов сближаемых импульсов. В установившем- с  режиме на интеграторах 13 запоминаютс  уровни U,, : Un, напр жений, моменты совпадени  которых с линейно 5 измен ющимс  напр жением ГЛИН 9 соответствуют по влению на выходе RS- триггера 7 приемных импульсов многократного отражени , начина  с второго по п-йо

По окончании цикла режима А импульсом переноса Р распределител  19 на выходе 2 JK-триггера 22 устанавливаетс  уровень логической 1, соответствующий режиму Б.

При работе устройства в режиме Б не осуществл ют возбуждение генератора 1 и, следовательно, зондирование акустическим сигналом контролируемой среды.

В режиме Б на RS-триггер 7 через управл емый ключ 23 поступает последовательность импульсов 45 (фиг. 2) . с второго выхода делител  24 частоты, период которой в два раза больше длительности выходного импульса распределител  19 импульсов. Выходной сигнал на выходе RS-триггера 7 (45, фиг. 2) повтор ет сигнал на втором выходе делител  24. ГЛИН 9 начинает формирование выходного линейно измен ющегос  напр жени  46 (фиг. 2) с момента переключени  RS-триггера 8 от первого (45-1, фиг. 2) выходного импульса RS-триггера 7.

Компаратор 10 выдает выходной импульс 47 (фиг.2) в момент совпадени  уровн  U, напр жени  на его втором входе, хран щегос  в пам ти интегратора 13 после режима А, с линейно измен ющимс  напр жением ГЛИН 9.

D-триггер 11 анализирует временное взаиморасположение передних фронтов выходного импульса компаратора 10 (47, фиг. 2) и второго выходного импульса (45-2, фиг. 2) RS-триггера 7.

Если передний фронт импульса с выхода компаратора 10 опережает передний фронт второго выходного импульса RS-триггера 7, на выходе D-триггера

30

35

40

45

50

55

11 формируетс  сигнал логической 1, который через ключ 15, управл емый импульсом с третьего выхода распределител  19, подаетс  на S-вход RS- триггера 17.

Поступление уровн  логической 1 на S-вход КЗ-триггера 17 при наличии управл емого уровн  на Е-входе осуществл ет переключение RS-триггера 17 в состо ние логической 1.

Сигнал логической 1 с выхода RS-триггера 17 поступает на вход интегратора 25, подключа  его зар дную емкость к шине питани  с высоким потенциалом .

При этом уровень напр жени  на выходе интегратора 25 повышаетс , вызыва  увеличение частоты управл емого генератора 26, а следовательно,уменьша  период Т следовани  импульсов на выходе RS-триггера 7 в режиме Б, осуществл   сближение передних фронтов выходного импульса компаратора 10 (45, фиг. 2), второго импульса на выходе RS-триггера 7 (45-2, фиг. 2). Если передний фронт выходного импульса компаратора отстает от переднего фронта, второго импульса RS-триггера 7, то D-триггер 11 не переключаетс , на его пр мом выходе устанавливаетс 

уровень логического

О

ного выхода уровень логической 1

а с инверс1

через ключ 16 поступает на R-вход RS-триггера 17. При этом переключени триггера не осуществл етс , а уровен логического О на его выходе подключает интегратор 25 к шине питани  с низким потенциалом, уменьша  уровень его выходного напр жени . Выходна  частота управл емого генератора уменьшаетс  , а период Т следовани  импульсов в режиме Б на выходе RS-триггера 7 увеличиваетс , тем самым сближа  передний фронт второго импульса RS-триггера 7 с передним фронтом выходного импульса компаратора 10.

Таким образом, через несколько циклов чередующихс  режимов А и Б наступает установившийс  режим, при котором в режиме А осуществл етс  возбуждение акустического преобразовател  2 и прием-преобразование многократно отраженных акустических импульсов, а также формирование и запоминание уровней U4 -J- и„, напр жений , моменты совпадени  которых с линейно измен ющимс  напр жением ГЛИН 9 (41, фиг,- 2) соответствуют

по влению на выходе RS-триггера 7 приемных электрических импульсов (фиг. 2), период следовани  которых равен 2Јкс, а в режиме Б осуществл етс  регулирование выходной частоты управл емого генератора 26 таким образом , чтобы период следовани  импульсов с второго выхода делител  24 частоты, т.е. выход RS-триггера 7 (45, фиг. 2), совпал с временными интервалами между моментами ни  запомненных в режиме А уровней U , -г- Un, напр жений с линейно измен ющимс  напр жением. Как следует из временных диаграмм (фиг. 2) в установившемс  режиме соблюдаетс  равенство Т 2 Јкс.

0

5

0

5

0

5

0

5

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  скорости звука, содержащее последовательно электроакустически соединенные генератор возбуждающих импульсов, акустический преобразователь с отражателем , ограничитель импульсов, первый компаратор, последовательно соединенные первый управл емый RS-триггер, первый интегратор, управл емый генератор , делитель частоты и распределитель импульсов, регистратор, подключенный к выходу управл емого генератора , и первый RS-триггер, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, оно снабжено последовательно соединенными JK- триггером, первым D-триггером, линией задержки и первым ключом, информационный вход которого подключен к выходу первого компаратора, а выход - к S-входу первого RS-триггера, последовательно соединенными вторым RS-триггером и генератором линейно измен ющегос  напр жени , п каналами, каждый из которых состоит из последовательно соединенных компаратора, D-триггера, RS-триггера и интегратора , выходом подключенного к первому входу компаратора, схемы И, выходом соединенной с управл ющим входом RS- триггера, и двух ключей, информационные входы которых подключены к пр мому и инверсному выходам D-триггера соответственно, управл ющие входы подключены к первому входу схемы И, а выходы - соответственно к S- и R- входам первого управл емого RS-триг

   гера, дифференцирующей цепью,включенной между объединенными четными выходами распределител  импульсов и R-входом первого RS-триггера, первой и второй схемами И, первые входы которых соединены с выходом первого RS-триггера, а вторые входы - с пр мым и инверсным -выходами JK-триггера соответственно, вторым ключом управ- л ющий вход которого соединен с инверсным выходом JK-триггера, информационный вход - с вторым выходом делител  частоты, а выход - с S-входом первого RS-триггера, выход второй схемы И подключен к управл ющему входу первого RS-триггера, выход первой схемы И соединен с вторыми входами

   147453810

   всех схем И из п каналов

   ратора линейно измен юще ни  соединен с вторыми вх компараторов из п канало вого RS-триггера соедине ми входами всех D-тригге налов, нечетные выходы р импульсов, кроме первого

   Q го с С-входом первого Dключены к соответствующим дам всех схем И Из п кана переноса распределител  и соединен со счетным вход

   j гера и R-входами первого и второго RS-триггера, а ратора возбуждающих импул ключен к выходу первого D

   всех схем И из п каналов

   , выход генератора линейно измен ющегос  напр жени  соединен с вторыми входами всех компараторов из п каналов, выход первого RS-триггера соединен со счетными входами всех D-триггеров из п каналов , нечетные выходы распределител  импульсов, кроме первого, соединенного с С-входом первого Dтриггера,подключены к соответствующим первым входам всех схем И Из п каналов, выход переноса распределител  импульсов соединен со счетным входом JK-триггера и R-входами первого D-триггера и второго RS-триггера, а вход генератора возбуждающих импульсов подключен к выходу первого D-триггера.

   Редактор Н. Тупица

   Составитель Л. Кондрыкинска 

   Техред Л.Сердкжова Корректор Л. Патай

   Заказ 1886/41

   Тираж 788

   ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Фие 2

   Подписное