SU1726996A1 - Измеритель скорости звука - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике акустического контрол  и может бытьиспользовано дл  измерени  скорости распространени  звука в жидких средах. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  посредством уменьшени  зоны нечувствительности дискриминатора и паразитного времени задержки информативного сигнала в приемном тракте измерител , Применение в измерителе компаратора с низким уровнем напр жени  срабатывани  (Don ^ Dm = 0,66), где Don ~ уровень порога срабатывани ; Um - амплитуда приемного сигнала), в качестве дискриминатора, осуществл ющего анализ временного взаиморасположени  передних фронтов приемного сигнала и импульса со второго выхода распределител  импульсов, позвол ет исключить усилитель информационного сигнала и уменьшить временную зону нечувствительности дискриминатора и паразитное врем  задержки информативного сигнала,2 ил.СО

Description

Изобретение относитс  к технике акустического контрол  и может быть использовано дл  измерени  скорости распространени  звука в жидких средах.

Известен измеритель скорости звука, содержащий последовательно соединенные генератор, делитель, триггер, возбудитель, приемопередающий электроакустический преобразователь, усилитель, пороговый детектор, первый и второй фазовые детекторы и коммутатор, переключатель селекторный, логический блок, вентильный пиковый детектор и второй усилитель-компаратор , измеритель амплитуды и индикатор.

Недостатком такого измерител   вл етс  низка  точность измерени , обусловленна  наличием во временном интервале зондировани  паразитного времени задержки полезного сигнала в электрическом и акустическом каналах измерител .

Известен измеритель скорости звука, содержащий последовательно электроакустически соединенные генератор возбуждающих импульсов, первичный преобразователь, включающий приемопередающий пьезоэлектрический преобразователь и отражатель, oгpaничитeл импульсов, компаратор, логический блок, формирователь, ключевой элемент, интегратор , управл емый генератор, второй формирователь , делитель частоты и распредолитель , подключенный информационным входом также к второму входу логического блока, а входом разрешени  - к выходу формировател . Первый выход распределител  подключен к входу генератора возбуждающих импульсов, объединенному с вторым входом ключевого элемента и третьим входом логического блока, четвертый вход которого подключен к второму выходу распределител , и регистратор, подключенный к выходу второго формировател .

Недостатком такого измерител   вл етс  систематическа  погрешность, вызываема  наличием паразитного времени задержки информативного сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  измеритель скорости ультразвука в жидкости, содержащий последовательно электроакустически соединенные генератор возбуждающих импульсов, приемопередающий акустический преобразователь, ограничитель импульсов, усилитель, компаpaтop RS-триггер, D-триггер, коммутатор, интегратор, управл емый генератор, формирователь , делитель частоты и распределитель импульсов.,первым выходом подключенный к входу генератора возбуждающих импульсов и стробирующему второму входу компаратора, выход RS-триггера , соединенный с D-входом D-триггера, также подключен к второму входу коммутатора , С-вход D-триггера подсоединен к второму выходу распределител , выход m которого подключен к R-входу RS-триггера, выход управл емого генератора через кабельный усилитель подключен к вторичному измерительному преобразователю, включающему регистраторы.

Принцип работы известного измерител  заключаетс  в уравнивании временного интервала зондировани  с длительностью импульса на выходе распределител . Сравнение временных интервалов осуществл етс  D-триггером - дискриминатором длительности, который через коммутатор управл ет переключением шин питани  интегратора , измен   его выходное напр жение , регулирующее частоту управл емого генератора. Частота генератора измен етс  до момента уравнивани  временных интервалов , при котором она становитс  пропорциональной скорости звука в контролируемой среде.

Недостатком известного измерител   вл етс  низка  точность, обусловленна  наличием зоны нечувствительности у дискриминатора и паразитного времени задержки информативного сигнала в электрических цеп х и акустических конструктивных элементах.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  посредством уменьшени 

зоны нечувствительности дискриминатора и паразитного времени задержки информативного сигнала в приемном тракте измерител .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что

0 в измеритель скорости звука, содержащий последовательно электроакустически соединенные генератор возбуждающих импульсов , приемопередающий акустический преобразователь с отражателем и ограничитель, компаратор, последовательно соединенные D-триггер, коммутатор, интегратор, управл емый генератор, делитель частоты и распределитель импульсов, первый выход которого подключен к входу генератора возбуждающих импульсов, и регистратор, подключенный к выходу управл емого генератора, введены второй компаратор и последовательно соединенные элемент ИНЕ и элемент И, второй вход которого подключен к выходу второго компаратора, выход - к второму входу коммутатора, первый вход элемента И-НЕ подключен к первому выходу распределител  импульсов, второй вход - к выходу делител  частоты,

0 выход - к D-входу D-триггера, первый вход первого компаратора подключен к выходу ограничител  импульсов, второй вход - к второму выходу распределител  импульсов, выход - к С-входу D-триггера, вход второго

5 компаратора подключен к приемопередающему акустическому преобразователю, Rвход D-триггера подключен к третьему выходу распредел ител  импульсов, S-входк нулевой шине, Q-выход - к третьему входу

0 коммутатора.

На фиг. 1 представлена блок-схема измерител ; на фиг. 2 - временные диаграммы , по сн ющие работу схемы.

Измеритель скорости звука содержит

5 последовательно электроакустически соединенные генератор 1 возбуждающих импульсов , приемопередающий акустический преобразователь 2 с отражателем 3, ограничитель 4 импульсов, первый компаратор 5,

0 D-триггер 6, коммутатор 7, интегратор 8, управл емый генератор 9, делитель 10 частоты , вход которого обьединен с входом регистратора 11, распределитель 12 импульсов , элемент И-НЕ 13 и элемент И 14,

5 выход которого подключен к второму входу коммутатора 7, и второй компаратор 15, вход которого подключен к приемопередающему акустическому преобразователю 2, выход - к второму входу элемента И 14. первый выход распределител  12 импульсов подключен к входу генератора 1 возбуждающих импульсов, второй выход- к второму входу первого компаратора 5, третий выход- к R-входу D-триггера 6, S-вход которого подключен к нулевой шине, D-вход - к выходу элемента И-НЕ 13, Q-выход - к третьему входу коммутатора 7, а выход делител  10 частоты подключен к второму входу элемента И-НЕ 13.

Позици ми 16-28 обозначены выходы сигналов с блоков измерител ,

Измеритель работает следующим образом .

Частота f следовани  импульсов на выходе управл емого генератора 9 посредством делител  10 уменьшаетс  в К раз (диаграмма 16 на фиг, 2) и поступает на вход распределител  12 импульсов, импульсы на выходах 1-3 которого представлены на временных диаграммах 17-19 на фиг, 2, По переднему фронту импульса 17 первого выхода распределител  12 генератор 1 формирует импульс 20, возбуждающий акустический преобразователь 2, При этом последний излучает в исследуемую среду акустические колебани , которые распростран ютс  в среде, и, достигнув отражатель 3, возвращаютс  обратно к преобразователю 2, принимаютс  им и преобразуютс  в электрический сигнал 21.

Ограничитель 4 импульсов служит дл  ограничени  амплитуды возбуждающего импульса 21-1, поступающего нар ду с приемным 21-11 (21-111) импульсом в приемный тракт измерител .

Компаратор 5, на опорный вход которого подаетс  импульс 18 со второго выхода распределител  12, срабатывает от импульса 21-1 ударного возбуждени  и от приемного импульса 21-11, если последний по вл етс  в течение длительности первого импульса 17 распределител  12. Если скорость звука в исследуемой среде такова, что приемный сигнал поступает с ограничител  4 в течение длительности импульса 18 второго выхода распределител  12, то компаратор 5 не срабатывает вследствие многократного превышени  напр жением на его опорном входе 2 (Uon ЮВ) амплитуды приемного сигнала (Um 0,6 В). Таким образом , компаратор 5 выполн ет функцию дискриминатора, осуществл   анализ временного взаиморасположени  передних фронтов приемного сигнала 21-1 или 21-111 и импульса 18 на втором выходе распределител  12. Предельно низка  зона нечувствительности такого рода дискриминатора объ сн етс  тем, что компаратор 5 срабатывает на низком уровне напр жени  дискриминации; при Don 3,5 мВ (в случае приема сигнала 21-11) и Uon Urn 0,6 В

С выхода компаратора 5 информативный сигнал поступает на С-вход триггера 6,

на D-вход которого поступает импульс 23 с выхода элемента 13 И-НЕ, сброс триггера 6 осуществл етс  импульсом 19 с третьего выхода распределител  12. Таким образом, возможно изменение состо ни  триггера 6

под действием информативного сигнала 2211 с выхода компаратора 5 и обеспечиваетс  помехозащищенность приемного тракта из мерител  от импульса ударного возбуждени  21-1, а также от эхо-импульсов

многократного отражени  акустических колебаний от лицевых поверхностей акустического преобразовател  2 и отражател  3.

На пр мом выходе триггера 6 формируетс  уровень 1 (диаграмма 24) при поступлении информативного сигнала 22-U и остаетс  уровень О в случае отсутстви  сигнала на выходе компаратора 5 (при отставании приемного сигнала 21-111 от пере,а,него фронта импульсов второго выхода

распределител  12).

Компаратор 15 формирует два сигнала 25-, 25-11 или 25-111, первый из которых вызван импульсом ударного возбуждени , а второй - приемным сигналом 21-11 или 21111 . Селективные функции элементов 13 и 14 и триггера 6 таковы, что импульс 25-1 не проходит на управл ющий Е-вход коммутатора 7.

Если приемный сигнал приходит в течение длительности импульса 17 с первого выхода распределител  12, то на выходе компаратора 5 по вл етс  импульс 22-11, устанавливающий триггер 6 в состо ние 1. Коммутатор 7, управл емый по Е-входу импульсом 26-1 дублирует состо ние 1. Конденсатор интегратора 8 подключаетс  к положительной шине коммутатора 7. Выходное напр жение 27 интегратора 8 возрастает , увеличива  выходную частоту f

управл емого генератора 9. Это приводит к уменьшению длительности Гоп выходных импульсов распределител  12 и сближению приемного сигнала 22-П с передним фронтом импульса 18.

Если приемный сигнал 21-111 поступает

на акустический преобразователь 2 в течение длительности импульса 18 второго выхода распределител  12, компаратор 5 не срабатывает, триггер 6 остаетс  в состо нии

Claims (1)

1. О, которое дублируетс  на выходе коммутатора 7, управл емого по Е-входу импуль-. сом 26-11. Конденсатор интегратора 8 при этом разр жаетс , напр жение на его выходе уменьшаетс , что приводит к уменьшению частоты управл емого генератор; 9 и сближению приемного сигнала 21-111 с передним фронтом импульса 18. Так посредством коррекции частоты управл емого генератора 9 в течение нескольких циклов работы распределител ; 12 осуществл етс  уравновешивание временных интервалов; длительности Три импульса с первого выхода распределител  12 и времени зондировани  г зонд исследуемой среды акустическими колебани ми. 8 случае нарушени  акустической прозрачности исследуемой среды на Е-вход разрешени  коммутатора с выхода компаратора 15 импульс на поступает, выход коммутатора 7 отключен от интегратора 8. В установившемс  режиме работы измерител  при каждом зондировании исследуемой среды акустическим сигналам осуществл етс  изменение выходного напр жени  интегратора 8 на величину ± AUi/i, определ емую параметрами интегратора и длительностью импульса разрешени  26. При этом частота следовани  импульсов управл емого генератора 9 колеблетс  в пределах установившегос  значени  fcp на достаточно малую величину ±Af. Значение fcp при этом таково, что длительность Три выходных импульсов распределител  12 равна времени зондировани  г зонд исследуемой среды акустическим импульсом Гзонд три , причем Гри K/fcp и Гзонд L/C + Гпз +Тзн, где «-коэффициент делени  делител  10; L- рассто ние, на которое зондирует среду акустический сигнал; Гпз паразитное врем  задержки информативного сигнала в электрических блоках и конструктивных .элементах акустическо.о преобразовател ; временна  зона нечувствительности дискриминатора (компаратора 5). Таким образом, в установившемс  режиме работы измерител  fКС L(1 -f Гпз+ Гзн) и абсолютна  систематическа  погрешность по выходному сигналу ± + (Гпз ± Гзн) (fcp± А f) (СК -fcf Kl(rn3±r3H)(fcp ± Af) -Tj Повышение точности в предлагаемом измерителе достигаетс  за счет уменьшени  паразитного времени Гпз задержки и временной зоны Гзн нечувствительности. Врем  Гпз уменьшаетс  за счет уменьшени  числа электронных блоков, через которые проходит информативный сигнал от первого выхода распределител  импульсов до входа дискриминатора. Формула изобретени  Измеритель скорости звука, содержащий последовательно электроакустически соединенные генератор возбуждающих импульсов , приемопередающий акустический преобразователь с отражателем и ограничитель импульсов, компаратор, последовательно соединенные D-триггер, коммутатор, интегратор, управл емый генератор, делитель частоты и распределитель импульсов. первый выход которого подключен к входу генератора возбуждающих импульсов, и регистратор , подключенный к выходу управл емого генератора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, он снабжен вторым компаратором и последовательно соединенными элементом И-НЕ и элементом И, второй вход которого подключен к выходу второго компаратора, выход к второму входу коммутатора, первый вход элемента И-НЕ подключен к первому выходу распределител  импульсов, второй вход к выходу делител  частоты, выход - к D-BXOду D-триггера, первый вход первого компаратора подключен к выходу ограничител  импульсов, второй вход - к второму выходу распределител  импульсов, выход - к С-входу D-триггера, вход второго компаратора подключен к приемопередающему акустическому преобразователю, R-вход D-триггера подключен к третьему выходу распределител  импульсов, S-вход предназначен дл  соединени  с нулевой шиной, а Q-выход - к третьему входу коммутатора.

   В«N