SU1728672A1 - Устройство дл измерени скорости звука - Google Patents

Description

вентильный пиковый детектор и второй усилитель-компаратор , измеритель амплитуды, индикатор.

Принцип работы такого измерител  состоит в сравнении временного интервала зондировани  исследуемой среды с временным интервалом следовани  семи счетных импульсов генератора. Сравнение осуществл ют первый и второй фазовые детекторы, которые через компаратор подают управл ющее напр жение на генератор, измен   его частоту так, чтобы временной интервал следовани  его семи импульсов совпадал со временем акустического зондировани . При этом частота свободных колебаний генератора пропорциональна скорости звука в среде.

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 частотно-временной измеритель скорости звука, содержащий последовательно соединенные генератор возбуждающих импульсов, первичный преобразователь , включающий пьезоэлектрический преобразователь и отражатель, ограничитель импульсов, компаратор, RS- триггер, дискриминатор, выполненный в виде RS-триггера, коммутатор, интегратор, управл емый генератор, формирователь, делитель частоты и распределитель импульсов .

Принцип работы измерител  заключаетс  в уравновешивании временного интервала зондировани  длительностью импульса на выходе распределител . Сравнение временных интервалов осуществл етс  дискриминатором длительности, которым через ключевой элемент переключаютс  шины питани  интегратора, измен   его выходное напр жение, регулирующее частоту управл емого генератора, значение которой в установившемс  режиме пропорционально скорости звука в контролируемой среде.

Недостатком известного измерител   вл етс  низка  точность измерени , обусловленна  наличием во временном интервале зондировани  паразитного времени задержки информативного сигнала в конструктивных элементах акустического преобразовател  и электронных блоках измерител .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  скорости ультразвука, содержащее последовательно электроакустически соединенные генератор возбуждающих импульсов , излучающий и приемный пьезоп- реобразователи, ограничитель, компаратор, блок управлени , RS-триггер, дискриминатор , коммутатор, управл ющий вход которого подключен к выходу RS-триггера, интегратор, управл емый генератор и регистратор , последовательно соединенные делитель частоты, входом подключенный к

0 выходу управл емого генератора, распределитель импульсов, первым входом подключенный к R-входу RS-триггера, последовательно соединенные второй ограничитель , входом подключенный к выходу

5 генератора возбуждающих импульсов, и второй компаратор, последовательно соединенные инвертор, входом подключенный к второму выходу распределител  импульсов , одновибратор, схему И, второй вход

0 которой подключен к выходу второго компаратора , второй RS-триггер, S-входом подключенный к выходу первой схемы И, а выходом - к второму входу дискриминатора, и схему ИЛИ, выходом подключенную к вхо5 ду генератора возбуждающих импульсов, причем блок управлени  выполнен в виде последовательно соединенных второго инвертора , входом подключенного к второму выходу делител  частоты, второй схемы И,

0 третьего RS-триггера и третьей схемы И, вторым входом подключенной к выходу первого компаратора, а выходом - к S-вхОду первого RS-триггера, третьего инвертора, входом подключенного к первому выходу

5 делител  частоты, а выходом - к второму входу второй схемы И, третий вход которой подключен к третьему выходу распределител  импульсов, соединенного с первым входом схемы ИЛИ, четвертой схемы И, пер0 вым входом подключенной к выходу второго инвертора, вторым входом - к первому выходу делител  частоты, третьим входом - к второму выходу распределител  импульсов, соединенного и с вторым входом схемы

5 ИЛИ.

Принцип работы устройства состоит в формировании дополнительного временного интервала, компенсирующего паразитное врем  задержки. Дл  этого в устройстве

0 формируетс  отраженный от границы протектор - исследуема  среда дополнительный импульс, посредством которого формируетс  дополнительный временной интервал. Последний, суммиру сь с дли5 тельностью выходного импульса распределител , создает опорный временной интервал, уравновешивающий врем  зондировани  исследуемой среды акустическим сигналом, включающее как инфор- мативное врем  распространени  в среде

акустических колебаний, так и паразитное врем  задержки.

Недостатком известного устройства  вл етс  низка  точность измерени , вызываема  неполной компенсацией паразитного времени задержки, длительностью дополнительного временного интервала вследствие неидентичности временных задержек в приемных трактах информативного зондирующего и дополнительного отраженного сигналов.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  посредством уменьшени  неидентичности временных задержек в электронных блоках, формирующих информативный и дополнительный приемные сигналы .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  измерени  скорости звука, содержащее последовательно электроакустически соединенные генератор возбуждающих импульсов, излучающий и приемный акустические преобразователи, первый ограничитель импульсов и первый компаратор , последовательно соединенные второй ограничитель импульсов, подключенный входом к излучающему акустическому преобразователю , и второй компаратор, первый и второй RS-триггеры, последовательно соединенные дискриминатор, входы которого подключены к выходам RS-триггеров, коммутатор, управл ющий вход которого св зан с выходом первого RS-триггера, интегратор , управл емый генератор, делитель частоты, распределитель импульсов и первый элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом генератора возбуждающих импульсов , и регистратор, подключенный к выходу управл емого генератора, снабжено вторым элементом ИЛИ, выход которого подключен к опорному входу второго компаратора , а входы - к первому, второму и третьему выходам распределител  импульсов , второй вход первого элемента ИЛИ св зан с третьим выходом распределител  импульсов, четвертый выход которого подключен к R-входам RS-триггеров, выходы компараторов подключены соответственно к S-входам RS-триггеров, а выход первого элемента ИЛИ соединен с опорным входом первого компаратора.

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

Устройство дл  измерени  скорости звука содержит последовательно электроакустически соединенные генератор 1 возбуждающих импульсов, излучающий акустический преобразователь 2, содержащий пьезоэлемент 3 и протектор 4, приемный акустический преобразователь 5, включающий пьезоэлемент 6 и протектор 7, огра- ничитель 8 импульсов и компаратор 9, соединенный с S-входом RS-триггера 10, последовательно соединенные ограничитель 11 импульсов, подключенный входом к излучающему акустическому преобразователю 2, и компаратор 12, соединенный с S-входом RS-тригера 13, выходы RS-триггеров 9 и 13

0 подключены соответственно к первому и второму входам дискриминатора 14, соединенному первым, вторым выходом с одноименными входами коммутатора 15, третий вход которого подключен к выходу RS-триг5 гера 10, выход коммутатора 15 подключен к последовательно соединенным интегратору 16, управл емому генератору 17, делителю 18 частоты, объединенному входом с входом регистратора 19, и распределителю 20 им0 пульсов, первым выходом через схему ИЛИ 21 подключенный к входу генератора 1 возбуждающих импульсов, второй вход схемы ИЛИ 21 соединен с вторым.выходрм распределител  20, вторые входы компараторов 9,

5 12 подключены соответственно к выходам схем ИЛИ 21 и 22, первый, второй, третий входы схемы ИЛИ 22 подключены к первому , второму, третьему выходу распределител , S-входы RS-тригтеров 10 и 13,

0 подключены к четвертому выходу распределител  20 импульсов.

Устройство работает следующим образом .;

Выходные импульсы управл емого ге5 нератора 17 с частотой следовани  f через делитель 18, уменьшающий частоту в k раз, поступает на вход распределител  20, импульсы на выводах микросхемы которого представлены на временных диаграммах

0 23-29 фиг. 2. По переднему фронту импульса 23 с первого выхода распределител  20 через схему ИЛИ 21 генератор 1 формирует импульс 30-1, возбуждающий акустический преобразователь. Пьезоэлемент 3 излучает

5 акустические колебани , которые после прохождени  протектора 4 частично проход т в исследуемую среду, а частично, отразившись от границы протектор - среда, вследствие различи  акустических импе0 дансов материала протектора и среды, возвращаютс  обратно к пьёзоэлементу 3 и преобразуютс  им в электрический импульс 35-2, фиксируемый на выходе ограничител  11. Акустические колебани , излучаемые бо5 ковыми поверхност ми пьезоэлемента 3, распростран ютс  по металлоконструкции измерител  и принимаютс  акустическим преобразователем 5 - импульс 31-1 на выходе ограничител  8. Акустические колебани , прошедшие исследуемую среду и

Протектор 7, принимаютс  пьезоэлементом 6, преобразующим их в электрический сигнал .

Последний через ограничитель 8(31-2) поступает на компаратор 9, на второй вход которого в это врем  подаетс  уровень логического О, что позвол ет получить на выходе компаратора 9 импульс 33. Импульсы 23 и 27, поступающие через схему ИЛИ 21с первого и второго выходов распреде- лител  20 на опорный вход 2 (сигнал 32) компаратора 9, предотвращают его срабатывание от неинформативных импульсов 31-1 и 31-3. Выходной импульс 33 компаратора 9 устанавливает RS-триггер 10 в состо-  ние логической 1. Сброс RS-триггера 10 будет осуществлен при поступлении на его R-вход импульса 29. Выходной импульс 34 RS-триггера 10 представл ет собой информативный приемный импульс. Временный интервал, отсчитываемый между передними фронтами импульсов 23 и 34, представ- л ющий собой врем  Тзонд

зондировани , равен Тзонд тис + Тиз, где TMC - информативное врем  распространени  акустических колебаний в исследуемой

среде, Тпз - суммарное паразитное врем  задержки в тракте формировани  и приема информативного сигнала в конструктивных элементах акустических преобразователей и электронных блоках устройства:

тЬ 2 Т| -Ю + 1 +Т3 + ТИ + Т7 +

+ те + га +т& + тю

TI - временна  задержка 1-го блока, где i - номер блока или конструктивного элемента по фиг. 1.

Импульсом 27 второго выхода распределител  20 через схему ИЛИ 21 произво- дитс  повторный запуск генератора 1, формирующего возбуждающий импульс 30-2. Пьезоэлемент 3 излучает акустические колебани , распростран ющиес  в протекторе 4 и далее частично - в исследу- емой среде, а частично - вновь по протектору 4 поступают обратно на пьезоэлемент 3 вследствие отражени  от границы протектор - среда. Отраженные акустические колебани  преобразуютс  пьезоэлементом 3 в электрический сигнал, фиксируемый на выходе ограничител  11 как импульс 35-4. Из серии импульсов 35, возникающих на выходе ограничител  11, полезным  вл етс  только импульс 35-4, остальные импуль- сы сопровождаютс  одновременным с их по влением поступлением сигнала 36 логической 1 с выхода элемента ИЛИ 22 на опорный вход компаратора 12. В момент

5

0 5 0

0

5

0 5 0 5

поступлени  на вход компаратора 12 сигнала 35-4 на его опорном входе присутствует сигнал логического О. На выходе компаратора 12 формируетс  импульс 37, устанавливающий RS-триггер 13 в состо ние логической 1 (импульс 38).

Временной интервал между передними фронтами импульсов 23 и 28 представл ет собой длительность опорного временного

интервала топ 4 три + Тп з , где три - длительность выходного импульса распределител  20, tils суммарное паразитное врем  задержки в тракте формировани  и приема дополнительного отраженного импульса:

т п з Е г Т21 + Т1 + ТЗ + Т4 + Ти + + ТЗ +Г11 +П2 +Т13.

Временные интервалы т0п и Тзонд имеют общее начало отсчета - передний фронт импульса 23 с первого выхода распределител  20, но разные концы - передние фронты дополнительного приемного импульса 38 и информативного импульса 34. Дискриминатор 14 осуществл ет анализ временного взаиморасположени  передних фронтов, импульсов 34 и 38.

Если передний фронт импульса 34 опережает первый фронт импульса 38, как показано на фиг. 2, D-триггер дискриминатора

14устанавливаетс  в состо ние 1. При этом управл емый RS-триггер коммутатора

15также устанавливаетс  в состо ние Г. Напр жение на выходе интегратора 16 увеличиваетс , что вызывает увеличение частоты f следовани  импульсов на выходе управл емого генератора 17 и уменьшение длительности три выходных импульсов распределител  20, в результате передние фронты импульсов 34 и 38 будут сближатьс .

Если передний фронт импульса 34 будет отставать от переднего фронта импульса 38, дискриминатор 14 будет находитьс  в состо нии О. На выходе коммутатора 15 будет также присутствовать сигнал логического О. Выходное напр жение интегратора 16 будет уменьшатьс , что вызовет уменьшение частоты f импульсов на выходе управл емого генератора 17 и увеличение длительности три выходных импульсов распределител , вследствие чего передние фронты импульсов 34 и 38 будут сближены.

В установившемс  режиме работы устройства передние фронты импульсов 34 и 38 совпадут, что свидетельствует об уравновешивании временных интервалов т3онд и

Топ .

Тзонд Топ ,

Тис + Тпз 4 Три + Тлз , Тис + 4 Три , при Тпз Тпз ,

что будет соблюдатьс  при условии Гз т& ; -TT,TB т: Tg па; гю ris.

Частота f-управл емого генератора 17, фиксируема  регистратором 19, будет определ тьс  следующим выражением:

- 4КС

Т L

где К - коэффициент делени  делител  18 частоты: С - скорость звука в исследуемой среде; L - акустическа  база устройства.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  скорости звука, содержащее последовательно электроакустически соединенные генератор возбуждающих импульсов, излучающий и приемный акустические преобразователи, первый ограничитель импульсов и первый компаратор, последовательно соединенные второй ограничитель импульсов, подключенный входом к излучающему акустическому преобразователю, и второй компаратор, первый и второй RS-триггеры, последовательно соединенные дискриминатор, входы которого подключены к выходам RS-тригге- ров, коммутатор, управл ющий вход которого св зан с выходом первого RS-триггера,

   интегратор, управл емый генератор, делитель частоты, распределитель импульсов и первый элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом генератора возбуждающих импульсов, и регистратор, подключенный к

   выходу управл емого генератора, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, оно снабжено вторым элементом ИЛИ, выход которого подключен к опорному входу второго компаратора, а входы - к

   первому, второму и третьему выходам распределител  импульсов, второй вход первого элемента ИЛИ св зан с третьим выходом распределител  импульсов, четвертый выход которого подключен к R-входам RS-триггеров , выходы компараторов подключены соответственно к S-входам RS-триггеров, а выход первого элемента ИЛИ соединен с опорным входом первого компаратора.

   Фиг. I