SU577451A1

SU577451A1 - Ultrasonic wave propagation velocity meter

Info

Publication number: SU577451A1
Application number: SU7502191105A
Authority: SU
Inventors: Абрам Хаймович Гольберг; Анатолий Петрович Гришов
Original assignee: Предприятие П/Я А-7779
Priority date: 1975-11-18
Filing date: 1975-11-18
Publication date: 1977-10-25

Description

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СКСРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА(54) ULTRASONIC SPEED METER

1one

Изобретение отнсюитс к технике ультразвука , предназначено дл измерени скорости распространени ультразвуковых колебаний в исследуемой среде и может быть использовано при построении р да приборов дл физико-химических измерений.The invention relates to the technique of ultrasound, designed to measure the speed of propagation of ultrasonic vibrations in the medium under study and can be used in the construction of a number of instruments for physico-chemical measurements.

Известен измеритель скорости ультразвука фазовым методом, основанным на сравнении фаз ультразвуковых колебаний, излучаемых в упругую среду, и на выходе из Known ultrasound velocity meter phase method, based on a comparison of the phases of ultrasonic vibrations emitted in an elastic medium, and at the output of

Этот измеритель имеет сравнительно невысокую чувствительность и точность, а также малый диапазон измерени скорости ультразвука .This meter has a relatively low sensitivity and accuracy, as well as a small measuring range of the speed of ultrasound.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс измеритель скорости ультразвука, содержащий излучатель ультразвука, генератор высокочастотных электрических колебаний, приемник ультразвука и частотный детектор 2j. Однако этот измеритель имеет малую чувствительность , помехоустойчивость и точность, а также незначительный диапазон измерени .The closest in technical essence to the present invention is an ultrasound velocity meter comprising an ultrasound emitter, a high-frequency electrical oscillation generator, an ultrasound receiver and a frequency detector 2j. However, this meter has a low sensitivity, noise immunity and accuracy, as well as a small measuring range.

Цель изобретени - повышение чувствительности , помехоустойчивости, точности и The purpose of the invention is to increase the sensitivity, noise immunity, accuracy and

расширение диапазона измерени скорости ультразвука.expansion of the ultrasound velocity measurement range.

Поставленна цель достигаетс тем, что в предлагаемый измеритель введены фазовый модул тор, генератор шума, полосовой филкгр мультипликатор, блок регулируемого запаздывани и. интегратор, при этом генератор высокочастотных электрических колебаний подключен к фазовому оаул тору, к моделирукицему входу которртч) подсоединен выход полосового фильтра, входом соединенного с генератором шума, выход фазового модул тора подключен к излучател1о ущугразвука , а выход приемника ульлфазвуковых колебаний через частотный детектор подключен к мультипликатору; второй вход которого соединен с выходом блока регулируемого запаздывани , а выход - с интегратором , подключенным к управл ющему входу блока регулируемого запаздывани , вход которого соединен с выходом полосоворго фильтра.The goal is achieved by the fact that a phase modulator, a noise generator, a band-pass filter multiplier, an adjustable time delay block and are introduced into the meter. the integrator, while the high-frequency electric oscillation generator is connected to the phase amplifier, to the modular input korrt) the output of a band-pass filter connected to the noise generator is connected, the output of the phase modulator is connected to the emitter of the ultrasonic vibrator, and the output of the receiver of ultrasonic oscillations via a frequency detector is connected to a multiplier ; the second input of which is connected to the output of the adjustable delay unit, and the output to the integrator connected to the control input of the adjustable delay unit, the input of which is connected to the output of the filter strip.

На чертеже показана функциональна схема измерител скорости ультразвука.The drawing shows the functional diagram of the velocity meter ultrasound.

Генератор высокочастотных электрически колебаний 1 подключен к фазовому мопул то ру 2, на оцулируюший вход которого подано напр жение от последовательно соединенных генератора шума 3 и полосового l филыгра4, Выходфазовсгомодул тораподключен к излучателю ультразвука 5, а выход прием кика улыгразвуковых колебаний 6 через частотт ный детектор 7 -к мулнгипликатору 8. Второй gxoa поспеднегосоединен с выходом бпока регу лируемого запаздывани 9, а выход - с интегратором 1О, подключенным к управл ющему входу блрка регулируемого запаздыва НИН, на вход которого подано напр жение с выхода полосового фильтра.The high-frequency electrically oscillation generator 1 is connected to the phase mopul to r 2, on the oscillating input of which voltage is applied from the series-connected noise generator 3 and the bandwidth of the sensor4, the output of the module is connected to the ultrasound emitter 5, and the output of the acoustic and ultrasonic oscillations 6 through the frequency detector 7 - to the multiplicator 8. The second gxoa is connected with the output delay of the adjustable delay 9, and the output with the integrator 1O connected to the control input of the adjustable delay NIN, on stroke which supplies a voltage output from the bandpass filter.

Измеритель скорости ультразвука работает следующим образом.Measuring the speed of ultrasound works as follows.

Генергэтор 1 вырабатывает напр жение частоты и , которое модулируетс по фазе) в фазовом модул торе 2 напр жением в ( t ), представл ющим собой случайную функцию ограниченного спектра низших частот, статистические параметры которой определ ютс генерат6 эом щума 3 и полосовым фильтром 4. Высокочастотное модулированное по фазеThe generator 1 generates a frequency voltage and which is phase-modulated) in phase modulator 2 by voltage in (t), which is a random function of a limited low-frequency spectrum, the statistical parameters of which are determined by the oscillator 3 and the band-pass filter 4. High-frequency phase modulated

напр жениеUj UjSbft)ote(t) подаетс на излучатель 5, в котором преобразуетс в ультразвуковые колебани . Пройд исследуемую среду, эти колебани достигают приемника 6, на выходе которого напр жение U2i. равHoell U2Sir(iOot @(t -t), задержано на врем ;t , равное времени распространени ультразвука в среде. На выходеthe voltage Uj UjSbft ote (t) is applied to the radiator 5, in which it is converted into ultrasonic vibrations. Having passed the test medium, these oscillations reach the receiver 6, at the output of which the voltage U2i. equHoell U2Sir (iOot @ (t -t), delayed by time; t, equal to the time of ultrasound propagation in the medium. At the output

частотного детектора 7 напр жение 1/5 Кцд . dQ(t frequency detector 7 voltage 1/5 ktsd. dQ (t

at где Куд - коэффициент преобразовани at where kud is the conversion factor

частотного детектора,frequency detector

производна задержанной delayed derivative

фазы по времени,phase by time

Напр жение Uj поступает на мультипликатор 8, где перемножаетс с напр жением иц в (t-ti) « получаемым с выхода блока регулируемого запаздывани 9, наThe voltage Uj is fed to the multiplier 8, where it is multiplied with the voltage of the eggs in (t-ti) "obtained from the output of the adjustable lag unit 9, by

вход которого подано напр жение 0 ( -t . с выхода полосового фильтра 4, С выхода мультипликатора 8 напр жение поступает на интегратор 1О, выходной сигнал которого подаетс на регулирующий вход блока регулируемого запаздывани 9, в котором осуществл етс изменение величины задержки ti до тех пор, пока 4 . не станет равной задержке f , Выходной сигнал интегратора Ю вл етс также выходным сиг налом измерител скорости, линейно завис щим от скорости ультразвука в среде, что способствует расширению диапазона измерени .the input of which voltage is applied 0 (-t. from the output of the bandpass filter 4, from the output of the multiplier 8, the voltage goes to the integrator 1O, the output signal of which is fed to the regulating input of the adjustable delay unit 9, in which the change in the delay ti takes place until until 4. becomes equal to the delay f, the output signal of the integrator u is also the output signal of the velocity meter, linearly dependent on the speed of ultrasound in the medium, which contributes to the extension of the measurement range.

Выходной сигнал ,равен оценке коррел ционной функции сигнала 0 (t -ti ) и егоThe output signal is equal to the estimate of the correlation function of the signal 0 (t –ti) and its

производнойderivative

cie(t-tt)cie (t-tt)

Ree(t) Tje(t-T,)Ree (t) Tje (t-T,)

dt ,dt,

dtdt

Получение на выходе напр жени , равного оценке автокоррел ционной функции RQQ ( t ) процесса 0 ( t ) в данном случае нецелесообразно, хот это и обеспечивает повыщение точности измерени в сравнении с интерференционным методом.Obtaining at the output a voltage equal to the estimate of the autocorrelation function RQQ (t) of process 0 (t) is inadvisable in this case, although this provides an increase in the measurement accuracy in comparison with the interference method.

Большинство коррел ционных функций в области нулевых значений аргумента Ч имеет слабо выраженный экстремум, заметные отличи от которого сама функци имеетMost of the correlation functions in the domain of zero values of the argument H have a weakly pronounced extremum, the noticeable differences from which the function itself has

в области относительно больших значений аргумента , что снижает чувствительность и точность систем со структурйойопределени оценки автокоррел ционной функции.in the region of relatively large values of the argument, which reduces the sensitivity and accuracy of systems with a structured determination of the autocorrelation function.

Дополнительное повышение чувствительности и точности в измерителе скорости ультразвука достигаетс за счет использовани оценки производной коррел ционной функции Rgglff) процесса 0(t), котора , в свою очередь, равна оценке коррел ционной функции процесса и его производной 1200 (f ) При нулевом значении :, R0Q(O)(O)O. При значени х t , близких к нулю, функци RQQ имеет большую крутизну, что и обеспечивает повышение чувствительности и точности в сравнении со структурой, в которой используетс оценка Rgg() .An additional increase in sensitivity and accuracy in the ultrasound velocity meter is achieved by using an estimate of the derivative of the correlation function Rgglff of process 0 (t), which, in turn, is equal to the estimate of the correlation function of the process and its derivative 1200 (f) At zero: R0Q (O) (O) O. At t values close to zero, the RQQ function has a greater steepness, which provides increased sensitivity and accuracy in comparison with the structure in which the Rgg () estimate is used.

cfQ(t-t) cfQ (t-t)

Получение производнойDerivative

проdtprodt

цесса 0 (t-ч ) обходитс без участи операции пифференцировани , сопровождающейс обострением помех, а осуществл етс путем фазового детектировани высокочастотного сигнала частотным детектором. Высока помехоустойчивость способствует повышению точности измерени скорости ультразвука.Process 0 (t-h) is avoided without the participation of the differentiation operation, accompanied by the aggravation of interference, and is carried out by phase detection of the high-frequency signal with a frequency detector. High noise immunity contributes to an increase in the accuracy of ultrasound velocity measurements.

Ф оF o

у лай з-о б р е т е.н.иu bai w o b r e tn

Измеритель скорости ультразвука, содержащий излучатель ультразвука, генератор высокочастотных электрических колебаний, приемник ультразвука и частотный детектор, отличающийс тем, что, с целью повышени чувствительности, помехоустойчивости , точности и расширени диапазона измерени , в него введены фазовый модул тор , генератор щума, полосовой фильтр, мультипликатор, блок регулируемого запаздывани и интегратор, при этом генератор высокочастотных электрических колебаний подключен к фазовому модул тору, к модулирующему входу которого подсоединен выход полосового фильтра, входом соединенного с генератором шума, выход фазового модул тора подключен к излучателю ультг) звука , а выход приемника ультразвука через частотный детектор пооключен к мультипликатору , второй вход которого соединен с выходом блока регулируемого запаздывани , а выход - с интегратором, подключенным к управл ющему входу блока регулируемого запаздывани , вход которого соединен с выходом полосового фильтра.An ultrasound velocity meter containing an ultrasound emitter, a high-frequency electrical oscillation generator, an ultrasound receiver and a frequency detector, characterized in that, in order to increase the sensitivity, noise immunity, accuracy and expansion of the measurement range, a phase modulator, a noise generator, a band-pass filter, a multiplier, an adjustable lag unit and an integrator, while the high-frequency electrical oscillator is connected to a phase modulator, to a modulating input of which The output of the band-pass filter connected to the noise generator is connected, the output of the phase modulator is connected to the ultrasound emitter, and the output of the ultrasound receiver is connected to a multiplier through a frequency detector, the second input of which is connected to the output of the adjustable delay unit, and the output is connected to the integrator, connected to the control input of the adjustable lag unit, the input of which is connected to the output of the band-pass filter.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе:Sources of information taken into account in the examination:

1.Авторское свидетельство СССР № 441456, кл. С 01 Н 5/00, 1972.1. USSR author's certificate number 441456, cl. C 01 H 5/00, 1972.

2.Носов В. А. Проектирование ультразвуковой измерительной аппаратуры , М., Машиностроение, 1972, с. 86-67.2. Nosov V. A. Designing of ultrasonic measuring equipment, M., Mashinostroenie, 1972, p. 86-67.