Claims (4)
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА - И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ измерени фазы по несущей частоте, состо щий из последовательно соединен ных первого фазового детектора, второ го усилител первого исполнительного двигател и первого фозовращател , пр этом вход первого фазового детектора соединен с выходом первого усилител , вход первого фазовращател - с выходом модул тора, а выход первого фазовращател - со вторым входом первого фазового детектора контур измерени фазы по модулирующей частоте, состо щий из последовательно соединенных второго амплитудного детектора, второго фазового детектора, третьего усилител , второго исполнительного двигател и второго фазовращател , при этом вход второго фазовращател соединен с выходом модул тора через первый амплитудный детектор, вход второго амплитудного детектора подклю чен к выходу первого усилител , а выход второго фазовращател соединен со вторым -входом второго фазового детектора 4 . Недостатком известного способа и устройства вл етс вносима вследствие изменени реверберационной картины нестабильность акустического пол в измерительном акустическом преобразователе , привод ща к значительным погрешност м и снижению точности измерений . Цель изобретени - повышение точности измерений. Дл этого по предлагаемому способу несущую и модулирующую частоты амплитудно-модулированного сигнала одновре менно пропорционально измен ют до нулевой разности фаз по модулирукмцей частоте, фиксируют фазовый сдвиг по несущей частоте, после чего измен ют полученное значение несущей частоты до нулевой разности фаз по несущей частоте и по полученному значению несущей частоты суд т о скорости ультразвука . Дл реализации предлагаемого спосо ба в устройство дл определени скорости ультразвука, содержащее последо вателгно соединенные генератор ультразвуковой частоты, модул тор, измери тельный акустический преобразователь, усилитель и первый фазовый детектор, а также подключенный к выходу модул тора первый амплитудный детектор и подключенные к выходу усилител после довательно соединенные второй амплиту ный детектор и второй фазовьй детекто введены блок перестройки частоты, под ключенный к входу генератора ультразв ковой частоты, частотомер и делитель частоты, входы которых подключены к выходу генератора ультразвуковой част ты, а выход делител частоты подключе ко второму входу модул тора, и коммутатор , входы которого подключены к вы - ходам первого и второго фазовых детек торов, а выход - к входу блока перестройки частоты, при этом выход модул ор .а подключен ко второму входу первого фазового детектора, а выход первого амплитудного детектора подключен ко второму входу второго фазового детектора . Сущность предлагаемого- технического решени заключаетс в установке в измерительном акустическом преобразователе стабильной карты акустического пол с посто нной длиной ультразвуковой волны путем изменени частоты генерируемых ультразвуковых частот. Установка посто нной длины волны осуществл етс в два этапа. Первый этап - изменение несущей и модулирующей частот до установки наперед заданной длины волны модулирующего сигнала . При этом несуща частота принимает значение, при котором фазовый детектор по несущей частоте выходит на требуемый участок .характеристики. Второй этап - изменение несущей частоты до установки наперед заданной длины волны несущей частоты. При выполнении услови постю нства и однозначности длины волны по несущей частоте скорость ультразвука будет пр мо пропорциональна частоте ультразвуковых Колебаний. Диапазон изменени частоты генератора ультразвуковых колебаний в-замкнутом контуре определ етс , исход из условий однозначности работы фазового детектора, по формуле где f Hf - максимсшьна и минимальма с MCLItC на частоты при условии однозначной работы фазового детектора в диапазоне фазовых сдвигов от „акс-110 1инПрежде всего задаютс величиной фазового сдвига по модулирующей частоте РМ f при котором сигнал на выходе фазового детектора по модулиру аей частоте равен нулю. При фиксированной базе измерительного акустического преобразовател I величина фазового сдвига Фи однозначно св зана со значением длины волиы модулирующего сигнала А , J А,,2 г. (2) При известном значении У. м по полученному в ходе работы контура значении, частоты модул ции fw можно -приблизительно судить о скорости ультразвука при5л. приУл. Пределы допустимых значений фазоВОГО сдвига fMnanc И ммик / ПрИ КОТОрых в контуре ПО модулирующей частоте однозначно устанавливаетс значение фазового сдвига f. определ ютс по характеристике фазового детектора модулирующей частоты. По формуле (1), задава сь одной из частот лиаксили|-„м„„ рассчитьшают другую частоту. По этим частотам определ ют диапазон измер емых скоростей ультра звука . Поскольку в предлагаемом-способе частоты и фазовые сдвиги св заны отношением к. нес значение несущей частоты величина фазового сдвига по несущей частоте; к - коэффициент пропорционал ности или коэффициент де лени делител частоты, то задава сь К, можно по значению фа зового сдвига по модулирующей частот f м определить значение фазового сдвига по несущей частоте Чне, которое неооходимо поддерживать с помощь контура по несущей частоте. Пределы допустимых значений фазового сдвига по несущей частоте нес„д и нее которых должен работать контур, определ ютс по характеристи ке фазового детектора несущей частот Целью работы контура по модулирую щей частоте- вл етс получение значе ний модулирующей и несущей частот, при которых фазовый детектор по несу щей частоте выйдет в диапазон фазовы сдвигов отФнес«акс-«° нес „«„ Работа контура по несущей частоте сводитс к установке точного значени величины фазового сдвига по несущей частоте нес- При этом на выходе фазового детектора несущей частоты уст новитс нулевой сигнал.. Длина волны ультразвуковых колебаний по несущей частоте определ етс как иес-2. (6) При известном значении по трлученному в ходе работы конечному значению несущей частоты „ можно точно определить скорость ультразвука в исследуемой среде . При изменении скорости ультразвука С в среде, поддержива стабильны фазовый сдвиг по несущей частоте/ т. значение Яцеоf по значению измен юще с несущей частоты jyej. можно судить о скорости ультразвука С, На чертеже представлено устройств реалнзунмцее предлагаемый способ. Устройство состоит из последовательно соединенных генератора ультразвуковой частоты 1, модул тора 2, измерительного акустического преобразовател 3, усилител 4 и первого фазового детектора 5, первого амплитудного детектора б, подключенного к выходу модул тора 2, подключенных к выходу усилител .4 последовательно соединенных второго амплитудного детектора 7 и второго фазового детектора 8, коммутатора 9, входы которого подключены к выходам первого 5 и второго 8 фазовых детекторов, блока перестройки частоты 10, подключенного между выходом коммутатора 9 и генератором 1, делител частоты 11 и частотомера 12, входы которых подключены к выходу генератора 1, а выход делител подключен ко второму входу модул тора 2, при этом выход модул тора 2 подключен ко второму входу первого фазового детектора 5, а выход первого амплитудного детектора 6 подключен ко второму входу второго фазового детектора 8. Устройство работает следующим образом . С помощью генератора ультразвуковых колебаний 1, делител частоты 11 и модул тора 2 формируют амплитудномодулированный сигнал, который поступает на измерительный акустический преобразователь 3 и затем на усилитель 4. Сигнал модулирующей частоты выдел етс на амплитудных детекторах 6 и 7 и поступает на второй фазовый детектор 8. Пусть при включении устройства на выходе второго фазового детектора 8будет посто нный сигнал. Коммутатор 9подключает выход второго фазового детектора к входу блока перестройки частоты 10, который, в частности, можех оыть интегральным.или пропорционально-интегральным звеном. При этом начинает работать контур калибровки по модулирующей частоте. Блок перестройки частоты 10 управл ет частотой генератора и, следовательно, частотой модулирующего сигнала, получаемого на выходе делител частоты 11. При достижении- нул на выходе второго фаэового детектора 8 коммутатор 9 отключает его и подключает к вхсЗду блока перестройки частоты 10 выход первого фазовогсЗ детектора 5. Блок перестройки частоты измен ет частоту генератора 1 до получени нул на выходе первого фазового детектора 5. При этом значение несущей частоты, измеренное частотомером 12, оудет пропорционально значению скорости ультразвука в веществе. Величина сигнала на выходе фазового детектора 8 измен етс незначительно . Дальнейшие изменени скорости ультразвука в веществе устройство будет отслеживать, измен пропорционально несущую и модулирующую частоты, причем будет работать контур по несущей частоте. Если вследствие резких внешних возмущений первый фазовый детектор 5 переходит на другой рабочий участок своей характеристики, то по вл етс сигнал на выходе второго фазового детектора 8. Коммутатор 9 отключает цепь первого фазового детектора и подсоедин ет к выходу блока пе рестройки частоты 10 выход второго фазового детектора 8 и повтор етс режим калибровки. Возможно также использование двух самосто тельных контуров по модулирую щей и несущей частотам с раздельными перестраиваемыми генераторами. В этом случае добавл етс контур сведени частот, осуществл ющий пропорциональное изменение несущей и модулирующей частот. Но, в сущности, така схема вл етс модификацией делител частоты 11 . Предлагаемый способ позвол ет уст ранить погрешность за счет нестабиль ности реверберационной картины в измерительном акустическом преобразова теле и, следовательно, повысить,точность измерени скорости ультразвука Диапазон измер емых скоростей в предлагаемом способе не имеет принци ограничений. Формула изобретени 1. Способ определени скорости ультразвука, основанный на возбуждеНИИ в исследуемой среде амплитудномодулированного сигнала, приеме его на фиксированном рассто нии и измерении сдвигов фаз прин того сигнала по Модулирун цей и несущей частотам, о тл и ч а ю щ и и с тем, что, с целью (аовмценй точности измерений, несущую и модулирующую частоты амп итудно-мо дулированного. сигнала одновременно пропорционально измен ют до нулевой разности фаз по модулирующей частоте/ фиксируют фазовый сдвиг по несущей частоте, после чего измен ют полученное значение несущей частоты до нулевой разности фаз по несущей частоте и по полученному значению несущей частоте суд т о скорости ультразвука. 2. Устройство дл осуществлени способа по П.1, содержащее последовательно соединенные генератор ультразвуковой частоты, модул тор, измерительный акустический преобразователь, усилитель и первый фазовый детектор а также подключенный к выходу модул тора первый амплитудный детектор и подключенныеи выходу усилител последовательно соединенные второй амплитудный детектор и второй фазовый детектор , отличающеес тем, что в устройство введены блок перестройки частоты, подключенный к входу генератора ультразвуковой частоты, частотомер и делитель частоты, входы которых подключены к выходу генератора ультразвуковой частоты, а выход делител частоты подключен ко второму входу модул тора, и коммутатор, входы KOTODoro подключены к выходам перого и второго фазовых детекторов, а ыход -. к входу блока перестройки частоты, при этом выход модул тора подключен ко второму входу Ъервого фазового детектора, а выход первого амплитудного детектора подключен ко второму входу второго фазового детек-v тора. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе.: 1.Авторское свидетельство СССР № 373610, кл. &01N 29/00, 1973. THE METHOD FOR DETERMINING THE ULTRASONIC SPEED - AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION Carrier Phase Measurement, consisting of the first phase detector connected in series, the second amplifier of the first actuator and the first inverter, connected to the output of the first amplifier, the first phase detector, connected to the output of the first amplifier, the first photodetector, and the input of the first phase detector connected to the output of the first amplifier, the first photodetector, and the input of the first phase detector connected to the output of the first amplifier, the first photodetector, the input of the first phase detector, connected to the output of the first amplifier, phase shifter with modulator output, and the output of the first phase shifter with the second input of the first phase detector, the phase measurement loop at the modulating frequency, consisting of a sequence but connected to the second amplitude detector, the second phase detector, the third amplifier, the second actuator and the second phase rotator, while the input of the second phase rotator is connected to the modulator output through the first amplitude detector, the second amplitude detector input is connected to the output of the first amplifier, and the second phase rotator output connected to the second input of the second phase detector 4. The disadvantage of the known method and device is due to the change in the reverberation pattern, the instability of the acoustic field in the measuring acoustic transducer, resulting in significant errors and a decrease in the measurement accuracy. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy. For this, according to the proposed method, the carrier and modulating frequencies of the amplitude-modulated signal are simultaneously proportionally changed to zero phase difference at the modulated frequency, the phase shift is fixed at the carrier frequency, and then the resulting value of the carrier frequency is changed to zero phase difference at the carrier frequency and the obtained value of the carrier frequency is judged on the speed of ultrasound. To implement the proposed method, a device for determining the velocity of ultrasound, comprising a successively connected ultrasonic frequency generator, a modulator, a measuring acoustic transducer, an amplifier and the first phase detector, as well as a first amplitude detector connected to the modulator output and connected to the output amplifier after the second amplitude detector and the second phase detector are connected in combination; a frequency tuning unit, connected to the input of the ultrasonic frequency generator, is introduced. a frequency meter and a frequency divider, whose inputs are connected to the output of the ultrasonic generator, and the output of the frequency divider are connected to the second input of the modulator, and a switch, whose inputs are connected to the outputs of the first and second phase detectors, and the output to the input of the tuning unit frequency, while the output of the op. a module is connected to the second input of the first phase detector, and the output of the first amplitude detector is connected to the second input of the second phase detector. The essence of the proposed technical solution is to install in the measuring acoustic transducer a stable acoustic field map with a constant ultrasonic wavelength by changing the frequency of the generated ultrasonic frequencies. The installation of a constant wavelength is carried out in two stages. The first stage is a change in the carrier and modulating frequencies before setting the predetermined wavelength of the modulating signal. In this case, the carrier frequency takes on the value at which the phase detector at the carrier frequency enters the required section of the characteristics. The second stage is a change in the carrier frequency before setting in advance of a given wavelength of the carrier frequency. When the condition of the postulation and unambiguity of the wavelength over the carrier frequency is satisfied, the ultrasound speed will be directly proportional to the frequency of the ultrasonic Oscillations. The range of variation of the ultrasonic oscillator frequency in a closed loop is determined based on the uniqueness of the phase detector operation, according to the formula where f Hf is maximum and minimum from MCLItC to frequencies under the condition of unambiguous operation of the phase detector in the range of phase shifts from ACS-110 in total, they are specified by the value of the phase shift at the modulating frequency PM f, at which the signal at the output of the phase detector at the modulated frequency is zero. At a fixed base of the measuring acoustic transducer I, the phase shift Phi is uniquely related to the value of the wavelength of the modulating signal A, J A ,, 2 g. (2) For a known value of V m, the value obtained during the operation of the circuit modulation frequency fw You can approximately judge the speed of ultrasound at 5L. pri The limits of the allowable values of the phase shift fMnanc And the mic / KOTOI line in the software circuit of the modulating frequency unambiguously sets the value of the phase shift f. determined by the characteristic of the modulating frequency phase detector. According to the formula (1), setting one of the frequencies of the liaxi | - "m" to calculate one other frequency. These frequencies determine the range of the measured speeds of the ultra sound. Since in the proposed method, the frequency and phase shifts are related to the ratio of the carrier frequency to the magnitude of the phase shift in the carrier frequency; k is the coefficient of proportionality or the coefficient of division of the frequency divider, then by setting K, one can determine the value of the phase shift from the modulating frequency f m to determine the value of the phase shift from the carrier frequency Chne, which is necessary to maintain with the help of the contour by the carrier frequency. The limits of the permissible values of the phase shift in the carrier frequency of the carrier and of which the loop should operate are determined by the characteristic of the phase detector of the carrier frequencies. The purpose of the circuit in the modulating frequency is to obtain the values of the modulating and carrier frequencies at which the phase detector the carrier frequency will go into the range of phase shifts from the transmitter “ax-“ ° carried ”“ ”The work of the circuit at the carrier frequency is reduced to the setting of the exact value of the value of the phase shift at the carrier frequency of the carrier. At the same time, at the output of the phase detector The carrier signal of the carrier is set to a zero signal. The wavelength of the ultrasonic oscillations at the carrier frequency is defined as ies-2. (6) With a known value of the final value of the carrier frequency, which is transmitted in the course of operation, it is possible to accurately determine the velocity of ultrasound in the medium under study. When the velocity of ultrasound C is changed in the medium, while maintaining a stable phase shift in the carrier frequency / m., The value of Yc-yo varies in value from the carrier frequency jyej. You can judge the speed of ultrasound C. The drawing shows the devices of the proposed method. The device consists of a series-connected ultrasonic frequency generator 1, modulator 2, measuring acoustic transducer 3, amplifier 4 and first phase detector 5, first amplitude detector b connected to the output of modulator 2 connected to the output of amplifier .4 serially connected second amplitude detector 7 and the second phase detector 8, the switch 9, the inputs of which are connected to the outputs of the first 5 and second 8 phase detectors, frequency tuning unit 10 connected between the output switch 9 and generator 1, frequency divider 11 and frequency meter 12, the inputs of which are connected to the generator output 1, and the output of the divider are connected to the second input of modulator 2, while the output of the modulator 2 is connected to the second input of the first phase detector 5, and the output of the first amplitude detector 6 is connected to the second input of the second phase detector 8. The device operates as follows. Using an ultrasonic oscillation generator 1, a frequency divider 11 and a modulator 2, an amplitude-modulated signal is generated, which is fed to the measuring acoustic transducer 3 and then to the amplifier 4. The modulating frequency signal is extracted at the amplitude detectors 6 and 7 and fed to the second phase detector 8. Let, when the device is turned on, the output of the second phase detector 8 will be a constant signal. The switch 9 connects the output of the second phase detector to the input of the frequency tuning unit 10, which, in particular, can be integrated. Or a proportional-integral link. At the same time, the calibration loop at the modulating frequency starts to work. The frequency tuning unit 10 controls the frequency of the generator and, therefore, the frequency of the modulating signal received at the output of frequency divider 11. When the output at the output of the second phage detector 8 is reached, the switch 9 turns it off and connects the output of the first phase detector 5 to the output frequency control unit 10 The frequency tuning unit changes the frequency of the generator 1 to obtain a zero at the output of the first phase detector 5. In this case, the value of the carrier frequency, measured by frequency meter 12, will be proportional to the speed value trazvuka in matter. The magnitude of the signal at the output of phase detector 8 varies only slightly. Further changes in the ultrasound velocity in the substance will be monitored by the device, changing proportionally to the carrier and modulating frequencies, and the circuit will operate at the carrier frequency. If, due to sharp external disturbances, the first phase detector 5 switches to another operating part of its characteristic, a signal appears at the output of the second phase detector 8. Switch 9 disconnects the circuit of the first phase detector and connects the output of the second phase detector to the output of the frequency tuning unit 10 8 and the calibration mode is repeated. It is also possible to use two independent circuits at the modulating and carrier frequencies with separate tunable oscillators. In this case, a mixing loop is added, performing a proportional change in carrier and baseband frequencies. But, in essence, this circuit is a modification of frequency divider 11. The proposed method makes it possible to eliminate the error due to the instability of the reverberation pattern in the measuring acoustic transducer and, consequently, to increase the accuracy of measuring the speed of ultrasound The range of measured velocities in the proposed method has no principles. Claim 1. The method of determining the speed of ultrasound, based on the excitation of the amplitude-modulated signal in the studied medium, its reception at a fixed distance and the measurement of the phase shifts of the received signal using moduliruyu and carrier frequencies, o tl and h and and so that, in order to (measurement accuracy, the carrier and modulating amp frequency of the modulated modulated signal are simultaneously proportional to zero phase difference at the modulating frequency / the carrier phase frequency is fixed, after h it changes the obtained value of the carrier frequency to zero phase difference in the carrier frequency and the resulting value of the carrier frequency is judged on the speed of ultrasound 2. A device for implementing the method according to claim 1, containing in series an ultrasonic frequency generator, modulator, measuring acoustic transducer , the amplifier and the first phase detector as well as the first amplitude detector and the amplifier connected to the output of the amplifier connected in series to the output of the modulator second amplitude detector Op and a second phase detector, characterized in that a frequency tuning unit connected to the input of an ultrasonic frequency generator, a frequency meter and a frequency divider, whose inputs are connected to the output of an ultrasonic frequency generator, and the output of a frequency divider connected to the second input of the modulator, and the switch, the KOTODoro inputs are connected to the outputs of the first and second phase detectors, and the output is. to the input of the frequency tuning unit, while the modulator output is connected to the second input of the first phase detector, and the output of the first amplitude detector is connected to the second input of the second phase detector-v torus. Sources of information taken into account in the examination .: 1. USSR author's certificate number 373610, cl. & 01N 29/00, 1973.
2.Авторское, свидетельство СССР 437008, кЛ. О 01 N 29/00, 1974. 2. Authors, USSR certificate 437008, cl. O 01 N 29/00, 1974.
3.Авторское свидетельство СССР 340958, кл. G- 01 N 29/QO, 1972. 3. Authors certificate of USSR 340958, cl. G- 01 N 29 / QO, 1972.
4.Сборник Нова аппаратура и методика ее применени в народном хоз йстве , Красно рск, 1966, ГермаHOJ9 С.К., Шитников Ш.й., Приборы серии УФИ,с. 54.4.Sbornik Nova equipment and methods of its use in the national economy, Krasnoyarsk, 1966, GermaHOJ9 S.К., Shitnikov Sh.y., Instruments of the UVI series, p. 54.