SU945675A1

SU945675A1 - Digital device for measuring ultrasonic oscillation propagation rate

Info

Publication number: SU945675A1
Application number: SU802965662A
Authority: SU
Inventors: Тофик Кязимович Исмаилов; Акрам Мехтиевич Измайлов; Владимир Михайлович Гуревич
Original assignee: Особое Конструкторское Бюро Научного Центра "Каспий" Ан Азсср
Priority date: 1980-12-05
Filing date: 1980-12-05
Publication date: 1982-07-23

Description

Изобретение относится к технике акустических измерений ультразвуковым методом и может быть использовано для измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний.The invention relates to the technique of acoustic measurements by ultrasonic method and can be used to measure the propagation velocity of ultrasonic vibrations.

Известно цифровое устройство для измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний, содержащее генератор зондирующих импульсов, приемнопередающий преобразователь, триггер, ₁₀ключ, генератор тактовых импульсов и счетчик импульсов (1].A digital device is known for measuring the propagation velocity of ultrasonic vibrations, comprising a probe pulse generator, a transceiver transducer, a trigger, ₁₀ keys, a clock pulse generator and a pulse counter (1].

Недостатком устройства является низкая точность измерений, так как не учитывается задержка сигнала в электри- is ческих цепях и волноводах.The disadvantage of this device is the low accuracy of the measurements, since the signal delay in the electric circuits and waveguides is not taken into account.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является цифровое устройство для измерения скорости распространения ²& ультразвуковых колебаний, содержащее последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, приемно-передающий преобразователь, приемный преоб— разователь, первый усилитель, первый и второй триггеры, первую линию задержки, генератор опорных импульсов, первый ключ, первый вход которого подключен к выходу генератора опорных импульсов, и счетчик Г2].The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a digital device for measuring the propagation velocity of ² & ultrasonic vibrations, containing a series-connected probe pulse generator, a transmit-receive converter, a receive converter, a first amplifier, first and second triggers, a first delay line , a reference pulse generator, a first key whose first input is connected to an output of a reference pulse generator, and a counter G2].

Недостатками известного устройства являются низкие точность и производительность измерений, так как не учитывается погрешность, вызванная изменением времени задержки в электрических цепях и .акустических волноводах при изменении температуры, а также то, что необходимо индивидуально подбирать время задержки для каждого измерителя скорости.The disadvantages of the known device are low accuracy and measurement performance, since the error caused by the change in the delay time in the electrical circuits and acoustic waveguides when the temperature changes, and the fact that it is necessary to individually select the delay time for each speed meter, are not taken into account.

Цель изобретения — повышение точности и производительности измерений.The purpose of the invention is to improve the accuracy and performance of measurements.

Поставленная цель достигается тем, что цифровое устройство снабжено последовательно соединенными блоком вычитания, два входа которого подключены к первым выходам триггеров, интегратором и преобразователем напряжение - дли3 тельность, выход которого соединен с вторым входом ключа, делителем импульсов, вход которого соединен с выходом генератора опорных импульсов, первый выход - с входами счетчика и интегратора, второй выход - с входом генератора зондирующих импульсов, а третий выход — с входом преобразователя напряжение длительность, второй линией задержки, вход которой соединен с вторым выходом второго триггера, и вторым усилителем, включенным между второй линией задержки и вторым триггером, вторые входы триггеров соединены с выходом генератора зондирующих импульсов и входом второго усилителя, второй вход первого усилителя подключен к выходу первой линии задержки, а вход счетчика подключен к выходу ключа.This goal is achieved by the fact that the digital device is equipped with a series-connected subtraction unit, the two inputs of which are connected to the first outputs of the triggers, an integrator and a voltage-to-duration converter, the output of which is connected to the second input of the key, a pulse divider, the input of which is connected to the output of the reference pulse generator , the first output is with the inputs of the counter and the integrator, the second output is with the input of the probe pulse generator, and the third output is with the input of the converter voltage duration, W a second delay line, the input of which is connected to the second output of the second trigger, and a second amplifier connected between the second delay line and the second trigger, the second inputs of the triggers are connected to the output of the probe pulse generator and the input of the second amplifier, the second input of the first amplifier is connected to the output of the first delay line , and the counter input is connected to the key output.

На чертеже представлена блок-схема устройства.The drawing shows a block diagram of a device.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 зондирующих импульсов, приемно-передающий преобразователь 2, приемный преобразователь 3, первый усилитель 4, первый и второй триггеры 5 и 6, первую линию 7 задержки, генератор 8 опорных импульсов, первый ключ 9, первый вход которого подключен к выходу генератора 8 опорных импульсов, счетчик 10.The device contains a series-connected probe pulse generator 1, a transmitter-receiver converter 2, a transmitter 3, a first amplifier 4, a first and second trigger 5 and 6, a first delay line 7, a reference pulse generator 8, a first key 9, the first input of which is connected to the output of the generator 8 reference pulses, the counter 10.

Креме того, устройство содержит последовательно соединенные блок 11 вычитания, два входа которого подключены к первым выходам триггеров 5 и 6, интегратор 12 и преобразователь напряжение - длительность 13, выход которого соединен с вторым входом ключа 9, делитель 14 импульсов, вход которого соединен с выходом генератора 8 опорных . импульсов, первый выход - с входами, счетчика 10 и интегратора 12, второй выход - с входом генератора 1 зондирующих импульсов, а третий выход - с входом преобразователя напряжение - длитель·⁴⁵ность 13, вторую линию 15 задержки, вход которой соединен с вторым выходом второго триггера 6, и второй усилитель 16, включенный между второй линией 15 задержки и вторым триггером 6. Вторые входы триггеров 5 и 6 соединены с выходом генератора 1 зондирующих импульсов и входом второго усилителя 16. Второй вход первого усилителя 4 подключен к выходу первой линии 7 задержки, а вход счетчика 10 - к выходу ключа 9.In addition, the device contains a series-connected subtraction unit 11, two inputs of which are connected to the first outputs of triggers 5 and 6, an integrator 12 and a voltage converter - duration 13, the output of which is connected to the second input of the key 9, a pulse divider 14, the input of which is connected to the output generator 8 reference. pulses, the first output with inputs, a counter 10 and an integrator 12, the second output with the input of the probe pulse generator 1, and the third output with the voltage converter input · duration · ⁴⁵ nost 13, the second delay line 15, the input of which is connected to the second output the second trigger 6, and the second amplifier 16 connected between the second delay line 15 and the second trigger 6. The second inputs of the triggers 5 and 6 are connected to the output of the probe pulse generator 1 and the input of the second amplifier 16. The second input of the first amplifier 4 is connected to the output of the first line 7 zader ki, a counter input 10 - to the output of switch 9.

Устройство содержит· также акустические волноводы 17 и 18.The device also contains acoustic waveguides 17 and 18.

945675 4945 675 4

Цифровое устройство для измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний.работает следующим образом.A digital device for measuring the propagation velocity of ultrasonic vibrations. Works as follows.

Импульсы с выхода генератора 8 опорных импульсов поступают на вход делителя 15 импульсов, осуществляющих деление и распределение последних.The pulses from the output of the generator 8 reference pulses are fed to the input of the divider 15 pulses, performing the division and distribution of the latter.

Импульсы с выходов целителя 14 поступают на входы интегратора 12, счетчика 10, приводя их в исходное состояние, на вход генератора 1 зондирующих импульсов и на вход преобразователя напряжение - длительность 13. Импульсы, поступающие с делителя 14 ; на * вход генератора зондирующих импуль-сов, приводят к выработке короткого возбуждающего видеоимпульса, поступающего на входы первого и второго триггеров 5 и 6, Усилителя 16 и приемно-передающего преобразователя 2 ультразвуковых колебаний.The pulses from the outputs of the healer 14 are fed to the inputs of the integrator 12, counter 10, bringing them to their initial state, to the input of the generator 1 of the probe pulses and to the input of the converter voltage is a duration of 13. Pulses from the divider 14; to the * input of the probe pulse generator, lead to the generation of a short exciting video pulse supplied to the inputs of the first and second triggers 5 and 6, Amplifier 16 and transceiver 2 of ultrasonic vibrations.

При поступлении возбуждающего импульса на вход триггера 6 последний переходит в положение, при котором с его прямого выхода через линию 15 постоянной задержки на управляющий вход усилителя 16 подается разрешающий сигнал с задержкой Φθ .Upon receipt of an exciting pulse at the input of trigger 6, the latter switches to a position in which from its direct output through the constant delay line 15, an enable signal with a delay Φθ is supplied to the control input of amplifier 16.

При этом , где Т- время прохождения ультразвукового колебания по акустическому волноводу 17.In this case, where T is the transit time of the ultrasonic vibration along the acoustic waveguide 17.

. При поступлении импульса на вход триггера 5 последний переходит в положение, при котором с его прямого выхода через линию 7 постоянной задержки на управляющий вход усилителя 4 подается разрешающий сигнал с задержкой Tq . При этом где <и_с - время прохождения ультразвукового колебания через контролируемую среду;. When a pulse arrives at the input of trigger 5, the latter switches to a position in which, from its direct output through the constant delay line 7, an enable signal with a delay Tq is supplied to the control input of amplifier 4. Moreover, where <and _c is the transit time of the ultrasonic vibrations through the controlled medium;

^18 “ ^ΒΡθ^ΜΗ прохождения ультразвукового колебания по акустическому волноводу 18.^ 18 “ ^Β Ρθ ^{ΜΗ the} passage of ultrasonic vibrations along the acoustic waveguide 18.

При поступлении импульса на приемнопередающий преобразователь 2 последний возбуждается и образует ультразвуковые колебания, окоторые проходят по акустическому волноводу 17, частично излучаются в контролируемую среду, проходят далее через другой акустический волновод 18, принимаются приемным преобразователем 3 ультразвуковых колебаний и, частично отражаясь от границы волновод измеряемая среда вследствие различия акустических импендансов материала вол945675 новода и состава измеряемой среды, возвращаются обратно по волноводу 17 к преобразователю 2. Принятые преобразователями 2 и 3 ультразвуковые колебания преобразуются в электрические сиг- 5 налы, поступающие на входы соответственно усилителей 16 и 4, которые усиливают и формируют принятые сигналы, так как на управляющие входы их поданысигналы разрешения. Усиленный и сфор- to мированный усилителем 16 сигнал поступает на триггер 6, переводя последний в исходное положение. При этом длитель ность импульса на инверсном выходе триггера 6 равна где ΐ'ζπ 'ϋ,χ - времена задержки сигнала в усилителе 16 и триггере 6.When a pulse arrives at the transmitter-receiver transducer 2, the latter is excited and forms ultrasonic vibrations that pass through the acoustic waveguide 17, are partially emitted into the controlled medium, then pass through another acoustic waveguide 18, are received by the receiving transducer 3 of ultrasonic vibrations, and the medium is partially reflected from the waveguide boundary due to the difference in acoustic impedances of the nov945675 nova material and the composition of the medium being measured, they return back along the waveguide 17 to the 2. The ultrasonic vibrations received by the transducers 2 and 3 are converted into electrical signals 5, which are fed to the inputs of amplifiers 16 and 4, respectively, which amplify and form the received signals, since resolution signals were sent to their control inputs. The signal amplified and formed by the amplifier 16 enters the trigger 6, moving the latter to its original position. In this case, the pulse duration at the inverse output of trigger 6 is equal to where ΐ'ζπ 'ϋ, χ are the signal delay times in amplifier 16 and trigger 6.

Усиленный и сформированный усилителем 4 выходной сигнал поступает на вход триггера 5, переводя последний в исходное состояние.Amplified and formed by the amplifier 4, the output signal is fed to the input of the trigger 5, transferring the latter to its original state.

При этом длительность импульса на * прямом выходе триггера 5 равна ⁺ **40 ^{+ +} ’ где Ч ^и ^5 “ ^вР®мена задержки сигнала в усилителе 4 тй триггере 5. На выходе блока 11 вычитания действует импульс, длительность которого равнаIn this case, the pulse duration at the * direct output of trigger 5 is ⁺ ** 40 ^{+ +} 'where ^{и and} ^ 5 “ ⁱⁿ Р® is the signal delay in the amplifier of the 4th trigger 5. At the output of the subtraction unit 11, a pulse whose duration is equal to

При идентичности материала волново- . дов 17 и 18 и равенстве их линейных раз меров, а также идентичности характеристик усилителей 4 и 16 и триггеров 6 и . 5 можно записать ₄₀ где - время задержки в волноводе;With the identity of the material wave. sections 17 and 18 and the equality of their linear sizes, as well as the identity of the characteristics of amplifiers 4 and 16 and triggers 6 and. 5, we can write ₄₀ where is the delay time in the waveguide;

— время задержки в усилителе и триггере.- delay time in the amplifier and trigger.

Таким образом, длительность импульса на выходе блока 11 вычитания равна только длительности прохождения ультразвукового колебания через контролируемую среду.Thus, the pulse duration at the output of the subtraction unit 11 is equal only to the duration of the passage of the ultrasonic vibration through the controlled medium.

Импульс с выхода блока 11 поступает на интегратор 12, где преобразуется в напряжение, величина которого пропорциональна длительности входного импульса.The pulse from the output of block 11 is supplied to the integrator 12, where it is converted to a voltage whose value is proportional to the duration of the input pulse.

Указанное напряжение в преобразова- ⁵⁵ теле 13 напряжение - длительность при преобразуется в импульс, длительность которого обратно пропорциональна входному напряжению.The indicated voltage in the converter ^{55 is} voltage — duration, when converted to a pulse, the duration of which is inversely proportional to the input voltage.

Выходной импульс преобразователя 13 • через ключ 9 вызывает заполнение счетчика 10 импульсами от генератора 8. опорных импульсов, число которых пропорционально скорости ультразвуковых колебаний в контролируемой среде.The output pulse of the transducer 13 • through the key 9 causes the counter 10 to be filled with pulses from the generator 8. of reference pulses, the number of which is proportional to the speed of ultrasonic vibrations in the controlled medium.

Предлагаемое устройство позволяет с высокой точностью и производительно производить измерение скорости за счет исключения задержки в электрических цепях и волноводах.The proposed device allows with high accuracy and efficiently to measure speed by eliminating delays in electrical circuits and waveguides.

Claims

394, the output of which is connected to the second input of the terminal, a pulse divider, the input of which is connected to the output of g & the reference pulse generator, the first output — with the counter and integrator inputs, the second output — with the input of the generator of grounding pulses, and the third output — with the input of the voltage converter; the duration, the second delay line, the input of which is connected to the second output of the second trigger, and the second an amplifier connected between the second delay line and the second trigger, the second trigger inputs are connected to the output of the probe pulse generator and the second amplifier input, the second input of the first amplifier is connected to the output of the first delay line, and the input of the counter is connected to the output of the key. The drawing shows the block diagram of the device. The device contains serially connected generator 1 probe pulses, receiving-transmitting converter 2, receiving converter 3, first amplifier 4, first and second triggers 5 and 6, first delay line 7, generator 8 reference pulses, first key 9, whose first input is under It is connected to the output of the generator 8 reference pulses, the counter 10. In addition, the device contains serially connected subtraction unit 11, two inputs of which are connected to the first outputs of the flip-flops 5 and 6, and the tegrator 12 and the voltage converter are long. Flax 13, the output of which is connected to the second input of the key 9, is the locker 14 of pulses, the input of which is connected to the output of the generator 8 of reference pulses, the first output - to the inputs of the counter 1O and the integrator 12 ,. the second output is with the input of the probing pulses generator 1, and the third output is with the converter input ours is duration 13, the second delay line 15, whose input is connected to the second output of the second trigger 6, and the second amplifier 16 connected between the second line 15 delays and a second trigger 6. The second inputs of the trigger 5 and 6 are connected to the output of the generator 1 probe pulses and the input of the second amplifier 1b The second input of the first amplifier 4 is connected to the output of the first delay line 7, and the input of the counter 10 to the output of the key 9. The device contains- also acoustic waveguides 17 and 18. In a digital device for measuring the speed of propagation of ultrasonic vibrations. works as follows. The pulses from the output of the generator 8 reference pulses arrive at the input of the divider 15 pulses, which carry out the division and distribution of the latter. The pulses from the outputs of the divider 14 are fed to the inputs of the integrator 12, the counter 1O, their drive to the initial state, to the input of the generator 1 of the probing pulses and to the input of the voltage converter - duration 13. The pulses from the divider 14; to the input generator azondirukshh impulses-. This leads to the development of a short-driving video pulse arriving at the inputs of the first and second flip-flops 5 and 6, the amplifier 16 and the receiving 6-51 transmitting transducer 2 ultrasonic vibrations. When the exciting pulse arrives at the trigger input 6, the latter goes into a position where, from its direct output, through the constant delay line 15, the control input of the amplifiers 16 is given a resolving signal with a delay t At that, I where, is the passage of the ultrasonic oscillation through the acoustic in / on the entry 17.. When a pulse arrives at the input of the trigger 5, the latter switches to a position where, from its direct output, via line 7 of a constant delay, a control signal with a delay is sent to the control input of the amplifier 4. With this., T. C ffti where f j. - time of passage of ultrasonic oscillations through a controlled medium; tj is the transit time of the ultrasound τ co 0 through the acoustic waveguide 18. When a pulse arrives at the receiving / transmitting transducer 2, the latter is excited and forms ultrasonic vibrations that pass through the acoustic waveguide 17, are partially emitted into the controlled medium, pass further through another acoustic waveguide 18 , the receiving transducer adopts 3 ultrasounds of 1x oscillations and, by chaotically reflecting the waveguide of the measured medium from the boundary, due to the difference in acoustic impedances of the wave material the water and the composition of the measured medium are rotating back through the waveguide 17 to the transducer 2. The ultrasonic vibrations received by the transducers 2 and 3 are converted into electrical signals and are applied to the inputs of amplifiers 16 and 4, respectively, which amplify and form the received signals, since their control inputs are given permission signals. The signal amplified and formed by the amplifier 16 is delivered to the trigger 6, the latter being transferred to the initial position. In this case, the pulse duration at the inverse output of trigger 6 is equal to where C, Tr are the delay times of the signal in amplifier 16 and trigger 6. The output signal amplified and formed by amplifier 4 is fed to the input of trigger 5, the last transfer to the initial state. At the same time, the duration of the impulse at the direct output of the trigger 5 is equal to. where and TJ are the delay times of the signal in amplifier 4 and trigger 5. At the output of subtraction unit 11, an impulse is valid, the duration of which is equal to, when the material / a of the new bridges 17 and 18 is identical and their linear dimensions are identical, as well as the characteristics of the amplifiers 4 and 16 and triggers 6 and .5 can be written where Vf is the delay time in the waveguide; Ta is the delay time in the amplifier and the trigger. Thus, the duration of the pulse at the output of the subtraction unit 11 is only the duration of the passage of the ultrasonic oscillation through the controlled medium. The pulse from the output of block 11 is fed to the integrator 12, where it is converted into a voltage, the magnitude of which is proportional to the duration of the input pulse. The indicated voltage in the converter 13 is the voltage - the duration when the trigger of a high pulse from the third output of the divider 14 arrives at its input is converted into a pulse whose duration is inversely proportional to the input. to the voltage. The output pulse of the transducer 13 through the key 9 causes the counter 1O to be filled with pulses from the generator 8. reference pulses, the number of which is proportional to the speed of ultrasonic vibrations in a controlled environment. The proposed device allows speed measurement with high accuracy by eliminating delays in electrical circuits and waveguides. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A digital device for measuring the speed of propagation of ultrasonic vibrations, comprising a series-connected probe pulse generator, a receiving / transmitting transducer, a receiving transducer, a first amplifier, first and second triggers, a first delay line, a reference pulse generator, the first key, the first input of which is connected to the output of the reference pulse generator, and a counter, characterized in that, in order to increase the accuracy and. measurement performance, it is equipped with serially connected power units, two inputs of which are connected to the first outputs of the triggers, an integrator and a voltage converter - the duration, the output of which is connected to the second input of the key, the pulse divider, the input of which is connected to the output of the generator pulses, the first output - with the inputs of the counter and the integrator, the second output - with the input of the probe pulse generator, and the third output - with the input of the voltage converter - the duration, the second line 3 1 whose input is connected to the second output of the second trigger, and the second amplifier included between the second delay delay and the second trigger, the second inputs of the flip-flops are connected to the output of the probe generator, and the input of the second amplifier, the second input of the first amplifier is connected to the output of the first delay line, and the input of the counter is connected to the output of the key. Sources of information taken into account in the examination 1. USSR author's certificate number 658466, cl. Q O1 N 29/00, 1977.

2. USSR author's certificate number 697911, cl. Goin 29/04, 1977 (prototype).