SU945676A1 - Устройство дл измерени скорости ультразвука в агрессивных средах - Google Patents

Description

Изобретение относится к технике акустических измерений и может быть использовано для измерения параметров агрессивных сред.

Известно устройство для измерения скорости ультразвука в агрессивных средах, содержащее последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, излучающий и приемный преобразователи, нормализатор, интегратор, компаратор, схему ИЛИ и триггер [1].

Недостатками известного устройства являются низкие точность и достоверность измерений при наличии помех.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения скорости ультразвука в агрессивных средах, содержащее последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, излуча2 ющий преобразователь, приемный преобразователь и усилитель, последовательно соединенные схему ИЛИ, делитель импульсов, первый триггер и ' ключ, а также второй триггер (2).

Недостатком известного устройства является низкая достоверность измерений, так как возможно ложное срабатывание из-за наличия помех.

_|0 Цель изобретения - повышение достоверности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения скорости ультразвука снабжено по₁₅ следовательно соединенными нормализатором импульсов, вход которого подключен к выходу усилителя, интегратором, дифференцирующим блоком и схемой сброса, выход которой соединен 2ύ с вторым входом интегратора, первым компаратором, вход которого соединен с выходом интегратора, а выход с вторым входом делителя импульсов, последовательно соединенными вторым компаратором, вход которого соединеп с выходом интегратора, а выход с вторым входом первой схемы ИЛИ, и. второй схемой ИЛИ, вход которой подключен к выходу генератора зондирующих импульсов, а выход - к второму входу первого триггера, второй вход ключа соединен с выходом дифференцирующего блока, а выход - с первым входом второго триггера, второй вход которого подключен к выходу Генератора зондирующих импульсов.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные эпюры, поясняющие работу схемы.

Устройство содержит последователь но соединенные генератор 1 зондирующих импульсов, излучающий преобразователь 2, приемный преобразователь 3 и усилитель 4, последовательно соединенные схему ИЛИ 5, делитель 6, импульсов, первый триггер 7 и ключ 8, второй триггер 9, последовательно соединенные нормализатор 10, вход которого подключен к выходу усилителя 4, интегратор 11, дифференцирующий блок 12 и схему 13 сброса, выход которой соединен с вторым входом интегратора 11, первый компаратор 14, вход которого соединен с' выходом интегратора 11, а выход с вторым входом делителя 6 частоты, последовательно соединенные второй компаратор 15, вход которого соединен с выходом интегратора 11, а выход - с вторым входом первой схемы ИЛИ 5, и вторую схему ИЛИ 16, вход « которой подключен к выходу генератора 1 зонидрующих импульсов, а выход - к второму входу первого триггера 7. Второй вход ключа 8 соединен с выходом дифференцирующего блока 12, а выход - с первым входом второго триггера 7. Второй вход второго триггера 7 подключен к выходу генератора зондирующих импульсов. Выход второго триггера 9 соединен с вычислительным блоком 17Устройство для измерения скорости ультразвука работает следующим обра зом.

В момент времени tp генератор 1 зондирующих импульсов вырабатывает импульс 18 (фиг. 2) напряжения, который в преобразователе 2 преобразуется в акустический импульс 19, излу- ^; чается в исследуемую среду, проходит ее и принимается приемным преобразователем 3. Одновременно импульс

945676 4 со второго выхода генератора 1 зондирующих импульсов через первую схему ИЛИ. 5 сбрасывает делитель 6, через вторую схему ИЛИ 16 первый триггер 7 переводит в нулевое состояние, а второй триггер 9 в единичное состояние. При этом принятый сигнал преобразователем 3 преобразуется в электрический, усиливается усилителем 4. Пусть в интервале времени между излученным и принятым (момент времени ц) сигналами действует импульсная помеха (момент времени t₀ (фиг. 2). Рассмотрим ра15 боту устройства за время t > t_v В этом случае на вход нормализатора 10 с выхода усилителя 4 поступает смесь сигнала 20 помехи и шума. При превышении суммарным сигналом

2о нулевого уровня на выходе нормализатора 10 появляется сигнал 21 постоянной амплитуды. Этот сигнал подается одновременно на первый вход интегратора 11 и на дифференцирующий блок

12. В интеграторе 11 поступающие прямоугольные импульсы 22 преобразуются в треугольные, амплитуда которых прямо пропорциональна их длительности. Это достигается тем, что интег1 ₃₀ ратор 11 разряжается до нулевого уровня импульсом 23, формируемым из заднего фронта импульса нормализатора 10 с помощью дифференцирующего блока 12 и схемы 13 сброса. Импульсы с выхода интегратора 11 поступают одновременно на входы первого и второго компараторов 14 и 15. Второй компаратор 15 предназначен для обнаружения импульсного сигнала на форе шума. Его работа основана на том, что он срабатывает при превышении напряжением интегратора 11 порогового уровня Щ, т.е. когда длительность импульса на выходе нормализатора 10 превышает заданную длительность . Длительность выбирается исходя из условия t₃₁ < t_c^, где 'ь'с период высокочастотного колебания, заполняющего импульс. В момент срабатывания второго компара⁵⁰ тора 15 на его выходе формируется .импульс 24, который поступает на делитель 6 числа импульсов. Делитель 6 с триггером 7 и ключом 8 позволяет фиксировать момент прихода заранее заданного полупериода импульса, что позволяет получить максимальное отношение сигнал/шум. Это достигается тем, что путем выбора коэффициента деления делителя 6 импульс на его выходе формируется при приходе заданного количества импульсов со второго компаратора 15. Импульс 25 с выхода делителя 6 опрокидывает триг- 5 гер 7, который открывает нормально закрытый ключ 8. Импульсы 26 с выхода дифференцирующего блока 12 поступают на вход ключа 8. При этом на его выходе появляется первый им- ю пульс в момент времени, соответствующий моменту перехода заданного полупериода через нулевой уровень. Этот импульс сбрсывает второй триггер 9 в нулевое состояние. При этом дли- 15 тельность 'С'-] импульса 27 на выходе триггера 9 равна ='t'₀+(n- ) / f_σ , где - время распространения ультразвуковой волны в исследуемой среде; η - коэффициент деления дели- го теля (п 7/1); f₀ - центральная частота ультразвукового сигнала. Импульс с выхода триггера 9 длительностью поступает на вход вычислительного блока 17, в котором по известному 25 базовому расстоянию, найденному значению и заданному коэффициенту деления и вычисляется скорость ультразвука. Поскольку структура сигнала 21 на выходе нормализатора 10 не ме- зо няется при значительных амплитудных флуктуациях сигнала, точность и помехоустойчивость измерений повышается.

При поступлении в момент времени на вход усилителя 4 импульсной по-₃₅ мехи длительностью ΐ_η большей половины периода несущего колебания С_с, т.е. \фиг. 2) на выходе интегратора 11 формируется треугольный импульс. 40

Аналогичным образом на выходе второго компаратора 15 образуется импульс 24 большой длительности, который записывается в делитель 6.

I 45

Пороговый уровень 11^ второго компаратора 15 выбран таким образом, чтобы на его выходе формировался сигнал только в том случае, если длительность помехи больше половины периода сигнала /2). Таким образом, во время действия импульсной помехи с длительностью t_n7T_c/2 на выходах компараторов 14 и 15 появляются прямоугольные импульсы, задние фронты которых совпадают, а передние фрон- ⁵⁵ ты сдвинуты во времени из-за различных уровней срабатывания. При этом импульс с выхода первого компаратора через схему ИЛИ 5 приводит в исходное состояние делитель 6. Это исключает возможность ложного срабатывания.

При выборе коэффициента деления делителя 6 п=1 на выходе триггера 7 образуется импульс 25, передний фронт которого соответствует моменту равенства выходного напряжения интегратора 1 1 и порогового уровня Uqi, а задний - уровня и_и. Поскольку импульс 23 на выходе дифференцирующего блока 12 образуется в момент формирования заднего фронта импульса с выходов компараторов 14 и 15, а на выходе триггера 7 ~ в момент формирования переднего фронта импульса, т.е. они не совпадают во времени, на выходе ключа 8 импульс отсутствует. Это способствует повышению достоверности устройства.

Изобретение позволяет с высокой достоверностью производить измерение скорости ультразвука.

Claims (2)

1 Изобретение относитс  к технике акустических измерений и может быть использовано дл  измерени  параметров агрессивных сред. Известно устройство дл  измерени  скорости ультразвука в агрессив ных средах, содержащее последовател но соединенные генератор зондирующих импульсов, излучающий и приемный преобразователи, нормализатор интегратор, компаратор, схему ИЛИ и триггер 1. Недостатками известного устройства  вл ютс  низкие точность и достоверность измерений при наличии помех. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  устройств дл  измерени  скорости ультразвука в агрессивных средах, содержащее последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, излучающий преобразователь, приемный преобразователь и усилитель, последовательно соединенные схему ИЛИ, делитель импульсов, первый триггер и ключ, а также второй триггер t2. Недостатком известного устройства  вл етс  низка  достоверность измерений , так как возможно ложное срабатывание из-за наличи  помех. Цель изобретени  - повышение достоверности измерений. Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  измерени  скорости ультразвука снабжено последовательно соединенными нормализатором импульсов, вход которого подключен к выходу усилител , интегратором , дифференцирующим блоком и схемой сброса, выход которой соединен с вторым входом интегратора, первым компаратором, вход 1 :оторого соединен с выходом интегратора, а выход с вторым входом делител  импульсов, последовательно соединенными вторым 3 . Ч1,мп эрлтором, вход которого соедиHf ..-. с выходом интегратора, а выход с вторым входом первой схемы ИЛИ, ч второй схемой ИЛИ, вход которой подключен к выходу генератора зонди рующих импульсов, а выход - к второму входу первого триггера, второй вход ключа соединен с выходом дифференцирующего блока, а выход - с первым входом второго триггера, вто рой вход которого подключен к выход Генератора зондирующих импульсов. На фиг. 1 представлена блок-схем устройства; на фиг. 2 - временные эпюры, по сн ющие работу схемы о Устройство содержит последовател но соединенные генератор 1 зондирующих импульсов, излучающий преобразователь 2, приемный преобразовател 3 и усилитель , последовательно со диненные схему ИЛИ 5, делитель 6, импульсов, первый триггер 7 и ключ 8, второй триггер Э, последовательно соединенные нормализатор 10, вход которого подключен к выходу усилител  k, интегратор 11, диффере цирующий блок 12 и схему 13 сброса , выход которой соединен с вторым входом интегратора 11, первый компаратор }k, вход которого соединен выходом интегратора 11, а выход с вторым входом делител  6 частоты, последовательно соединенные второй компаратор 15, вход которого соединен с выходом интегратора 11, а выход - с вторым входом первой схемы ИЛИ 5, и вторую схему ИЛИ 16, вход которой подключен к выходу генератора 1 зонидрующих импульсов, а выход - к второму входу первого триггера 7. Второй вход ключа 8 соединен с выходом дифференцирующего бло ка 12, а выход - с первым входом вт рого триггера 7. Второй вход второго триггера 7 подключен к выходу ге нератора зондирующих импульсов Выход второго триггера 9 соединен с в числительным блоком 17. Устройство дл  измерени  скорост ультразвука работает следующим образом . В момент времени t- генератор 1 зондирующих импульсов вырабатывает импульс 18 (фйг. 2) напр жени , который в преобразователе 2 преобразу с  в акустический импульс 19, излучаетс  в исследуемую среду, проходит ее и принимаетс  приемным преоб разователем 3. Одновременно импульс 764 со второго выхода генератора 1 зондирующих импульсов через первую схему ИЛИ. 5 c6pacbiBiieT делитель 6, через вторую схему ИЛИ 16 первый триггер 7 переводит в нулевое состо ние , а второй триггер 9 - в единичное состо ние. При этом прин тый сигнал преобразователем 3 преобразуетс  в электрический, усиливаетс  усилителем . Пусть в интервале времени между излученным и прин тым (момент времени t) сигналами действует импульсна  помеха (момент времени t (фиг. 2). Рассмотрим работу устройства за врем  t t. В этом случае на вход нормализатора 10 с выхода усилител  k поступает смесь сигнала 20 помехи и шума. При превышении суммарным сигналом нулевого уровн  на выходе нормализатора 10 по вл етс  сигнал 21 посто нной амплитуды. Этот сигнал подаетс  одновременно на первый вход интегратора 11 и на дифференцирующий блок 12о В интеграторе 11 поступающие пр моугольные импульсы 22 преобразуютс  в треугольные, амплитуда которых пр мо пропорциональна их длительности о Это достигаетс  тем, что интегратор 11 разр жаетс  до нулевого уровн  импульсом 23, формируемым из заднего фронта импульса нормализатора 10 с помацью дифференцирующего блока 12 и схемы 13 сброса. Импульсы с выхода интегратора 11 поступают одновременно на входы первого и второго компараторов 1А и 15. Второй компаратор 15 предназначен дл  обнаружени  импульсного сигнала на форе шума. Его работа основана на том, что он срабатывает при превышении напр жением интегратора 11 порогового уровн  и, т.е. когда длительность импульса на выходе нормализатора 10 превышает заданную длительность t . Длительность t. выбираетс  исход  из услови  t t .,, где с период высокочастотног э колебани , заполн ющего импульс. В момент срабатывани  второго компаратора 15 на его выходе формируетс  .импульс 2, который поступает на делитель 6 числа импульсов. Делитель 6 с триггером 7 и ключом -8 позвол ет фиксировать момент прихода заранее заданного полупериода импульса, что позвол ет получить максимальное отношение сигнал/шум. Это достигаетс  тем, что путем выбора коэффициента делени  делител  6 импульс на его выходе формируетс  при приходе задан ного количества импульсов со второго компаратора 15. Импульс 25 с выхода делител  6 опрокидывает триггер 7, который открывает нормально закрытый ключ 8. Импульсы 2б с выхода дифференцирующего блока 12 поступают На вход ключа 8. При этом на его выходе по вл етс  первый импульс в момент времени, соответствующий моменту перехода заданного полупериода через нулевой уровень. Это импульс сбрсывает второй триггер 9 в нулевое состо ние. При этом длительность С-, импульса 27 на выходе триггера 9 равнаГ гр+(п-)/fQ , где IQ - врем  распространени  ультразвуковой волны в исследуемой среде; п - коэффициент делени  делит .ел  (п 7/1); f Q - центральна  частота ультразвукового сигнала. Импульс с выхода триггера 5 длительностью t поступает на вход вычислительного блока 17, в котором по известному базовому рассто нию, найденному значению Т и заданному коэффициенту де лени  и вычисл етс  скорость ультразвука „ Поскольку структура сигнала 21 на выходе нормализатора 10 не мен етс  при значительных амплитудных флуктуаци х сигнала, точность и поме хоустойчивость измерений повышаетс . При поступлении в момент времени tp на вход усилител  импульсной по мехи длительностью up большей полови ны периода несущего колебани  С, т.е. (фиг. 2) на выходе интегратора П формируетс  треугольный импульс. Аналогичным образом на выходе вто рого компаратора 15 образуетс  импульс 2k большой длительности, который записываетс  в делитель 6. I Пороговый уровень U второго ком .паратора 15 выбран таким образом, чтобы на его выходе формировалс  сиг нал только в том случае, если длител ность помехи больше половинь периода сигнала (). Таким o6pa3OMs во врем  действи  импульсной помехи с длительностью выходах компараторов 1 и 15 по вл ютс  пр моугольные импульсы, задние фронты которых совпадают, а передние фронты сдвинуты во времени из-за различных уровней срабатывани  о При этом импульс с выхода первого компаратора И через схему ИЛИ 5 приводит в исходное состо ние делитель 6. Это исключает возможность ложного срабатывани . При выборе коэффициента делени  делител  6 на выходе триггера 7 образуетс  импульс 25, передний фронт которого соответствует моменту равенства выходного напр жени  интегратора 1 1 и порогового УРОВНЯ Uiji, а задний - уровн  и. Г1оскольку импульс 23 на выходе дифференцирующего блока 12 образуетс  в момент формировани  заднего фронта импульса с выходов компараторов k и 15, а на выходе триггера 7 - в момент формировани  переднего фронта импульса, т.е. они не совпадают во времени, на выходе ключа 8 импульс отсутствует. Это способствует повышению достоверности устройства. Изобретение позвол ет с высокой достоверностью производить измерение скорости ультразвука. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  скорости ультразвука в агрессивных средах, содержащее последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, излучающий преобразователь, приемный преобразователь и усилитель, последовательно соединенные схему ИЛИ, делитель импульсов, первый триггер и ключ, а также второй триггер, о тличающеес  тем, что , с целью повышени  достоверности измере НИИ , оно снабжено последоватЬльно |Соединенными нормализатором импульсов , вход которого подключен к выходу усилител , интегратором, дифференцирующим блоком и схемой сброса, выход которой соединен с вторым входом интегратора, первым компаратором, ;вход которого соединен с выходом интегратора, а выход - с вторым входом делител  импульсов, последовательно соединенными вторым компаратором вход которого соединен с выходом .мтeгpaтopa, а выход - с вторым входом первой схемы ИЛИ, и второй схемой ИЛИ, вход которой подключен к выходу генератора зондирующих импульсов , а выход - к второму входу первого триггера, второй вход ключа соединен.с выходом дифференцирующего блока, а выход - с первым входом второго триггера, второй вход которого подключён к выходу генератора зондирующих импульсов. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе fseye 1.Патент США № 3783679, кл. 73-67.8, 197.

2.Авторское свидетельство СССР Vf , кл. G 01 Н 5/00, 1977 5 (прототип)..

Фиг,1

Фиг. 2