SU982442A1 - Ультразвуковой измеритель высокого давлени - Google Patents

Abstract

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, содержащий электроакустически соединенные камеру высокого давлени , эталонную среду, блок возбуждени  и приема упругих воли, частотомер, о т л и ч а ю -г; щ и и с   тем, что, с целью повышени  точности и, быстродействи , он снабжён блоком частотной модул ции и соединенным с перестраиваемым частотомодулируемым генератором высокой частоты, подключенным к частотомеру и через блок формировани  радиоимпульсов к геиератору радиоимпульсов, выход которого соединен с блоком возбуждени  и приема упругих волн, при этом вход первого делител  частоты соединен с,выходом опорного генератора частотомера, а выход с блоком формировани  радиоимпульсов и с вторым делителем частоты, выход которого подключен к одному из входов .блока частотной модул ции и входу фазовращател , причем выход первого делител  частоты соединен также с усилителем с автоматической регулировкой усилени , подключенным входом к блоку. I возбуждени , и приема упругих волн, а выходом к детектору, выход которого соединен с входами блоков выделени  амплитудной и паразитной ампли-г. тудной модул ции, соединенными с сумматором и с блоком выбора отраженных сигналов, вход которого сй зан с выходом первого делител  частоты и одним входом синхронного фильтра, под V) ключенного также к выходам сумматора и фазовращател , выход которого соединен с одним из входов синхронного детектора, второй вход которого подключен к синхронному фильтру, а выход к фильтру низких частот, который сое- , динен через формирователь закона регулировани  с вторым входом блока частотной модул ции, причем вход вычислительного блока соединен с выходом частотомера, а выход - с блоком индикации.

Description

Изобретение относитс  к области измерительной техники, в частности к технике измерений высоких давлений. Известен ультразвуковой измеритель давлени , содержащий электро-:: акустически последовательно соединенные генератор импульсов, излучающий и приемный акустические преобразователи , после Ьовательно соединенные усилитель , селектор импульсов по длительности , каскад задержки,регул тор амплитуды импульсов, преобразова тель врем -напр жение, сумматор, регистрирующий прибор, селектор импульсов по времени, аналоговый делитель , каскад опорного параметра. Недостатком данного изобратени   вл етс  низка  чувствительность и точность измерени  давлени  вследствие использовани  пр мых методов измерени  времени пробега ультразвуковой волны в контролируемой среде и невозможности применени  этих устройств дл  измерени  давлени  в мало габаритной камере высокого давлени . Известентакже ультразвуковой измеритель давлени , содержащий камеру высокого давлени , эталонную среду, блок возбуждени  и приема упругих - волн и измерительную схему, состо щую из генератора непрерывных колеба ний, частотомера, импульсного радиочастотного генератора, модул тора, усилител  и осциллографа. Недостатками этого устройства  вл ютс  низка  точность и быстродейст вие вследствие малого отношени  сигнал-шум , визуальной индикации и ручной установки частоты, соответствующей измер емому давлению. Целью насто щего изобретени   вл  етс  повышение точности-и быстродействи  измерени  давлени . С этой целью ультразвуковой измеритель высокого давлени , содержащий электроакустически соединенные камеру высокого давлени  эталонную среду блок возбуждени  и приема упругих волн, частотомер., снабжен блоком час тотной модул ции, соединенным с пере страиваемым частотномодулируемым генератором высокий частоты, выход которого соединен с частотомером и че;рез блок формировани  радиоимпульсов с генератором радиоимпульсов и блоком возбуждени  и приема упругих волн; первым делителем частоты, соединенным с выходом опорного генерато ра частотомера, с блоком формировани  радиоимпульсов, с вторым делителем частоты, выход которого подключен к одному из входов блока частотной модул ции и входу фазовращател , причем выход первого делител  частоты соединен с усилителем с автоматической регулировкой усилени , соединенным с генератором радиоимпульсов и блоком возбуждени  и приема упругих волн, детектором, выход которого подключен к блокам выделени  амплитудной и паразитной амплитудной модул ции , соединенными с сумматором и блоком выбора отраженных сигналов, вход которого св зан с первым делителем частоты, с cHHxpoHH iiM фильтром, подключенным к выходу сумматора и фазовращател ; синхронным детектором, соединенным с синхронным фильтром, фазовращателем и фильтром низких частот, выход которого через формирователь закона регулировани  соединен с вторым : входом блока частотной модул ции; вычислительным блоком, вход которого подклк чен к частотомеру, а выход - к блоку индикации. На чертеже изображена блок-схема предложенного ультразвукового измерител  высокого давлени . Ультразвуковой измеритель высокого давлени  содержит генератор 1 высокой частоты, блок 2 формировани  радиоимпульсов, первый делитель 3 частоты, частотомер 4, второй делитель 5 частоты, блок 6 частотной модул ции , генератор 7 радиоимпульсов, блок 8 возбуждени  и приема упругих волн, усилитель 9 с автоматической регулировкой усилени , пуансоны 10 камеры высокого давлени , эталонную среду Л I, рабочую среду 12, детектор 13, блоки 14 и 15 выдепени  соответственно амплитудной и паразитной амплитудной модул ции, блок 16 выбора отраженных сигналов, сумматор 17, синхронный фильтр 18, синхронный детектор 19, фазовращатель 20, фильтр 21 низких частот, формирователь 22 закона регулировани , вычислительный блок 23, блок 24 индикации. Устройство работает следующим образом ... Частотномодулированное напр жение с выхода генер-атора 1 высокой частоты поступает на блок 2 формировани  радиоимпульсов, на второй вход которого подаетс  напр жение с выхода

первого делител  3 частоты опорного генератора базы времени частотомера 4, частота которого определ ет частоту следовани  радиоимпульсов. Эта частота делитс  вторым делителем 5 частоты в целое число раз и подаетс  на блок 6 частотной модул ции, который управл ет генератором 1 высокой частоты.

Таким образом, блок 2 формировани  радиоимпульсов вырабатывает радиоимпульсы фиксированной длительности с частотой следовани , определ емой делителем 3 частоты и частотой заполнени , модулированной по частоте более низкой частотой. Эти радиоимпульсы поступают на генератор 7 радиоимпульсов, которьй усиливает их и подавл ет паразитную амплитудную модул цию. Мощ1шй радиочастотный сигнал поступает на блок 8 возбуждени  и приема упругих волн и одновременно дп  исключени  перегрузки на врем  действи  этого сигнала запираетс  усилитель 9 с автоматической регулировкой . Упругие волны проход т через пуансон 10 камеры высокого давлени , отражаютс  от его границы с зталонной средой. 11 и через врем , равное двойному BifeMeHH пробега через пуансон 10 камеры высокого да1влени  преобразуютс  блоком 8 возбуждени  и приема упругих волн в электрический сигнал, который подаетс  на усилитель 9 с автоматической регулировкой усилени , на выходе которого благодар  действию автоматической регулировки усилени  поддерживаетс  посто нна  амплитуда отраженного сигнала независимо от изменени  затухани  упругих волн в пуансонах 10 камеры высокого давлени .

Система: камера высокого давлени  - эталонна  среда И - рабоча  средг1 12 дл  упругих волн  вл етс  неоднородной линией с распределенными параметрами. При определенной частоте падающей ультразвуковой волны эталонна  среда 11 будет четверть волновым трансформатором, согласующим линии пуансон 10 камеры высокого давлени  - рабоча  среда 12 и амплитуда установившейс  отраженной волны в линии будет равна нулю.

Но вследствие частотной модул ции падающей волны и нарушени  услови  идеального согласовани  линий указанна  амплитуда отлична от нул  и измен етс  с двойной частотой частотной модул ции ультразвуковой вол11Ы. При отклонении частоты ультразвуковой волны от среднего значени  условие согласовани  линий нарушаетс  и сигнал на выходе линии приобретает амплитудную -модул цию, причем фаза этой, амплитудной модул ции определ етс  знаком отклонени  частоты ультразвуковой волны от среднего значени . Кроме того, вследствие неидеальности частотной характеристики электроакустического тракта от генератора 1 высокой частоты до выхода усилител  9 сигнал приобретает- паразитную амплитудную модул цию с частотой частотной модул ции, при этом амплитуда модул ции падающей волны-равна величине паразитной амплитудной модул ции установившейс  волны..

Полный отраженный сигнал с выхода усилител  9 через детектор 13 подаетс  на блок 14 выделени  амплитудной

5 и блок 15 выделени  паразитной амплитудной модул ции, управл емые блоком

16выбора отраженных сигналов с частотой следовани  радиоимпульсов и с их выходов сигналы амплитудной и паразитной амплитудной модул ции пода- ютс  на сумматор 17, где они инверсно складашаютс  и интегрируютс .

Таким образом, на выходе сумматора 17 возникает низкочастотный периодический сигнал, амплитуда которого определ етс  исключительно степенью согласовани  линий, а частота - резонансной характеристикой согласующего четвертьволнового трансформатора . Если частота падающей ультразву ковой волны равнё среднему значению, частота сигнала на выходе сумматора

17равна удвоенной частоте частотной модул ции. При отклонении частоты падан цей волны от среднего значени  частота сигнала на выходе сумматора 17 равна частоте частотной модул ции, причем в зависимости от знака отклонени  от среднего значени  измен етс  знак фазы этого едгнала.

Сигнал с выхода сумматора 17 подаетс  на последовательно включенные синхронный фильтр 18 и синхронный детектор 19, управл емые первым делителем 3 частоты и через второй делитель 5 частоты фазовращателем 20, необходимым дл  комЪенсации фазового сдвига сигнала, вносимым интегратором сумматора 17. Синхронный Фильтр 598 18 вьщел ет сигнал из шума и этот сигнал детектируетс  синхронным детектором 19. Тем самым обеспечиваетс  высока  чувствительность и изменение величины и пол рности сигнала на выходе фильтра 2 низких частот в зависимости от величины и знака отклонени  частоты ультразвуковой волны от среднего значени . Этот сигнал через формирователь 22 закона регулировани , обеспечивающий необходимые статические и динамические характеристики измерител , подаетс  на второй вход блока 6 частотной модул ции который поддерживает среднюю частоту генератора 1 высокой частоты так, чтобы сигнал на выходе фильтра низких частот был равен нулю, что соответствует равенству частоты ультразвуковой волны среднему значению частоты . Средн   частота генератора 1 высокой частоты измер етс  частотомером 4, так как частота модул ции генератора 1 высокой частоты определ етс  генераторомбазы времени частотомера 4, и за врем  измерени  частоты генератора 1 высокой частоты отклон етс  от средней на посто нную величину равное число раз. Результат измерени  частоты подаетс  с частотомера 4 в вычислительный блок 23, в которьй предварительно введены параметры эталонной среды с известной зависимостью упругих 6 свойств от давлени . После обработки этой информации вычислительным блоком 23 значение величинь.1 давлени  в камере вьщаетс  на блок 24 индикации. При изменении давлени  в камере высокого давлени  резонансна  частота трансформатора измен етс , отраженный сигнал приобретает амплитудную модул цию и на выходе фильтра HiisKvix. частот возникает сигнал, величина и | знак которого определ етс  величиной и знаком отклонени  давлени . Этот сигнал через формироват(5ль 22 закона Регулировани  и блок 6 частотной модул ции измен ет частоту генератора 1 высокой частоты так, чтобы выполнилось условие согласовани  при данном давлении в камере 10. высокого давлени . При этом сигнал на выходе фильтра низких частот станет равным нулю и частотомер 4 измер ет частоту генератора 1 высокой частоты, соответствун цую данному давлению,, а его величина индицируетс  блоком 24 индикации Применение ультразвукового измерител  давлени  позволило повысить точность и быстродействие при измерении высоких давлений за счет использовани  специального радиоимпульсного сигнала, воздействующего на акустическую систему, уменьшещ  шумов электроакустического и измерительного трактов, а также обеспечени  автоматизации измерений.

Claims (1)

1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, содержащий электроакустически соединенные камеру высокого давления, эталонную среду, блок возбуждения и приема упругих волн, частотомер, отличают; щийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, он снабжён блоком частотной модуляции и соединенным с перестраиваемым частотомодулируемым генератором высокой частоты, подключенным к частотомеру и через блок формирования радиоимпульсов к генератору радиоимпульсов, выход которого соединен с блоком возбуждения и приема упругих волн, при этом вход первого делителя частоты соединен с.выходом опорного генератора частотомера, а выход с блоком формирования радиоимпульсов и с вторым делителем частоты, выход которого подключен к одному из входов-блока частотной модуляции и входу фазовращателя, причем выход первого делителя частоты соединен также с усилителем с автоматической регулировкой усиления, подключенным входом к блоку. ; возбуждения, и приема упругих волн, а выходом к детектору, выход которого соединен с входами блоков выделения амплитудной и паразитной амплит тудной модуляции, соединенными с сумматором и с блоком выбора отраженных сигналов, вход которого сйязан с выходом первого делителя частоты и одним входом синхронного фильтра, подключенного также к выходам сумматора и фазовращателя, выход которого соединен с одним из входов синхронного детектора, второй вход которого подключен к синхронному фильтру, а выход к фильтру низких частот, который соединен через формирователь закона регулирования с вторым входом блоКа частотной модуляции, причем вход вычислительного блока соединен с выходом частотомера, а выход - с блоком индикации.

   »SU <,» 982442