Устройство для автоматического измерения скорости ультразвука

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнг

Социвпистическнг

Респубинк (ss) 3 000??5 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 081081 (21) 3350433/18-28

Р М g> з

6 01 Н 5/00 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР по. делам изобретений н открытий

Опубликовано 280283 Бюллетень ¹ 8 (53) УДК 534. б (088. 8) Дата опубликования описания 280283 (72) Авторы изобретения

Е.г. Пашук и Б.П, Пашаев

Дагестанский государственный университет им. В.И. Ленина (71) Заявитель (54} уСТРОЯСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ

СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА лограф (1).

Изобретение относится к акустическим измерениям и может б.ать использовано для исследования свойств и контроля качества материалов по данным о скорости распространения в них ультразвука.

Известно устройство для измерения скорости ультразвука в средах с переменным коэффициентом поглощения, содержащее последовательно соединенные генератор остроконечных импульсов, ультразвуковую линию с исследуемым веществом, пьезопреобразователями и буферным стержнем, блок выделения пары импульсов из последовательности, частотомер, а также генератор радиоимпульсов, подключенный выходом к управляющим входам генератора остроконечных импульсов и блока выделения пары импульсов иэ последовательности, и осцилНедостатком устройства является необходимость совмещения изображений цуга эхо-импульсов на экране осциллографа ручной регулировкой, что делает измерения трудоемкими, выборочными и вносит субъективную ошибку в результаты измерений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство

5 для автоматического измерения скорости ультразвука, содержащее генератор, к выходу которого подключены ультразвуковая линия с исследуемым веществом и усилитель, формирователь, подключенный входом к усилителю, а выходом — к блоку регистрации времени прохождения ультразвукачерез исследуемое вещество, содержащему селектор и измеритель временного интервала, подключенный к выходу селектора, и синхронизатор, выход которого соединен с входом "Запуск" генератора и блоком регистрации врем ни прохождения ультразвука через исследуемое вещест

Во °

Блок регистрации времени прохождения ультразвука через исследуемое вещество содержит также два мульти-, вибратора задержки, выходами под25 .ключенные к управляющим входам селектора. .Скорость ультразвука определяют, исходя иэ показаний измерителя временного интервала между двумя эхо-импульсами после i-ro u к-го прохождения их через исследуе1000775 мое вещество. Выбор импульсов иэ последовательности осуществляется с помощью осциллографа и определяется временем задержки мультивибраторов, выставляемому вручную. Снижение погрешности при измерении скорости ультразвука, связанной с изменением коэффициента поглощения от одного вещества к другому, происходит эа счет того, что сигналы запуска и останова измерителя временного интервала вырабатываются в момент прохождения напряжения импульса заполнения через ноль, так что положение их практически не зависит от формы огибающей радиоим- 15 пульса (2 ).

Недостатком устройства является необходимость выбора эхо-импульсов вручную, что приводит к невозможности измерения скорости ультразвука 2О при быстрых ее изменениях, например, при контроле технологических процессов.

Цель изобретения — обеспечение автоматического измерения скорости g5 ультразвука в широком интервале ее изменения.

Укаэанная цель достигается тем, что устройство для, автоматического измерения скорости ультразвука, содержащее генератор, к выходу которого подключены ультразвуковая линия с исследуемым веществом и усилитель, формирователь, подключенный входом к усилителю, а выходом — к блоку регистрации времени прохождения ультразвука через исследуемое вещество, содержащему селектор и измеритель временного интервала, подключенный к выходу селектора, и синхронизатор, выход которого coe- 4О динен со входом "Запуск" генератора и блоком регистрации времени прохождения ультразвука через исследуемое вещество, снабжено детектором, вход которого соединен с выходом 45 усилителя, подключенным к выходу детектора ждущим мультивибратором, двумя делителями частоты, входы которых соединены с выходом ждущего мультивибратора, выходы — с управ- 5О ляющими входами .селектора, и счет чиком, подключенным входом к выхо ду формирователя, выходом — к входу селектора, а входом "Сброс" к выходу ждущего мультивибратора. 55

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для автоматического измерения скорости ультразвука, на фиг. 2 — эпюры напряжения в различных участках схемы. 60

Устпойство вклюнает генератор 1 радиоимпульсов, к выходу которого подключены ультразвуковая линия с исследуемым веществом 2 и пьеэопреобраэователем 3 и усилитель 4, 65 формирователь 5, подключенный входом к усилителк 4, а выходом — к счетчику 6 блока регистрации времени прохождения ультразвука через исследуемое вещество 2, селектор 7, входом подключенный к выходу счетчика

6, подключенный к выходу селектора измеритель 8 временного интервала и два делителя 9 и 10, выходы которых соединены с входами селектора 7, входы "Сброс" - с синхронизатором

11, запускающим генератор 1, а входы подключены к выходу ждущего мультивибратора 12, входом подключенного к выходу детектора 13, вход которого соединен в свою очередь с выходом усилителя 4. К выходу жду- щего мультивибратора 12 подключен также вход "Сброс" счетчика 6.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 радиоимпульсов по сигналу синхронизатора 11 (фиг. 2, эпюра а) вырабатывает.зондирующий радиоимпульс, который возбуждает в ультразвуковой линии отраженные эхо-импульсы, поступающие после усиления усилителем 4 на. формирователь

5 и детектор 13. На фиг. 2в для простоты показаны зондирующий i-тый и j-тый импульсы. Формирователь 5 вырабатывает пакеты прямоугольных импульсов (фиг ° 2,c), передний фронт каждого из которых соответствует прохождению высокочастотного заполнения зондирующего и эхо-импульсов через ноль. Эти пакеты поступают на вход счетчика 6. Счетчик 6 вырабатывает на выходе импульСы с длйтельностью, соответствующей временному интервалу между передними фронтами

n-ro и (и+1)- го импульсов (на фиг, Ф, Й n = 3) . Счетчик 6 выполнен так, что после формирования прямоугольного импульса, он самоблокируется и поступление следующих импульсов не изменяет его состояния.

Одновременно задним фронтом огибающей зондирующего и эхо-импульсов, выделенной детектором 13 (фиг. 2,8) запускается ждущий мультивибратор

12, формирующий импульсы сброса (фиг, 2, +). Эти импульсы снимают самоблокировку счетчика 6 и переводят его в исходное состояние. Таким образом, на выходе счетчика 6 формируются импульсы (фиг. 2, d), передний фронт которых соответствует прохождению через ноль и-го колебания высокочастотного заполнения зондирующего и всех эхо-импульсов.

Сформированные мультивибратором 12 импульсы сброса (фиг. 2, f) поступают также на входы делителей 9 и

10. Принцип им работы таков, что на их выходах вырàба Iûâàþòñÿ стробимпульсы (на.фиг. 2, д и Ь) по ал1000775 ним фронтам (i- 1) и 1 для делителя

9 и. (j- 1) и j для делителя 10 импульсов сброса (на фиг. 2) Рассмотрен случай i = 1, j = 1). Поступление следующих импульсов сброса не изменяет состояния делителей 9 и

10. Эти строб-импульсы открывают на время их длительности селектор 7, который пропускает на вход измерителя 8 временныхы тервалов два сформированных счетчиком 6 импульса 10 (фиг. 2, к). Припэступлении следующих после j эхо-,импульсов стробы не вырабатываются, селектор 7 закрыт и работа измерителя 8 не возможНа. Возвращение устройства в рабо- 15 чее состояние происходит при переводе делителей 9 и 10 в исходное состояние импульсом синхронизатора

11 (фиг. 2, а), при этом снимается их самоблокировка. Изменяя коэффициент деления делителей 9 и 10, можно выбрать любую пару из серии импульсов, вырабатываемых сетчиком

6, передний фронт которых всегда соответствует определенному (n-но- 25 му) нулю напряжения высококачастотного заполнения соответствующих эхо-импульсов. Таким образом, временный интервал между передним (задним) фронтом импульсов, поступающих на вход измерителя 8 будет однозначно соответствовать времени задержки между i u j эхо-импульсами в исследуемом веществе.

СкоРость Ультразвука определяет- 35 ся по формуле е ер- )

М где — длина образца, N - показания ИВИ, с; и j — коэффициенты деления 40 делителей 9 и 10 соответственно, причем полученные значения С не зависят от амплитуды эхо-сигналов, а работа устройства не нарушается 45 при изменении С.

Устройство использовалось при измерении скорости С ультразвука как функции температуры в жидких металлах и сплавах. В этом случае 50 амплитуда эхо-сигналов изменяется за счет изменения акустического контакта на границе волновод-расплав. Эксперименты показали, что изменение амплитуды эхо-сигнала на 55

30 дБ практически не влияет на по- казания прибора. Устройство также использовалось прй измерении скорости С вблизи фазового перехода расслоения в жидкостях. Здесь амплитуда эхо-сигнала изменяется из-за роста коэффициента поглощения ультразвука вблизи точки фазового перехода.

В обоих случаях использовался измеритель временных интервалов с усреднением за 10 — 10 циклов.

Достигнуто разрешение 0,3 нс.

Использование устройства позволяет автоматически измерять скорость С ультразвука в случае одновременного изменения коэффициента поглощения и скорости С в широких пределах. Это дает возможность изучать явления и контролировать технологические процеосы методом прецизионного измерения в случае достаточно быстрого изменения с и С, когда применение других аналогичных устройств затоуднено.

Формула изобретения

Устройство для автоматического измерения скорости ультразвука, содержащее генератор, к выходу которого подключены ультразвуковая линия с исследуемым веществом и усилитель, формирователь, подключенный входом к усилителю, а выходом - к блоку регистрации времени.прохождения ультразвука через исследуемое вещество, содержащему селектор и измеритель временного интервала, подключенный к выходу селектора, и синхронизатор, выход которого соединен со входом "Запуск" генер"-тора и блоком регистрации времени прохождения„ ультразвука через исследуемое вещество, о т л и ч ь ющ е е с я тем, что, с целью обе -печения автоматического измерения скорости ультразвука в широком интервале ее изменения, оно снабжено детектором, вход которого соединен с выходом усилителя, подключенным к выходу детектора ждущим мультивибратором, двумя делителями частоты, входы которых соединены с выходом ждущего мультивибратора, выходы — c управляющими входами селектора, и счетчиком, подключенным входом к выходу формирователя, выходом — к входу селектора, а вхо-. дом "Сброс" — к выходу ждущего мультивибратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В 446824, кл. G 01 Н 5/00, 1974.

2. Райдер Р., Киттенгер Ч. Приборы для научных исследований.

1980, 9 3, стр. 98 (перевод Rev.

Sci Anstr.) .(прототип) .

Фиг. 2

Составитель В. Гордиенко

Редактор М. Янович Техред Т.Маточка Корректор H,Êîðoë

Заказ 1361/40 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4