Устройство для измерения скорости распространения и коэффициента поглощения ультразвука

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в химической и микробиологической промьппленности, в гидроакустике для прецизионных измерений акустических параметров жидких сред. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства и повьшение точности измерений за счет частотно-независимого управления разностью фаз, расширения диапазона рабочих частот и обеспечения возможности различения фаз, отличакнцихся на 2 . Устройство содержит генератор 1, измерительную камеру 2 с излучающим и приемным ультразвуковыми преобразователями, фазовый детектор 3, суммирующий интегратор 4, сумматор 5, управляемый источник 7 и блок 6 управления. Суммирующий интегратор 4, введенный в цепь отрицательной обратной связи регулирования частоты генератора, обеспечивает функции модуляции фазы, задания среднего ее значения, фильтрации входных сигналов и запоминания уровня на время перестройки частоты генератора 1. Блок 6 управления обеспечивает модуляцию разности фаз и измерения центральной частоты и девиации частоты. Сумматор 5 обеспечивает перестройку на частоты гармоник, отличающихся по разности фаз на 2 , 2 кл. I сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (П1 (S1) 4 G 01 Н 5/00 29/00 р р(рщ-,па (13 „,, t3i

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЫБЛИЕТ 1;А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4081952/25-28 (22) 07.07.86 (46) 15.04.88. Бюл. ¹ 14 (72) В.Н. Шестимиров, А.П. Сарвазян, В.А. Клемин, В.Я. Глазков, В.А. Колотилкин и В.В. Ручкин (53) 534.22(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1265605 кл. G 01 N 29/00, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗЙЕРЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И КОЭФФИЦИЕНТА

ПОГЛОЩЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в химической и микробиологической промышленности, в гидроакустике для прецизионных измерений акустических параметров жидких сред.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности измерений за счет частотно-независимого управления разностью фаз, расширения диапазона рабочих частот и обеспечения возможности различения фаз, отличающихся на 2Т . Устройство содержит генератор 1, измерительную камеру 2 с излучающим и приемным ультразвуковыми преобразователями, фазовый детектор

3, суммирующий интегратор 4, сумматор 5, управляемый источник 7 и блок 6 управления. Суммирующий интегратор 4, введенный в цепь отрицательной обратной связи регулирования частоты генератора, обеспечивает функции модуляции фазы, задания среднего ее значения, фильтрации входных сигналов и запоминания уровня на время перестройки частоты генератора 1. Блок 6 управления обеспечивает модуляцию разности фаз и измерения центральной частоты и девиации частоты. Сумматор 5 обеспечивает перестройку на частоты гармоник, отличающихся по разности фаз íà 2 ii °

2 ил.

1388730

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в гидроакустике для прецизионных измерений акустических па-.

5 раметров жидких сред.

Цель изобретения — повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей устройства за счет частотно-независимого управ- 10 ления разностью фаз, расширения диапазона рабочих частот и различения фаз, отличающихся на 2п. !

На фиг. 1 изображена блока-схема предлагаемого устройства; на фиг,2— форма фазочастотной характеристики (ФЧХ) измерительной камеры, измеряемые величины частот и задаваемые уровни модуляции фазы на выходе блока управления. 20

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1, измерительную камеру 2 с излучающим и приемным акустическими преобразовате лями (не показаны), фазовый детектор

3, суммирующий интегратор 4 и сумматор 5, блок 6 управления, вход которого подключен к выходу генератора 1, а выход — к второму входу суммирующего интегратора 4, и управляемый источник 7, выход которого соединен с вторым входом сумматора 5, второй вход фазового детектора 3 подключен к выходу генератора 1, выход сумматора 5 соединен с управляющим входом генератора 1.

Устройство работает следующим образом.

Ф

Напряжение генератора 1 возбуждает излучающий преобразователь измерительной камеры 2, который излучает ультразвуковую волну, распространяющуюся в исследуемой среде. Ультразвуковая волна преобразуется на приемном преобразователе в электри45 ческие колебания, поступающие на первый вход фазового детектора 3, на второй вход которого подается сигнал с генератора 1. На выходе фазового детектора 3 формируется сигнал, уровень которого пропорционален разности фаз входных сигналов без учета целого числа . Этот сигнал поступает на первый суммирующий вход интегратора 4 ° На второй вход интегратора 4 поступает сигнал с вы- 55 хода блока 6 управления, Уровень сигнала модуляции фазы +s(p на выходе блока 6 управления представляет собой периодическую последовательность трех уровней. Если средний уровень ср сигнала на выходе бло— ка 6 управления не равен уровню сигнала на выходе фазового детектора 3, то напряжение на выходе интегратора будет изменяться и по цепи отрицательной обратной связи через сумматор 5 будет обеспечивать фазовую автоматическую подстройку частоты (ФАПЧ) генератора 1 на центральную частоту f„ соответствующую разности фаз иЧ на ФЧХ измерительной камеры. Дискретное переключение уровня сигнала модуляции фазы+э Cf будет отслеживаться ФАПЧ, что будет вызыва-ь модуляцию разности фаз между сигналами на входе и выходе измерительной камеры 2 и соответствующую ей девиацию частоты +sf (см.фиг.2). Величина перепадов сигнала модуляции +в (ротносительно среднего значения Ч соответствует модуляции разности фаз на /4 .

Блок 6 управления обеспечивает измерение центральной частоты + й„ и девиации частоты +sf „, соответствующих выбранному номеру п из номеров гармоник измерительной камеры 2. Для определения номера гармоники и фиксируют частоту f уровень сигнала на выходе управляемого источника 7 изменяют на величину, приблизительно соответствующую разности центральных частот двух гармоник, отличающихся по фазе íà 2a . При этом ФАПЧ точно настраивается на частоту f + 2 той гармоники, в область которой был перестроен генератор 1 йри изменении уровня на выходе управляемого источника 7, Номер п гармоники определяют по разности 2А1 центральных частот f„ + 2 и f в соответствии со и следующим выражением:

<и

u= —.

nf (1) Для измерения скорости распространения и коэффициента поглощения ультразвука в исследуемой среде измерительную камеру 2 заполняют средой с известными значениями скорости распространения С и коэффициента поГ глощения М Р ультразвука. Записывают установившиеся значения f „ центральной частоты и девиации частоты sf

Затем измерительную камеру 2 заполняют исследуемой средой и по ус1388730

f <4Fñ

U постотановившимся значениям центральной частоты Е„ц и девиациичастоты зf „ц определяют скорость распространения

С и коэффициент поглощения „ в соответствии со следующими выражениями: определяемую соотношением д ЗЬГ. Оставляя величину 6 янной, но смещая уровень U, выбирать частоты диапазона

ФАПЧ. ф о р м у л а и з о б р е можно работы тения

C„=Ñ1+

1 Гг

Ы.ц = — LIISf

U (3) (я ЮГ (а+1)У ж фу

И- 9 у

Составитель Д. Широчйн

Техред М.Ходанич Корректор Л. Пилипенко

Редактор Э. Слиган

Тираж 524 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 1571/43

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 где  — постоянная, характеризующая потери энергии в измерительной камере 2, не связанные с поглощением ультразвука в исследуемой среде, 1 Г <р р (4) — pf (пр пр

ФАПЧ с помощью суммирующего интегратора 4 позволяет компенсировать погрешности измерения, обусловленные изменением уровней сигналов на втором входе сумматора 5 или на управляющем входе генератора 1. Управляемый источник 7 обеспечивает дискретное переключение двух уровней

U, и Б + ЬU разность между которыми dU соответствует перестройке частоты генератора 1 на величину дР, Устройство для измерения скорости распространения и коэффициента поглощения ультразвука, содержащее последовательно соединенные генератор, измерительную камеру с излучающим и приемным ультразвуковыми преобразо15 вателями и фазовый детектор блок упУ равления, вход которого соединен с выходом генератора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения функциональных возможностей, оно снабжено

20 последовательно соединенными суммирующим интегратором, первый вход которого соединен с выходом фазового детектора, и сумматором, выход которого coe èHен с управляющим входом генератора, управляемым источником, выход которого соединен с вторым входом сумматора, второй вход фазового детектора соединен с выходом генератора, а второй вход суммирующего интегратора соединен с выходом блока управления.