Способ контроля физических параметров объекта и устройство для его осуществления (варианты)

 

Использование: контроль физических параметров объекта, их изменение во времени. Сущность: в контролируемом объекте возбуждают упругие или электрические колебания посредством источника колебаний, подключенного к объекту. Затем производят прием соответственно электрических или упругих колебаний с последующим их преобразованием в электрические сигналы. эти сигналы усиливают и их фазу сдвигают. Затем электрические сигналы направляют на вход источника колебаний, образуя замкнутый контур. Электрические сигналы проходят по замкнутому контуру два и более раз с одновременным их складыванием до установления режима автоколебаний. После чего электрические сигналы регистрируют и определяют их характеристики, по изменению которых судят об изменениях физических параметров объекта. Устройство содержит источник упругих или электрических колебаний, выход которого соединен с контролируемым объектом, блок приема электрических или упругих колебаний и преобразования их в электрические сигналы, вход которого соединен с объектом, а выход - с входом блока усиления, фазосдвигающий блок, регистрирующий блок и вычислительный блок, вход которого соединен с выходом регистрирующего. Один выход фазосдвигающего блока соединен с входом источника колебаний, другой - с регистрирующим блоком, а вход - с выходом усилителя. Технический результат: повышение чувствительности. 3 с.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для контроля физических параметров объекта ( образец горной породы, коллектор нефти и газа, зона активного разлома, карстовая полость и т.д.), их изменения во времени с использованием упругих и электрических полей.

Известен способ контроля физических параметров объекта, включающий возбуждение механических колебаний посредством источника колебаний, измерение сигналов, их усиление и регистрацию (см. Изв. Академии наук СССР, Физика Земли №6, 1977, с.114-118).

Данный способ осуществляется в известном из того же источника устройстве, включающем генератор сигналов, излучатель акустических колебаний, измерительную ячейку с электродами, акустический поглотитель, усилитель и регистрирующий блок.

Описанные способ и устройство имеют низкую точность измерения из-за низкой чувствительности, поскольку измерения проводятся без учета собственных частот объекта.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ контроля физических параметров, включающий возбуждение упругих или электрических колебаний посредством источника колебаний, подключенного к контролируемому объекту, прием соответственно электрических или упругих колебаний с последующим их преобразованием в электрические сигналы и усилением, определение характеристик электрических сигналов и суждение об изменениях физических параметров объекта по изменению характеристик электрических сигналов (см. Докл. Академии наук СССР, 1989, том 309, №3, с.575-578).

В том же источнике информации описано устройство для контроля физических параметров контролируемого объекта, включающее блок источника упругих колебаний, выход которого соединен с объектом, блок приема электрических колебаний и преобразования их в электрические сигналы, вход которого соединен с объектом, а выход - с входом блока усиления, и регистрирующий блок.

Данные способ и устройство имеют низкую точность измерения, т.к. чувствительность к изменениям физических параметров контролируемого объекта низкая из-за невысокой добротности частотной зависимости электрических откликов на упругое воздействие и наоборот.

Предлагаемыми изобретениями решается задача повышения точности контроля. Техническим результатом является повышение чувствительности к изменениям физических параметров объекта.

Технический результат достигается в способе контроля физических параметров контролируемого объекта, включающем возбуждение упругих или электрических колебаний посредством источника колебаний, подключенного к контролируемому объекту, прием соответственно электрических или упругих колебаний с последующим их преобразованием в электрические сигналы и усилением, сдвиг фазы сигналов, направление электрических сигналов на вход источника колебаний с образованием замкнутого контура, прохождение электрических сигналов по замкнутому контуру два и более раз с одновременным их складыванием при условии соблюдения баланса амплитуд и баланса фаз до установления автоколебаний, определение характеристик электрических сигналов и суждение об изменениях физических параметров объекта по изменению характеристик электрических сигналов.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в неоднократном прохождении электрических сигналов по замкнутому контуру с одновременным сдвигом фаз электрических сигналов и складыванием при условии соблюдения баланса амплитуд и баланса фаз до установления автоколебаний, что позволяет повысить точность контроля за счет повышения чувствительности к изменениям физических параметров объекта путем получения узкополосного автоколебательного режима на собственных частотах объекта.

Для достижения названного технического результата устройство для контроля физических параметров контролируемого объекта, включающее блок источника упругих колебаний, выход которого соединен с объектом, блок приема электрических колебаний и преобразования их в электрические сигналы, вход которого соединен с объектом, а выход - с входом блока усиления, и регистрирующий блок, снабжено фазосдвигающим блоком и вычислительным блоком, вход которого соединен с выходом регистрирующего блока, при этом один выход фазосдвигающего блока соединен с входом блока источника упругих колебаний, другой - с регистрирующим блоком, а вход - с выходом блока усиления.

Для достижения названного технического результата по второму варианту устройство для контроля физических параметров контролируемого объекта, включающее блок источника колебаний, выход которого соединен с объектом, блок приема колебаний и преобразования их в сигналы, вход которого соединен с объектом, а выход - с входом блока усиления, и регистрирующий блок, снабжено фазосдвигающим блоком и вычислительным блоком, вход которого соединен с выходом регистрирующего блока, при этом блок источника колебаний выполнен в виде блока источника электрических колебаний, блок приема колебаний и преобразования их в сигналы выполнен в виде блока приема упругих колебаний и преобразования их в электрические сигналы, причем один выход фазосдвигающего блока соединен с входом блока источника электрических колебаний, другой - с регистрирующим блоком, а вход - с выходом блока усиления.

Отличительными признаками предлагаемого устройства по его двум вариантам являются наличие фазосдвигающего блока и вычислительного блока и их соединения. Это позволяет повысить точность контроля за счет повышения чувствительности к изменениям физических параметров объекта с помощью регулировки фазы электрических сигналов фазосдвигающим блоком устанавливается автоколебательный режим на собственной частоте объекта, которая изменяется при изменении физических параметров объекта; с помощью вычислительного блока вычисляются изменения параметров колебаний во времени и по результатам этих изменений судят о состоянии объекта.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены: на фиг.1 - зависимость частоты и амплитуды колебаний от влажности объекта; на фиг.2 - схема устройства для осуществления способа (1 вариант); на фиг.3 - схема устройства для осуществления способа (2 вариант).

Предлагаемый способ осуществляют в следующей последовательности. В контролируемом объекте возбуждают упругие или электрические колебания посредством источника колебаний, подключенного к контролируемому объекту. Затем производят прием соответственно электрических или упругих колебаний (при возбуждении упругих колебаний принимают электрические колебания, при возбуждении электрических колебаний принимают упругие колебания) с последующим их преобразованием в электрические сигналы. Эти сигналы усиливают и их фазу сдвигают. Затем электрические сигналы направляют на вход источника колебаний, образуя замкнутый контур. Электрические сигналы проходят по замкнутому контуру два и более раз с одновременным их складыванием при условии соблюдения баланса амплитуд и баланса фаз до установления автоколебаний. Сдвиг фазы сигналов осуществляется для настройки автоколебательного режима на собственной частоте объекта по максимальной величине амплитуды колебаний. Частота автоколебаний определяется физическими свойствами объекта, что проверено экспериментально. После чего электрические сигналы регистрируют и определяют их характеристики. По изменению характеристик электрических сигналов судят об изменениях физических параметров объекта.

Пример.

В качестве контролируемого объекта использовали образец из суглинка. В образце возбуждали посредством источника колебаний упругие колебания, которые в образце преобразовывались в электрические колебания. Осуществляли прием электрических колебаний с последующим преобразованием их в электрические сигналы, которые затем усиливали, после усиления электрических сигналов фазу сдвигали и сигналы направляли на вход источника колебаний. При этом образовывался замкнутый контур, по которому электрические сигналы проходили два и более раз с одновременным их складыванием при условии соблюдения баланса амплитуд и баланса фаз до установления автоколебаний на собственной частоте объекта. После установления автоколебаний изменялась влажность предварительно высушенного образца и величина постоянного напряжения, подаваемого на образец. Изменение влажности на 4% вызвало изменение частоты колебаний на 15 Гц (с 9717 до 9702 Гц), амплитуда колебаний увеличилась на 11%. Изменение напряженности постоянного поля с 12.5 В/см до 12.8 В/см привело к изменению частоты колебаний с 14050 до 14000 Гц, амплитуда сигналов возросла на 31%.

Предлагаемое устройство для контроля физических параметров объекта (1 вариант) содержит источник упругих колебаний 1, выход которого соединен с контролируемым объектом 2, блок 3 приема электрических колебаний и преобразования их в электрические сигналы, вход которого соединен с объектом 2, а выход - с входом блока 4 усиления, фазосдвигающий блок 5, регистрирующий блок 6 и вычислительный блок 7, вход которого соединен с выходом регистрирующего блока 6. Один выход фазосдвигающего блока 5 соединен с входом блока 1 источника упругих колебаний, другой - с регистрирующим блоком 6, а вход - с выходом блока 4 усиления.

Предлагаемое устройство для контроля физических параметров объекта (2 вариант) содержит источник электрических колебаний 1, выход которого соединен с контролируемым объектом 2, блок 3 приема упругих колебаний и преобразования их в электрические сигналы, вход которого соединен с объектом 2, а выход - с входом блока 4 усиления, фазосдвигающий блок 5, регистрирующий блок 6 и вычислительный блок 7, вход которого соединен с выходом регистрирующего блока 6. Один выход фазосдвигающего блока 5 соединен с входом блока 1 источника электрических колебаний, другой - с регистрирующим блоком 6, а вход - с выходом блока 4 усиления.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Блок 1 источника упругих колебаний (по 1 варианту) или электрических колебаний (по 2 варианту) подключается к контролируемому объекту 2, в котором возбуждаются электрические или упругие колебания. Блок 3 приема электрических колебаний (по 1 варианту) или упругих колебаний (по 2 варианту) и преобразования их в электрические сигналы принимает соответственно электрические или упругие колебания и преобразовывает их в электрические сигналы. Электрические сигналы усиливаются в блоке 4 усиления и поступают на фазосдвигающий блок 5, где фазы сигналов сдвигаются. Затем электрические сигналы направляются на вход блока 1 источника колебаний, образуя замкнутый контур. Электрические сигналы проходят два и более раз с одновременным их складыванием до установления автоколебаний на собственной частоте объекта. При этом должны выполняться условия баланса амплитуд (1) и баланса фаз (2);

K=k₁· k₂· k₃· k₄· k₅=1, (1)

где k₁ - коэффициент передачи блока источника упругих (1 вариант) или электрических (2 вариант) колебаний; k₂ - коэффициент передачи образца; k₃ - коэффициент передачи блока приема электрических (1 вариант) или упругих (2 вариант) колебаний и преобразования их в электрические сигналы; k₄ - коэффициент передачи блока усиления; k₅ - коэффициент передачи фазосдвигающего блока,

ϕ =2π n, (2)

где ϕ - сдвиг фазы при однократном обходе замкнутого контура, n=1, 2,...

Характеристики электрических сигналов регистрируются регистрирующим блоком 6 и обрабатываются вычислительным блоком 7. Характеристики электрических сигналов зависят от физических параметров объекта, изменения которых вызывает изменение параметров автоколебаний. По этим результатам судят о состоянии контролируемого объекта.

Формула изобретения

1. Способ контроля физических параметров объекта, включающий возбуждение упругих или электрических колебаний посредством источника колебаний, подключенного к контролируемому объекту, прием соответственно электрических или упругих колебаний с последующим их преобразованием в электрические сигналы и усилением, определение характеристик электрических сигналов и суждение об изменениях физических параметров объекта по изменению характеристик электрических сигналов, отличающийся тем, что после усиления электрических сигналов фазу сигналов сдвигают, затем электрические сигналы направляют на вход источника колебаний, образуя замкнутый контур, при этом электрические сигналы проходят по замкнутому контуру два и более раз с одновременным их складыванием при условии соблюдения баланса амплитуд и баланса фаз до установления автоколебаний.

2. Устройство для контроля физических параметров объекта, включающее блок источника упругих колебаний, выход которого соединен с объектом, блок приема электрических колебаний и преобразования их в электрические сигналы, вход которого соединен с объектом, а выход - с входом блока усиления, и регистрирующий блок, отличающееся тем, что оно снабжено фазосдвигающим блоком и вычислительным блоком, вход которого соединен с выходом регистрирующего блока, при этом один выход фазосдвигающего блока соединен с входом блока источника упругих колебаний, другой - с регистрирующим блоком, а вход - с выходом блока усиления.

3. Устройство для контроля физических параметров объекта, включающее блок источника колебаний, выход которого соединен с объектом, блок приема колебаний и преобразования их в сигналы, вход которого соединен с объектом, а выход - с входом блока усиления, и регистрирующий блок, отличающееся тем, что оно снабжено фазосдвигающим блоком и вычислительным блоком, вход которого соединен с выходом регистрирующего блока, при этом блок источника колебаний выполнен в виде блока источника электрических колебаний, блок приема колебаний и преобразования их в сигналы выполнен в виде блока приема упругих колебаний и преобразования их в электрические сигналы, причем один выход фазосдвигающего блока соединен с входом блока источника электрических колебаний, другой - с регистрирующим блоком, а вход - с выходом блока усиления.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3