Устройство для измерения скорости ультразвука в агрессивных средах

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсник

Социалистические

Ресяублин в 945676, (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено -11.12.80 (21) 3213861/25-28 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)М. Кл.

G 01 Н 5/00//

G 01 N 29/00

9вударетее«нмИ кемнтет

ИВУ

«е де«ем .«зееретен«Н а ет«рний

ОпУблнковано 23.07.82. бюллетень М 27 (53) УД 534. 222 (088Ë) Дата опубликования описания 23.07.82 .

П.Ии%8 "

-ФА Q (72) Авторы изобретения

С.Й.Антанайтис, P.-Й.Ю.Кажис и П.-Б

Каунасский политехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ СКОРОСТИ

УЛЬТРАЗВУКА В АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ

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

Известно устройство для измере5 ния скорости ультразвука в агрессивных средах, содержащее последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, излучающий и приемный преобразователи, нормализатор, интегратор, компаратор, схему ИЛИ и триггер (11.

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

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство рб для измерения скорости ультразвука в агрессивных средах, содержащее последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, иэлуча1 ищий 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 изме" рений, так как возможно ложное срабатывание из-эа наличия помех.

Цель изобретения - повышение достоверности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения скорости ультразвука снабжено последовательно соединенными нормализатором импульсов, вход которого под ключен к выходу усилителя, интегратором, дифФеренцирующим блоком и схемой сброса, выход которой соединен с вторым входом интегратора, первым компаратором, вход которого соединен с выходом интегратора, а выходс вторым входом делителя импульсов, последовательно соединенными вторым

9456 76 4 к Омп 3ра тором, вход кот ОДНОГО соеди и ". 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, вто- 111 рой вход которого подключен к выходу

Генератора зондирующих импульсов.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — временные эпюры, поясняющие работу схемы. 15

Устройство содержит последовательно 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 25 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 зо выходом интегратора 11, а выходс 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 триг40 гера 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. Вы45 ход второго триггера 9 соединен с вычислительным блоком 17.

Устройство для измерения скорости ул ьт раз ву ка работает сл дующим образом.

В момент времени t генератор 1 зондирующих импульсов вырабатывает импульс 18 (фйг. 2) напряжения, который в преобразователе 2 преобразуется в акустический импульс 19, излучается в исследуемую среду, проходит ее и принимается приемным преобразователем 3. Одновременно импульс 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 t ) сигналами действует импульсная помеха (момент времени to (фиг. 2). Рассмотрим работу устройства за время

В этом случае на вход нормализатора 10 с выхода усилителя 4 посту пает смесь сигнала 20 помехи и шума.

При превышении суммарным сигналом 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 интегI 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 U т.е. когда длительность импульса на выходе нормализатора 10 превышает заданную длительность t> . Длительность выбирается исходя из условия где о период высокочастотного колебания, заполняющего импульс. В момент срабатывания второго компара-. 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

Формула изобретения

5 9456 деления делителя 6 импульс на его выходе формируется при приходе заданного количества импульсов со второго компаратора 15. Импульс 25 с выхода делителя 6 опрокидывает триггер 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- 10 пульс в момент времени, cooTâåòñòaóющий 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 Т„=о+(и- -" )/fz, где о - время распространения ультразвуковой волны в исследуемой среде; n - коэффициент деления дели- 0 таля (n 7, 1); fz - центральная частота ультразвукового сигнала. Импульс с выхода триггера 5 длительностью С, поступает на вход вычислительного блока 17, в котором по известному 25 базовому расстоянию, найденному значению т „ и заданному коэффициенту деления и вычисляется скорость ультразвука. Поскольку структура сигнала

21 на выходе нормализатора 10 не ме- 50 няется при .значи гельных амплитудных флуктуациях сигнала, точность и помехоустойчивость измерений повышается.

При поступлении в момент времени

tp на вход усилителя 4 импульсной по- З5 мехи длительностью Тя большей половины периода несущего колебания о, т.е. Г„ )7 /2 (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.!

Пороговый уровень U âòîðîãî ком.паратора 15 выбран такйм образом, чтобы на его выходе формировался сигнал только в том случае, если длительность помехи больше половины периода

/ 50 сигнала „> 0/2). Таким образом, во время действия импульсной помехи с длительностью п Л с/2 на выходах компараторов 14 и 15 появляются прямоугольные импульсы, задние фронты которых совпадают, а передние фрон55 ты сдвинуты во времени из-за различных уровней срабатывания. При этом импульс с выхода первого компаратора

76 6

l4 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 11 и порогового уровня U, а задний - уровня U 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.

Устройство для измерения 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 тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности измере— ний, оно снабжено последовательно соединенными нормализатором импульсов, вход которого подключен к выходу усилителя, 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 делителя импульсов, последовательно соединенными вторым компаратором, вход которого соединен с выходом кнтегратора, 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

7 945676 8 которого подключен к выходу генера-, 1. Патент США 3783679, тора зондирующих импульсов. кл. 73-67. 8, 1974

2. Авторское свидетельство СССР источники инфориации, 11 699416, кл. G 01 H 5/00, 1977 принятые во внимание при экспертизе (прототип)..

9456 76 .27

Фиг.Р

Составитель Л. Лущенко

Редактор Н.Лазаренко Техред M.Íàäü Корректор В.Бутяга

Заказ 531 /59 Тираж 507 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,