Пристрій для вимірювання швидкості звуку

Изобретение относится к технике акустического контроля и может быть использовано для автоматического измерения скорости звука в жидких средах. Известно устройство для измерения скорости звука в жидких средах, содержащее последовательно соединенные генератор гармонических колебаний, излучающий и приемный электроакустические преобразователи и фазометр (Северин Г.Н. Измерение скорости звука в океане. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. - С.18). Однако известное устройство для измерения скорости звука не позволяет исключить неоднозначность показаний вследствии того, что фазометр не различает фазовых сдвигов, отличающихся на целое число периодов, что приводит к погрешностям измерения скорости звука и отрицательно сказывается на точности устройства. Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения скорости звука, содержащее последовательно соединенные мультивибратор, пьезоэлектрический преобразователь и отражатель (А.с. СССР №1386853, кл. G01H5/00, 1988). В устройстве-прототипе мультивибратор выполнен на биполярных транзисторах. Усиление сигнала, отраженного от отражателя, находящегося на фиксированном расстоянии от пьезоэлектрического преобразователя, производится транзистором, который переключается при некотором пороговом напряжении Uпор > 0 на базоэмиттерном переходе и работает в активном режиме при подаче на его базу малого отраженного сигнала, а при подаче на его базу большого сигнала - в ключевом режиме. Следовательно, в мультивибраторе возникает неконтролируемая задержка сигнала, а именно где t(t) - задержка сигнала в мультивибраторе; q - постоянная времени мультивибратора; u(t) - мгновенное напряжение на входе мультивибратора; Uпор - пороговое напряжение переключения транзистора мультивибратора; t - текущее время. В результате период следования импульсов на выходе мультивибратора зависит от величины задержки сигнала и определяется как где T(t) - период следования импульсов на выходе мультивибратора; l - расстояние между пьезоэлектрическим преобразователем и отражателем; C(t) - скорость звука в исследуемой среде; t(t) - задержка сигнала в мультивибраторе. Учитывая, что t(t) 0,1сек, а максимальный период следования импульсов на выходе мультивибратора T(t)max 1) повторения импульсов F(t) = C(t)/2l, где C(t) скорость звука в исследуемой среде; l - расстояние между пьезоэлектрическим преобразователем и отражателем, в микроЭВМ, с частотой синхронизации f0, осуществляется преобразование периода T(t) = 1/F(t) в код а затем идентифицируется измерение скорости звука C(t) путем нахождения оценки алгоритму по Получаемая при этом погрешность измерений определяется по формуле Сравнивая (4) и (23) выигрыш по точности измерений составит величину Учитывая, что t(t) ³ 1мкс, тогда при частоте F0 = 1 /T0 = 2мГц величина выигрыша поточности измерений B DC > 2, что свидетельствует о эффективности предлагаемого схематического решения. На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 -вариант выполнения процессора параметрической идентификации. Устройство для измерения скорости звука (фиг.1) содержит последовательно соединенные мультивибратор 1, пьезоэлектрический преобразователь 2, находящийся на фиксированном расстоянии от него отражатель 3 и процессор параметрической идентификации 4 входами подключенный, соответственно, ко второму вы ходу мультивибратора 1 и к его входу. Процессор параметрической идентификации 4 состоит из амплитудного селектора 5, компаратора 6, счетчика 7, сумматора 8, микроЭВМ 9, линии задержки 10 и генератора счетных импульсов 11. Вход амплитудного селектора 5, являющийся вторым входом процессора параметрической идентификации 4, подключен к входу мультивибратора 1. Амплитудный селектор 5 последовательно соединен с компаратором 6 и счетчиком 7, информационные входы которого соединены с информационными входами, последовательно соединенных, сумматора 8 и микроЭВМ 9, причем вторые информационные входы сумматора 8 соединены с информационными выходами линии задержки 10, к счетному входу которой подключен выход генератора счетных импульсов 11. Первый вход линии задержки 10 является первым входом процессора параметрической идентификации 4, и к нему подключен счетный вход микроЭВМ 9, а ко второму входу линии задержки 10 - второй вход компаратора 6, соединенный также с выходом сумматора 8 и управляющим входом микроЭВМ 9. Устройство для измерения скорости звука работает следующим образом. После включения питания срабатывает мультивибратор 1, в результате чего пьезоэлектрический преобразователь 2 возбуждается и в среду распространяется акустический импульс. Импульсом возбуждения блокируется амплитудный селектор 5 и процессор параметрической идентификации 4 не реагирует на этот импульс. Акустический импульс, отражаясь от отражателя 3. поступает на пьезоэлектрический преобразователь 2 и преобразуется в электрический сигнал x(t). Импульсы x(t) поступают на вход амплитудного селектора 5 и мультивибратора 1. После усиления в мультивибраторе 1 получаются импульсы y(t), поступающие на первый вход линии задержки 10. В результате линия задержки 10 открывается и разрешает подсчет импульсов с выхода генератора счетных импульсов 11. На информационных выходах линии задержки 10 формируется код. Одновременно с этим импульсы y(t) со второго вы хода мультивибратора 1, прошедшие амплитудный селектор 5 сравниваются в компараторе 6 с импульсами на выходе сумматора 8. В зависимости от временного положения этих импульсов будет сформирован сигнал, изменяющий состояние счетчика 7. Этот процесс продолжается до тех пор, пока коды на информационных выходах счетчика 7 и линии задержки 10 сравняются. В момент сравнения кодов на выходе сумматора 8 появится импульс, закрывающий линию задержки 10 и компаратор 6, а также разрешающий микроЭВМ 9 принять код с информационных входов счетчика 7. В результате в микроЭВМ будет перезаписан код, соответствующий величине задержки сигнала в мультивибраторе 1. Учитывая, что период следования импульсов с выхода генератора счетных импульсов 11 намного меньше времени изменения скорости звука в исследуемой среде, следовательно, процесс идентификации задержки сигнала в мультивибраторе 1 происходит в реальном масштабе времени. Получив код с информационных выходов счетчика 7 микроЭВМ 9 разрешает прохождение сигнала на свой счетный вход со второго выхода мультивибратора 1. По окончании цикла измерения микроЭВМ 9 вычисляет скорость звука и выдает информацию на дисплей. Затем процесс повторяется и в результате за счет реализации алгоритма (20) - (22) аппаратными средствами достигается увеличение точности измерений скорости звука путем исключения влияния величины задержки сигнала в мультивибраторе 1 на результат измерений.