Пристрій для вимірювання швидкості ультразвуку

Номер патенту: 86910

Опубліковано: 25.05.2009

Автор: Лютак Ігор Зіновійович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Пристрій для вимірювання швидкості ультразвуку, який містить генератор синхронізуючих імпульсів, схему керування, схему І1, генератор зондуючих імпульсів, електронний ключ, підсилювач, приймально-передавальний перетворювач, навантажений на вимірювальний зразок, де перший вихід генератора синхронізуючих імпульсів з'єднаний з першим входом схеми I1, другий вихід - з входом схеми керування, перший вихід якої з'єднаний з першим входом електронного ключа, другий вихід - з другим входом схеми I1, вихід якої з'єднаний з входом генератора зондуючих імпульсів, перший вихід якого з'єднаний з приймально-передавальним перетворювачем, навантаженим на вимірювальний зразок і паралельно з'єднаний з другим входом електронного ключа, другий вихід з'єднаний з третім входом електронного ключа і через його вихід з входом підсилювача, який відрізняється тим, що додатково введена схема помножувача частоти на 2pn, схема I2, селектор, лічильник, тригер, схема одиничного запуску, формувач імпульсів, де вхід схеми помножувача частоти на 2pn з'єднаний з третім виходом схеми керування, а перший вихід з'єднаний з першим входом схеми I2, а другий вихід - з першим входом селектора, другий вхід якого з'єднаний з першим виходом схеми одиничного запуску, а вихід з'єднаний з першим входом лічильника, другий вхід якого з'єднаний з другим виходом схеми I2, третій вхід з'єднаний з другим виходом схеми одиничного запуску, вхід якої з'єднаний з виходом тригера, перший вхід якого з'єднаний з першим виходом генератора синхронізуючих імпульсів, другий вхід якого з'єднаний з третім входом схеми I2 і паралельно з виходом формувача імпульсів, вхід якого з'єднаний з виходом підсилювача.

Текст

Пристрій для вимірювання швидкості ультразвуку, який містить генератор синхронізуючих імпульсів, схему керування, схему І1, генератор зондуючих імпульсів, електронний ключ, підсилювач, приймально-передавальний перетворювач, навантажений на вимірювальний зразок, де перший вихід генератора синхронізуючих імпульсів з'єднаний з першим входом схеми I1, другий вихід - з входом схеми керування, перший вихід якої з'єднаний з першим входом електронного ключа, другий вихід - з другим входом схеми I1, вихід якої з'єднаний з входом генератора зондуючих імпульсів, перший C2 2 (19) 1 3 ний зразок і паралельно з першим входом електронного ключа, другий вихід з першим входом вимірювача часу поширення ультразвуку, третій вихід з'єднаний з другим входом електронного ключа і через його вихід з входом підсилювача, вихід якого з'єднаний з першим входом схеми співпадання, а її вихід з входом аналізатора сигналів, вихід якого з'єднаний зі схемою затримки виділеного сигналу, вихід якої з'єднаний з другим входом вимірювача часу поширення ультразвуку і через його вихід з'єднаний з входом відеоблоку (Мандра А.А., Лютак З.П. Пристрій для вимірювання швидкості ультразвуку. №14093 G01H 5/00 Деклараційний патент на корисну модель 15/05/2006. Бюл. №5). Вказаний пристрій не забезпечує високу точність вимірювання, через те, що частоту генератора синхронізуючих імпульсів вибирають такою, як частота сигналу приймально-передаючого перетворювача, так як при такому збудженні п'єзоперетворювача енергія випромінюючого сигналу буде найбільшою. З другого боку підвищення частоти сигналу приймально-передаючого перетворювача, а отже і його тривалості, обмежується конструктивними особливостями перетворювача, зокрема товщиною п'єзопластини. Оскільки співпадання сигналів генератора синхронізуючих імпульсів і донного синусоїдального сигналу проходить в межах половини періоду хвилі, то точність контролю визначатиметься похибкою дискретності і обмежується тривалістю півхвилі. По друге при випромінюванні і прийманні п'єзоперетворювачем енергії за рахунок відбиття сигналу від поверхні досліджуваного матеріалу утворюються завжди шуми, при накладанні яких перший період донних імпульсів буде мати форму, відмінну від синусоїдальної, а також різну тривалість, що при обробці донного сигналу на певному рівні може привести до хибного спрацювання схеми співпадання і утворення на її виході не одного, а двох або більше сигналів різної тривалості, що приведе до зниження точності контролю. В основу винаходу покладено задачу підвищення точності вимірювання швидкості ультразвуку шляхом помноження частоти генератора синхронізуючих імпульсів на 2pn, що дасть можливість зменшити похибку дискретності, а вимірювання фази між від'ємною півхвилею донного сигналу і сигналом генератора синхронізуючих імпульсів, частота якого підвищена на 2pn, зменшить похибку вимірювання за рахунок зменшення фази між цими двома сигналами. Поставлена задача вирішується наступним чином. У відомий пристрій для вимірювання швидкості ультразвуку, який містить загальні з прототипом ознаки такі, як генератор синхронізуючих імпульсів, перший вихід якого з'єднаний з першим входом схеми І1, другий вихід з входом схеми керування, перший вихід якої з'єднаний з першим входом електронного ключа, другий вихід з другим входом схеми І1, вихід якої з'єднаний з входом генератора зондуючих імпульсів, перший вихід якого з'єднаний з приймально-передаючим перетворювачем, навантаженим на вимірювальний зразок і паралельно з'єднаний з другим входом 86910 4 електронного ключа, другий вихід з'єднаний з третім входом електронного ключа і через його вихід з входом підсилювача, згідно з винаходом додатково вводиться схема помножувача частоти на 2pn, схема I2, селектор, лічильник, тригер, схема одиничного запуску, формувач імпульсів, де вхід схеми помножувача частоти на 2pn з'єднаний з третім виходом схеми керування, а перший вихід з'єднаний з першим входом схеми I2, а другий вихід з першим входом селектора, другий вхід якого з'єднаний з першим виходом схеми одиничного запуску, а вихід з'єднаний з першим входом лічильника, другий вхід якого з'єднаний з другим виходом схеми I2, третій вхід з'єднаний з другим виходом схеми одиничного запуску, вхід якої з'єднаний з виходом тригера, перший вхід якого з'єднаний з першим виходом генератора синхронізуючих імпульсів, другий вхід якого з'єднаний з третім входом схеми I2 і паралельно з виходом формувача імпульсів, вхід якого з'єднаний з виходом підсилювача. На Фіг.1зображена блок-схема пристрою для вимірювання швидкості ультразвуку, на Фіг.2 - часові діаграми роботи пристрою, на Фіг.3 - часові діаграми зменшення похибки вимірювання за рахунок зменшення фази між сигналами. Пристрій для вимірювання швидкості ультразвуку містить генератор синхронізуючих імпульсів 1, схему I1 2, генератор зондуючих імпульсів 3, електронний ключ 4, схему керування 5, приймально-передаючий перетворювач 6, навантажений на вимірювальний зразок 7, підсилювач 8, схему помножувача частоти на 2pn 9, схему I2 10, селектор 11, лічильник 12, тригер 13, схему одиничного запуску 14, формувач імпульсів 15, де перший вихід генератора синхронізуючих імпульсів 1 з'єднаний з першим входом схеми І1 2, другий вихід з входом схеми керування 5, перший вихід якої з'єднаний з першим входом електронного ключа 4, другий вихід з другим входом схеми I1 2, вихід якої з'єднаний з входом генератора зондуючих імпульсів 3, перший вихід якого з'єднаний з приймальнопередаючим перетворювачем 6 навантаженим на вимірювальний зразок 7 і паралельно з'єднаний з другим входом електронного ключа 4, а другий вихід з'єднаний з третім входом електронного ключа 4 і через його вихід з входом підсилювача 8, вхід схеми помножувача частоти на 2pn 9 з'єднаний з третім виходом схеми керування 5, а перший вихід з'єднаний першим входом схеми I2 10, а другий вихід з першим входом селектора 11, другий вхід якого з'єднаний з першим виходом схеми одиничного запуску 14, а вихід з'єднаний з першим входом лічильника 12, другий вхід якого з'єднаний з другим виходом схеми I2 10, третій вхід з'єднаний з другим виходом схеми одиничного запуску 14, вхід якої з'єднаний з виходом тригера 13, перший вхід якого з'єднаний з першим виходом генератора синхронізуючих імпульсів 1, другий вхід якого з'єднаний з третім входом схеми I2 10 і паралельно з виходом формувача імпульсів 15, вхід якого з'єднаний з виходом підсилювача 8. Введення в пристрій схеми помножувача частоти на 2pn, схеми I2, селектора, лічильника, тригера, схеми одиничного запуску, формувача імпульсів при вимірюванні інтервалу часу частота 5 генератора синхронізуючих імпульсів множиться на 2pn, що дасть можливість зменшити похибку дискретності, а також вимірювання фази між від'ємною півхвилею донного сигналу і сигналом генератора синхронізуючих імпульсів, частота якого підвищена на 2pn, зменшить похибку за рахунок зменшення фази між цими двома сигналами. Пристрій для вимірювання швидкості ультразвуку працює наступним чином. При подачі живлення генератор синхронізуючих імпульсів 1 видає сигнали синусоїдальної форми в вигляді безперервних коливань 16, які поступають на схему керування 5, де в момент переходу синусоїди через нульовий рівень (наприклад із додатних у від'ємні) формуються прямокутні імпульси 17, перший імпульс через схему І1 2 поступає на генератор зондуючих імпульсів 3, формується з певною тривалістю і амплітудою 18 для збудження п'єзоелектричного перетворювача 6 і одночасно встановлення тригера 13 в одиничне положення, що дає початок відліку вимірювального часу. При цьому початок відліку вимірювального часу завжди співпадає з переднім фронтом зондуючого імпульсу. Ультразвукові коливання пройшовши через товщину зразка 7 поступають знову в вигляді донних імпульсів на п'єзоелектричний перетворювач 6 і через електронний ключ 4 поступають на підсилювач 8, де підсилюються до певної величини 19. Схема керування 5 управляє схемою І1 при подачі наступного імпульсу для збудження генератора зондуючих імпульсів в ті моменти, коли багатократні донні імпульси 19, які поступають на п'єзоперетворювач згаснуть. Одночасно зі збудженням генератора зондуючих імпульсів 3 включається тригер 13 в одиничне положення переднім фронтом 17 при переході сигналу через нульову вісь із додатного в від'ємне положення і синхронізуючі імпульси через помножувач частоти на 2pn 9 і схему I2 10, поступають на лічильник 12, тобто починається відлік вимірювального інтервалу часу 20, який триває до моменту приходу імпульсу з формувача імпульсів. Схема I2 10 відкрита при відсутності імпульсу з формувача імпульсів 15, який формуються з отриманого донного сигналу 19 з виходу підсилювача 8 і імпульси з генератора синхронізуючих імпульсів 1 через помножувач на 2pn 9 і схему I2 10 поступають на лічильник 12. В момент приходу імпульсу від формувача імпульсів 15, який формується із донного сигналу 19, схема I2 закривається і не пропускає більше лічильних імпульсів на лічильник 12 і одночасно формує задній фронт імпульсу відліку часу поширення ультразвуку 20 шляхом виключенням тригера 13, яким керує донний сигнал 19 від'ємною півхвилею, так 86910 6 як додатна півхвиля має відмінну форму від синусоїдальної. Початок вимірювального інтервалу T X завжди буде співпадати з початком зондуючого імпульсу 18, а задній фронт може співпадати або не співпадати з сигналом який заповнює вимірювальний інтервал T X . В момент включення тригера 13, включається на один період селектор 11 через схему одиничного запуску 14. При співпаданні фронтів двох сигналів з генератора синхронізуючих імпульсів 1 і донного 19 селектор 11 не включається і на лічильник 12 більше імпульсів не поступає. У випадку неспівпадання цих сигналів U1 і U2 21 (Фіг.3) відкривається селектор 11 на час Т1: 2p × j, T1 = 360 × w x (1) де wx - кругова частота, j - фаза. Миттєві значення напруг U1 і U2 визначаються як: U1 = Um1cos(w×t), U2 = Um2cos(w×t - j), (2) де Um1, Um2 - амплітудні значення напруг. На протязі інтервалу T 1 лічильник фіксує N імпульсів, які слідують з періодом T0: 2p T0 = 360 × w x (3) Із малюнку 21 видно, що T1 = N×T0 + Dtk, (4) де Dtk - час, який менший періоду T 0 при неспівпаданні задніх фронтів сигналу. Підставимо значення T 1 із (4) в (1), отримаємо: 360 × w x j = N× Dt k = N - 360 × fx × Dt k . 2p (5) Отже покази лічильника 12 зміняться і будуть пропорційні фазі j. Напруга U2 може мати довільну фазу j по відношенню до U1, але враховуючи, що похибка розподіляється за рівномірним законом в межах 0

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Device for measurement of velocity of ultrasound

Автори англійською

Liutak Ihor Zinoviiovych

Назва патенту російською

Устройство для измерения скорости ультразвука

Автори російською

Лютак Игорь Зиновьевич

МПК / Мітки

МПК: G01H 5/00

Мітки: швидкості, вимірювання, ультразвуку, пристрій

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/4-86910-pristrijj-dlya-vimiryuvannya-shvidkosti-ultrazvuku.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Пристрій для вимірювання швидкості ультразвуку</a>

Подібні патенти