RU2152596C1 - Enhanced-accuracy meter of sonic speed - Google Patents

Abstract

FIELD: checking of sound propagation speed in liquid media. SUBSTANCE: meter has counter-type divider, pulse distributor, exciting pulse generator, pulse clipper, comparator, primary electroacoustic transducer with reflector, duration discriminator, switching element, frequency-controlled generator, pulse former and recorder. Introduction of frequency detector and univibrator of controlled duration provides for enhanced measurement accuracy by reduction of frequency pulsation of output signal and for obtaining high speed of response through stepped variation of duration of correcting-action pulse to maximum value under condition of tracking of sonic speed value and to minimum value in steady-state mode of operation. EFFECT: higher accuracy of measurement. 4 dwg

Description

Изобретение относится к технике акустического контроля и может быть использовано для контроля скорости распространения акустических колебаний (звука) в жидких средах. The invention relates to techniques for acoustic control and can be used to control the propagation speed of acoustic vibrations (sound) in liquid media.

Известен измеритель скорости звука в жидкости, содержащий последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, излучающий преобразователь, селектор, второй вход которого соединен с выходом генератора зондирующих импульсов, усилитель и интегратор, управляемый генератор, входом соединенный с выходом интегратора, делитель частоты, входом подключенный к выходу управляемого генератора, регистратор, входом соединенный с выходом управляемого генератора, последовательно соединенные первый триггер, первый вход которого соединен с выходом усилителя, второй триггер и коммутатор, второй вход которого соединен с выходом первого триггера, а выход - с входом интегратора, распределитель импульсов, первый вход которого подключен к выходу делителя частоты, первый выход - к второму входу первого триггера, второй выход - к второму входу второго триггера, а третий - к входу генератора зондирующих импульсов (а.с. СССР, N 954873, G 01 N 29/02). A known sound velocity meter in a liquid, comprising a sounding pulse generator in series, an emitting transducer, a selector, the second input of which is connected to the output of the sounding pulse generator, an amplifier and integrator, a controlled generator, an input connected to the integrator output, a frequency divider connected to the controlled output generator, recorder, input connected to the output of the controlled generator, connected in series to the first trigger, the first input of which is connected to the output of the amplifier, the second trigger and switch, the second input of which is connected to the output of the first trigger, and the output is to the input of the integrator, a pulse distributor, the first input of which is connected to the output of the frequency divider, the first output to the second input of the first trigger, the second output to the second the input of the second trigger, and the third to the input of the probe pulse generator (AS USSR, N 954873, G 01 N 29/02).

Недостатками такого измерителя являются невысокая точность измерения, вызванная неинформативной задержкой приемного сигнала в функциональных блоках (селектор, усилитель, первый триггер), сложность конструкции первичного акустического преобразователя и низкое быстродействие. The disadvantages of this meter are the low accuracy of the measurement caused by the uninformative delay of the receiving signal in the functional blocks (selector, amplifier, first trigger), the complexity of the design of the primary acoustic transducer and low speed.

Известен измеритель скорости звука в жидкостях, содержащий последовательно соединенные генератор возбуждающих импульсов, приемо-передающий акустический преобразователь, ограничитель импульсов, компаратор, RS-триггер, D-триггер, коммутатор, интегратор, управляемый генератор, формирователь, делитель частоты и распределитель импульсов, первым выходом подключенный к входу генератора возбуждающих импульсов и стробирующему входу компаратора, выход RS-триггера, соединенный с D-входом D-триггера и со вторым входом коммутатора, C-вход D-триггера подключен к R-входу RS-триггера, а также регистратор, входом подключенный к выходу управляемого генератора (Исмайлов Т.К., Измайлов А. М. , Гуревич В.М. Частотно-временной гидрологический измеритель скорости. Океанолигия, т.X II, N 5, 1982, с. 839-843). Known meter of sound velocity in liquids, containing a series-connected generator of exciting pulses, a transceiver acoustic transducer, pulse limiter, comparator, RS-trigger, D-trigger, switch, integrator, controlled generator, driver, frequency divider and pulse distributor, the first output connected to the input of the exciting pulse generator and the gate input of the comparator, the output of the RS-flip-flop connected to the D-input of the D-flip-flop and to the second input of the switch, the C-input of the D-flip-flop connected to the R-input of the RS-flip-flop, as well as a recorder connected to the output of a controlled generator (Ismayilov T.K., Izmaylov A.M., Gurevich V.M.Frequency-time hydrological speed meter. Oceanology, vol. X II N 5, 1982, pp. 839-843).

В таком измерителе упрощена конструкция первичного акустического преобразователя, однако не достигнуто повышение точности за счет уменьшения неинформативной задержки и снижения быстродействия. In such a meter, the design of the primary acoustic transducer is simplified, however, an increase in accuracy has not been achieved by reducing uninformative delay and reducing performance.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения скорости звука (а. с. СССР, N 1536214, G 01 H 5/00), содержащее последовательно электроакустически соединенные генератор возбуждающих импульсов, акустический преобразователь с отражателем, ограничитель импульсов и компаратор, дискриминатор длительности, последовательно соединенные ключевой элемент, формирователь импульсов, счетчиковый делитель и распределитель импульсов, первый выход которого соединен с входом генератора возбуждающих импульсов, второй выход распределителя импульсов соединен с первым входом дискриминатора длительности, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам ключевого элемента, выход компаратара соединен с вторым входом дискриминатора длительности, а третий выход распределителя импульса подключен к третьему входу ключевого элемента. Closest to the proposed device in technical essence and the achieved result is a device for measuring the speed of sound (a.s. USSR, N 1536214, G 01 H 5/00), containing sequentially electro-acoustic connected generator of exciting pulses, an acoustic transducer with a reflector, a pulse limiter and a comparator, a duration discriminator, a key element, a pulse shaper, a counter divider and a pulse distributor, the first output of which is connected to the gene input, in series excitation pulse generator, the second output of the pulse distributor is connected to the first input of the duration discriminator, the first and second outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the key element, the output of the comparator is connected to the second input of the discriminator of duration, and the third output of the pulse distributor is connected to the third input of the key element .

Принцип работы такого измерителя, как и измерителей, описанных выше, заключается в уравновешивании временного интервала зондирования (интервал, отсчитываемый от момента формирования генератором возбуждающих импульсов короткого импульса ударного возбуждения, воздействующего на активный элемент - пьезоэлемент акустического преобразователя, до момента формирования приемного сигнала - сигнала, отраженного от отражателя акустического преобразователя с длительностью импульса на выходе распределителя - периодом импульсов, действующих на выходе счетчикового делителя. Сравнение временных интервалов осуществляется D-триггером - дискриминатором длительности, осуществляющим сравнение временных расположений переднего фронта приемного сигнала с обратным фронтом периода импульсов (по переднему фронту периода производится запуск генератора возбуждающих импульсов). Дискриминатор в зависимости от временного расположения фронтов формирует на прямом выходе сигнал "1" (если передний фронт приемного сигнала опережает обратный фронт периода) или сигнал "0" (в обратном случае). Выходной сигнал дискриминатора возникает на выходе ключевого элемента только при воздействии на его вход V управления (вход чтения) импульса корректирующего воздействия с длительностью, равной периоду импульсов на выходе счетчикового делителя. Сигнал "1" с выхода ключевого элемента вызывает повышение, а сигнал "0" - понижение напряжения на выходе интегратора, являющегося управляющим для управляемого генератора. При этом повышение напряжения приводит к повышению частоты колебаний генератора, а понижение - к уменьшению частоты. В установившемся режиме работы измерителя среднее значение периода импульсов на выходе делителя стремится к значению интервала зондирования, а частота f колебаний управляемого генератора будет пропорциональна скорости C звука, т.е. The principle of operation of such a meter, as well as the meters described above, is to balance the time interval of sounding (the interval counted from the moment the generator generates exciting pulses of the short pulse of the excitation acting on the active element - the piezoelectric element of the acoustic transducer, until the formation of the receiving signal - signal, reflected from the reflector of the acoustic transducer with a pulse duration at the output of the distributor - the period of pulses acting on counter interval divider Comparison of time intervals is carried out by a D-trigger - a discriminator of duration, which compares the temporal positions of the leading edge of the receiving signal with the opposite front of the pulse period (the generator of exciting pulses is launched on the leading edge of the period). output signal "1" (if the leading edge of the receiving signal is ahead of the reverse edge of the period) or signal "0" (otherwise). The discriminator output signal arises at the output of a key element only when a V control (read input) pulse of corrective action is applied to its input with a duration equal to the pulse period at the output of the counter divider. The signal "1" from the output of the key element causes an increase, and the signal "0" - a decrease in voltage at the output of the integrator, which is the control for the controlled generator. In this case, an increase in voltage leads to an increase in the oscillation frequency of the generator, and a decrease to a decrease in frequency. In the steady state mode of operation of the meter, the average value of the period of pulses at the output of the divider tends to the value of the sounding interval, and the frequency f of the oscillations of the controlled generator will be proportional to the speed C of sound, i.e.

f = K•C/L,
где К - коэффициент деления делителя;
L - базовое расстояние - расстояние от излучающей поверхности излучателя до отражающей поверхности отражателя и обратно.f = K • C / L,
where K is the division ratio of the divider;
L - base distance - the distance from the radiating surface of the emitter to the reflecting surface of the reflector and vice versa.

В таком измерителе дальнейшее повышение точности достигнуто путем уменьшения неинформативной временной задержки исключением ряда функциональных блоков. Однако дальнейшее повышение точности сдерживается наличием пульсационной составляющей погрешности. Эта погрешность вызывается тем, что в установившемся режиме работы измерителя имеет место чередование положительных и отрицательных приращений напряжения на выходе интегратора, которое приводит к увеличению и уменьшению частоты колебаний управляемого генератора. In such a meter, a further increase in accuracy is achieved by reducing the non-informative time delay by eliminating a number of functional blocks. However, a further increase in accuracy is constrained by the presence of the pulsation component of the error. This error is caused by the fact that in the steady state mode of operation of the meter there is an alternation of positive and negative voltage increments at the output of the integrator, which leads to an increase and decrease in the oscillation frequency of the controlled generator.

Снижение пульсации частоты управляемого генератора может быть достигнуто уменьшением длительности импульса корректирующего воздействия, поступающего на вход V ключевого элемента, или повышением постоянной времени интегратора. Однако эти мероприятия приводят к снижению быстродействия измерения. Поэтому на практике стремятся к компромиссу между постоянной времени измерителя и пульсационной составляющей погрешности измерителя. Это, однако, не позволяет одновременно улучшить метрологические и динамические показатели измерителя. Такой измеритель также имеет низкое быстродействие. The reduction of the frequency pulsation of the controlled generator can be achieved by reducing the duration of the pulse of the corrective action supplied to the input V of the key element, or by increasing the time constant of the integrator. However, these measures lead to a decrease in measurement performance. Therefore, in practice, they seek a compromise between the time constant of the meter and the pulsation component of the error of the meter. This, however, does not simultaneously improve the metrological and dynamic performance of the meter. Such a meter also has a low speed.

Задача предлагаемого изобретения - повышение точности измерения путем снижения пульсационной состовлящей погрешности и достижение высокого быстродействия посредством ступенчатого изменения длительности импульса корректирующего воздействия до максимального значения в режиме отслеживания значения скорости звука и до минимального значения - в установившемся режиме работы. The objective of the invention is to increase the measurement accuracy by reducing the ripple component error and achieve high performance by stepwise changing the pulse width of the corrective action to the maximum value in the tracking mode of the speed of sound and to the minimum value in the steady state mode.

Поставленная задача достигается тем, что в измеритель скорости звука, содержащий последовательно соединенные интегратор, управляемый генератор, формирователь импульсов, счетчиковый делитель и регистратор, входом подключенные к выходу формирователя импульсов, распределитель импульсов, последовательно соединенные генератор возбуждающих импульсов, входом соединенный с первым выходом распределителя, электроакустический преобразователь с отражателем и ограничитель импульсов, входом соединенный с выходом генератора возбуждающих импульсов, компаратор, первым входом соединенный с выходом ограничителя, а вторым - с первым выходом распределителя, дискриминатор длительности, первый вход которого соединен с вторым выходом распределителя импульсов, а второй - с выходом компаратора, ключевой элемент, первый и второй входы которого соответственно соединены с первым и вторым выходами дискриминатора длительности, а выход - с входом интегратора, согласно изобретению дополнительно введены частотный детектор, вход которого соединен с вторым выходом дискриминатора длительности, и одновибратор регулируемой длительности, первый вход которого соединен с выходом частотного детектора, второй - с выходом компаратора, а выход соединен с третьим входом ключевого элемента. This object is achieved by the fact that in the sound velocity meter, containing a series-connected integrator, a controlled generator, a pulse shaper, a counter divider and a recorder, connected to the output of a pulse shaper, a pulse distributor, a series-connected generator of exciting pulses, an input connected to the first output of the distributor, electro-acoustic transducer with a reflector and a pulse limiter, connected to the output of the generator of exciting impulses by an input LSC, a comparator, the first input connected to the output of the limiter, and the second to the first output of the distributor, a discriminator of duration, the first input of which is connected to the second output of the pulse distributor, and the second to the output of the comparator, a key element, the first and second inputs of which are respectively connected to the first and second outputs of the duration discriminator, and the output with the input of the integrator, according to the invention, a frequency detector is additionally introduced, the input of which is connected to the second output of the duration discriminator, and a one-shot of adjustable duration, the first input of which is connected to the output of the frequency detector, the second to the output of the comparator, and the output is connected to the third input of the key element.

Совокупность существенных признаков отличительной части формулы предлагаемого изобретения, позволяющая одновременно повысить точность измерения за счет снижения пульсационной составляющей и быстродействие путем ступенчатого изменения длительности импульса корректирующего воздействия до максимального значения в режиме отслеживания значения скорости звука и до минимального значения в установившемся режиме, в уровне техники не обнаружена, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого измерителя скорости звука критерию "существенные отличия". The set of essential features of the distinctive part of the formula of the invention, which simultaneously allows to increase the measurement accuracy by reducing the pulsation component and speed by stepwise changing the pulse width of the corrective action to the maximum value in the tracking mode of the speed of sound and to the minimum value in the steady state, was not found in the prior art , which allows us to conclude that the proposed sound velocity meter criteria "Substantial differences".

Дальнейшее подробное описание ведется в соответствии с чертежами, на которых: на фиг. 1 изображена блок-схема заявляемого измерителя; на фиг. 2 - блок-схема частотного детектора; на фиг. 3 - блок-схема одновибратора регулируемой длительности; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу измерителя. A further detailed description is made in accordance with the drawings, in which: in FIG. 1 shows a block diagram of the inventive meter; in FIG. 2 is a block diagram of a frequency detector; in FIG. 3 is a block diagram of a single vibrator of adjustable duration; in FIG. 4 - time diagrams explaining the operation of the meter.

Измеритель скорости звука содержит интегратор 1, управляемый по частоте генератор 2, формирователь 3 импульсов, счетчиковый делитель 4, регистратор 5, распределитель 6 импульсов, генератор 7 возбуждающих импульсов, первичный электроакустический преобразователь 8 с отражателем 9, ограничитель 10 импульсов, компаратор 11, дискриминатор 12 длительности, ключевой элемент 13, частотный детектор 14 и одновибратор 15 регулируемой длительности. The sound velocity meter comprises an integrator 1, a frequency-controlled generator 2, a pulse shaper 3, a counter divider 4, a recorder 5, a pulse distributor 6, an exciting pulse generator 7, a primary electro-acoustic transducer 8 with a reflector 9, a pulse limiter 10, a comparator 11, a discriminator 12 duration, a key element 13, a frequency detector 14 and a one-shot 15 adjustable duration.

Частотный детектор 14 (фиг. 2) включает управляемый ключ 16, ограничительный резистор 17, дозирующий конденсатор 18, диод 19 цепи заряда конденсатора 18, сопротивление 20, сглаживающий конденсатор 21, компаратор 22. The frequency detector 14 (Fig. 2) includes a controlled key 16, a limiting resistor 17, a metering capacitor 18, a diode 19 of the charge circuit of the capacitor 18, a resistance 20, a smoothing capacitor 21, a comparator 22.

Одновибратор 15 (фиг. 3) включает триггер 23, первое времязадающее сопротивление 24, управляемый ключ 25, второе времязадающее сопротивление 26, времязадающий конденсатор 27. The one-shot 15 (Fig. 3) includes a trigger 23, a first timing resistor 24, a controlled key 25, a second timing resistor 26, a timing capacitor 27.

Электрические схемы генератора 7, ограничителя 10, компараторов 11 и 22, интегратора 1, управляемого генератора 2 и формирователя 3 приведены в книге Киясбейли А. Ш. , Измайлова А.М., Гуревича В.М. Частотно-временные ультразвуковые расходомеры и счетчики. -М.: Машиностроение, 1984, с. 75-88. Счетчиковый делитель 4 - микросхема (м/с)- 564ИЕ14, распределитель 6 - м/с-564ИЕ9, дискриминатор 12 и триггер 23- м/с-564ТМ2, ключевой элемент 13- м/с-564ТР2, управляемые ключи 16 и 25 - м/с-564КТЗ. Регистратор 5 - частотомер 43- 34. Конструкция электроакустического преобразователя 8 с отражателем 9 подробна описана, например, в "Частотно-временной гидрологический измеритель скорости звука" Исмаилов Т. К. , Измайлов А. М., Гуревич В.М. "Океанология", N 5, 1982, с. 839-843. The electrical circuits of the generator 7, the limiter 10, the comparators 11 and 22, the integrator 1, the controlled generator 2 and the shaper 3 are given in the book by A. Sh. Kiyasbeyli, AM Izmailov, VM Gurevich Time-frequency ultrasonic flow meters and counters. -M .: Engineering, 1984, p. 75-88. Counter divider 4 - microcircuit (m / s) - 564IE14, distributor 6 - m / s-564IE9, discriminator 12 and trigger 23- m / s-564ТМ2, key element 13-m / s-564ТР2, controlled keys 16 and 25 - m / s-564KTZ. The recorder 5 is a frequency meter 43-34. The design of the electro-acoustic transducer 8 with a reflector 9 is described in detail, for example, in the “Time-frequency hydrological sound velocity meter” Ismailov TK, Izmailov AM, Gurevich VM "Oceanology", N 5, 1982, p. 839-843.

Измеритель работает следующим образом. The meter works as follows.

Выходные импульсы управляемого по частоте генератора 2 нормализуются формирователем 3 и через делитель 4 с коэффициентом деления K в виде прямоугольных импульсов 28 (фиг. 4) поступают на счетный вход C распределителя 6. Формы импульсов на выходах 1, 2 распределителя 6 приведены на диаграммах 29, 30 (фиг.4). The output pulses of the frequency-controlled generator 2 are normalized by the shaper 3 and through the divider 4 with the division coefficient K in the form of rectangular pulses 28 (Fig. 4) are fed to the counting input C of the distributor 6. The pulse shapes at the outputs 1, 2 of the distributor 6 are shown in diagrams 29, 30 (Fig. 4).

По переднему фронту импульса 29 (фиг. 4) с первого выхода распределителя 6 производится запуск генератора 7, формирующего короткий импульс 31A (фиг. 4) ударного возбуждения, воздействующий на активный элемент первичного электроакустического преобразователя 8, преобразующего электрический импульс в акустический. Акустический импульс, пройдя контролируемую среду, отражается от отражателя 9 и, возвратившись к активному элементу преобразователя 8, преобразуется им в приемный электрический сигнал 31a (фиг. 4). Приемный сигнал через ограничитель 10 импульсов поступает на вход компаратора 11. Компаратор 11 осуществляет выделение, временную "привязку" и нормализацию приемного сигнала. На выходе компаратора 11 формируется нормализованный приемный сигнал 32 (фиг. 4). Импульс 31A (фиг. 4) ударного возбуждения не воспринимается компаратором 11, так как на его входе 2 (строб-входе) в этом время действует запретительный сигнал, поступающий с первого выхода распределителя 6. On the leading edge of the pulse 29 (Fig. 4) from the first output of the distributor 6, the generator 7 is launched, generating a short pulse 31A (Fig. 4) of shock excitation, acting on the active element of the primary electro-acoustic transducer 8, which converts the electric pulse into an acoustic one. An acoustic impulse, having passed the controlled medium, is reflected from the reflector 9 and, having returned to the active element of the transducer 8, is converted by it into a receiving electric signal 31a (Fig. 4). The receiving signal through the limiter 10 pulses is fed to the input of the comparator 11. The comparator 11 performs the selection, temporary "binding" and normalization of the receiving signal. At the output of the comparator 11, a normalized receiving signal 32 is generated (Fig. 4). The impulse 31A (Fig. 4) of the shock excitation is not perceived by the comparator 11, since at its time input 2 (gate-input) acts a prohibitive signal from the first output of the distributor 6.

Импульс с выхода компаратора 11 поступает одновременно на вход 2 дискриминатора 9 и на вход 2 одновибратора 15. The pulse from the output of the comparator 11 is supplied simultaneously to the input 2 of the discriminator 9 and to the input 2 of the one-shot 15.

Дискриминатор 12 анализирует временное расположение переднего фронта приемного сигнала 32 (фиг.4) относительно обратного фронта импульса 30 (фиг. 4) с выхода 2 распределителя 6, т.е. дискриминатор 12 осуществляет сравнение длительности интервала зондирования (временной интервал τ, отсчитываемый от момента запуска генератора 7 до момента формирования компаратором 11 приемного сигнала) с двойным значением периода 2T импульсов, действующих на выходе делителя 4. The discriminator 12 analyzes the temporal location of the leading edge of the receiving signal 32 (Fig. 4) relative to the trailing edge of the pulse 30 (Fig. 4) from the output 2 of the distributor 6, i.e. discriminator 12 compares the duration of the sensing interval (time interval τ, counted from the moment the generator 7 starts up until the receiving signal is generated by the comparator 11) with the double value of the period 2T of pulses acting at the output of the divider 4.

Если передний фронт приемного сигнала 32 (фиг. 4) опережает обратный фронт импульса 30 (фиг. 4) с выхода 2 распределителя 6, что имеет место при τ < 2T, то дискриминатор 12 остается в положении, при котором на его выходе 1 действует сигнал высокого логического уровня "1", а на выходе 2 - сигнал низкого логического уровня "0". В обратном случае, т.е. при τ > 2T, на выходе 1 будет действовать сигнал - "0", а на выходе 2 - сигнал "1". Сигналы "1" и "0" или "0" и "1" с выходов 1 и 2 дискриминатора 12 воздействуют на входы 1 и 2 ключевого элемента 13. If the leading edge of the receiving signal 32 (Fig. 4) is ahead of the reverse front of the pulse 30 (Fig. 4) from the output 2 of the distributor 6, which takes place at τ <2T, then the discriminator 12 remains in the position at which its signal 1 acts high logic level "1", and at the output 2 - signal low logic level "0". In the opposite case, i.e. at τ> 2T, at the output 1 the signal will act - "0", and at the output 2 - the signal "1". The signals "1" and "0" or "0" and "1" from the outputs 1 and 2 of the discriminator 12 act on the inputs 1 and 2 of the key element 13.

Одновибратор 15 (фиг. 3) при поступлении на его вход 2 импульса 33 (фиг. 4) с выхода компаратора 11 формирует на своем выходе прямоугольный импульс длительностью τ₀ ≅ 0,69•C27•R24, где C27 и R24 - значения времязадающих конденсатора 27 и резистора 24. Этот импульс, воздействуя на вход 3 ключевого элемента 10, вызывает на выходе последнего сигнал "1", если на его входе 1 действует сигнал "1", а на входе 2 - сигнал "0"; или сигнал "0", если на входе 1 действует сигнал "0", а на входе 2 - сигнал "1". В промежутке между импульсами одновибратора 15 выход ключевого элемента 13 переходит в высокоимпедансное состояние.A single vibrator 15 (Fig. 3), when pulse 2 is received at its input 2 (Fig. 4) from the output of the comparator 11, generates a rectangular pulse at its output with a duration of τ ₀ ≅ 0.69 • C27 • R24, where C27 and R24 are the values of the timing capacitor 27 and resistor 24. This pulse, acting on the input 3 of the key element 10, causes the output of the last signal "1" if at its input 1 acts the signal "1", and at the input 2 - the signal "0"; or signal “0”, if signal “0” acts at input 1 and signal “1” acts at input 2. In the interval between the pulses of the one-shot 15, the output of the key element 13 goes into a high impedance state.

Сигнал "1"("0") с выхода элемента 13 приводит к увеличению (уменьшению) напряжения на выходе интегратора 1, являющегося управляющим для генератора 2, что приводит к увеличению (уменьшению) частоты колебаний генератора 12. The signal "1" ("0") from the output of the element 13 leads to an increase (decrease) in the voltage at the output of the integrator 1, which is the control for the generator 2, which leads to an increase (decrease) in the oscillation frequency of the generator 12.

В установившемся режиме работы измерителя на выходах 1 и 2 дискриминатора 12 происходит чередование сигналов "1" и "0", на выходе ключевого элемента 13 - сигналов "1" и "0", на выходе интегратора 1 - приращений напряжения (положительных и отрицательных) и условий τ < 2T и τ > 2T. При этом следует отметить, что величина приращения напряжения на выходе интегратора 1 определяется постоянной времени последного и длительностью τ₀ импульса с выхода одновибратора 15 - импульса корректирующего воздействия.In the steady state mode of operation of the meter, outputs 1 and 2 of discriminator 12 alternate between signals "1" and "0", at the output of key element 13 - signals "1" and "0", and at the output of integrator 1 - voltage increments (positive and negative) and conditions τ <2T and τ> 2T. It should be noted that the magnitude of the voltage increment at the output of the integrator 1 is determined by the time constant of the last and the duration τ _{0 of the} pulse from the output of the one-shot 15 - the pulse of the corrective action.

Сигналы "1" и "0", образующиеся на выходе 2 (выходе 1) дискриминатора 12 в установившемся режиме, воздействуя на вход V управляемого ключа 16 (фиг. 2), вызывают соответственно замыкание и размыкание его коммутирующих выводов X. При разомкнутых выводах X ключа 16 дозирующий конденсатор 18 заряжается по цепи: плюс источника напряжения - резистор 17 - диод 19 - общая шина питания (┴) При замкнутых выводах X ключа 16 конденсатор 18 разряжается по цепи: замкнутые выводы X общая шина питания (┴) - резистор 20 (конденсатор 21). При этом на параллельно соединенных R20 и С21 выделяется постоянное напряжение, среднее значение которого пропорционально частоте входных сигналов, емкости конденсатора 18 и напряжению заряда последнего. Конденсатор 21 предназначен для сглаживания напряжения, выделяемого на резисторе R20 при разрядах конденсатора C18. Компаратор 22 нормализует это напряжение в логический сигнал "1". Этот сигнал, поступая на вход 1 одновибратора 15 (фиг. 3), вызывает замыкание выводов X управляемого ключа 25, подключающих параллельно к времязадающему резистору R24 резистор R26. Таким образом, в этом режиме работы одновибратора 15 имеет место уменьшение значения времязадающего резистора и, следовательно, уменьшение длительности формируемого импульса до значения

Таким образом, в установившемся режиме работы измерителя длительность τ импульса корректирующего воздействия, действующего на входе 3 ключевого элемента 13, уменьшается до значения

, и следовательно, уменьшается величина приращения (положительного и отрицательного) напряжения на входе интегратора 1.The signals "1" and "0" generated at the output 2 (output 1) of the discriminator 12 in the steady state, acting on the input V of the controlled key 16 (Fig. 2), respectively, cause the closing and opening of its switching terminals X. When the terminals X are open of the key 16, the metering capacitor 18 is charged along the circuit: plus the voltage source - resistor 17 - diode 19 - common power bus (┴) With the terminals X closed, the capacitor 18 is discharged along the circuit: closed terminals X common power bus (┴) - resistor 20 ( capacitor 21). In this case, a constant voltage is allocated to the parallel connected R20 and C21, the average value of which is proportional to the frequency of the input signals, the capacitor 18 and the charge voltage of the latter. The capacitor 21 is designed to smooth the voltage released on the resistor R20 during discharges of the capacitor C18. The comparator 22 normalizes this voltage to the logic signal "1". This signal, arriving at input 1 of the one-shot 15 (Fig. 3), causes a short circuit of the terminals X of the controlled key 25, which connects the resistor R26 in parallel to the timing resistor R24. Thus, in this mode of operation of the single-shot 15, there is a decrease in the value of the time-setting resistor and, therefore, a decrease in the duration of the generated pulse to a value

Thus, in the steady state mode of operation of the meter, the duration τ of the pulse of the corrective action acting at the input 3 of the key element 13 is reduced to the value

, and therefore, decreases the increment (positive and negative) of the voltage at the input of the integrator 1.

Уменьшение приращений напряжения на выходе интегратора 1 приводит к снижению приращений (положительных и отрицательных) частоты колебаний генератора 2. Это, в свою очередь, приводит к снижению пульсации частоты f импульсов, действующих на выходе формирователя 3 и, следовательно, к повышению точности измерения скорости C звука. A decrease in the voltage increments at the output of the integrator 1 leads to a decrease in the increments (positive and negative) of the oscillation frequency of the generator 2. This, in turn, leads to a decrease in the ripple of the frequency f of the pulses acting at the output of the shaper 3 and, therefore, to an increase in the accuracy of measuring the speed C sound.

Одновременно более высокое значение длительности τ₀ импульса корректирующего воздействия в режиме отслеживания скорости звука по сравнению с длительностью

в установившемся режиме работы позволяет повысить быстродействие измерителя без ухудшения точности и, таким образом, практически исключить имеющееся противоречивое требование между быстродействием и точностью.At the same time, a higher value of the duration τ _{0 of the} pulse of the corrective action in the mode of tracking the speed of sound compared with the duration

in the steady-state operating mode it allows to increase the meter’s speed without compromising accuracy and, thus, to practically eliminate the existing conflicting requirement between speed and accuracy.

Как показали исследования экспериментального образца измерителя скорости звука, построенного по предлагаемой схеме, точность измерения повышена до ±(1,6-2,0) см/с, пульсация-частоты f снижена до минимально возможного значения ±3 Гц (при времени измерения 0,1 с). Время измерения (при скачкообразном изменении скорости звука от 140500 до 155000 см/с) не превышает 0,6 с. (В прототипе это время составляет 1,0-1,2 с, при τ₀ ≅ 55 мкс и

4 мкс).As shown by studies of the experimental sample of the sound velocity meter, constructed according to the proposed scheme, the measurement accuracy is increased to ± (1.6-2.0) cm / s, the ripple-frequency f is reduced to the minimum possible value of ± 3 Hz (at a measurement time of 0, 1 s). The measurement time (with an abrupt change in the speed of sound from 140500 to 155000 cm / s) does not exceed 0.6 s. (In the prototype, this time is 1.0-1.2 s, at τ ₀ ≅ 55 μs and

4 μs).

Claims (1)

Измеритель скорости звука повышенной точности, содержащий последовательно соединенные интегратор, управляемый генератор, формирователь импульсов, счетчиковый делитель и регистратор, входом подключенный к выходу формирователя импульсов, распределитель импульсов, последовательно соединенные генератор возбуждающих импульсов, входом соединенный с первым выходом распределителя, электроакустический преобразователь с отражателем и ограничитель импульсов, входом соединенный с выходом генератора возбуждающих импульсов, компаратор, первым входом соединенный с выходом ограничителя импульсов, а вторым - с первым выходом распределителя, дискриминатор длительности, первый вход которого соединен с вторым выходом распределителя импульсов, а второй - с выходом компаратора, ключевой элемент, первый и второй входы которого соответственно соединены с первым и вторым выходами дискриминатора длительности, а выход - с входом интегратора, отличающийся тем, что в измеритель дополнительно введены частотный детектор, вход которого соединен с вторым выходом дискриминатора длительности, и одновибратор регулируемой длительности, первый вход которого соединен с выходом частотного детектора, второй вход - с выходом компаратора, а выход соединен с третьим входом ключевого элемента. An increased accuracy sound velocity meter, comprising a series-connected integrator, a controlled oscillator, a pulse shaper, a counter divider and a recorder connected to the output of a pulse shaper, a pulse distributor, a generator of exciting pulses connected in series, connected to the first output of the distributor, an electro-acoustic transducer with a reflector and pulse limiter, input connected to the output of the excitation pulse generator, comparator, trans the first input connected to the output of the pulse limiter, and the second to the first output of the distributor, a duration discriminator, the first input of which is connected to the second output of the pulse distributor, and the second to the output of the comparator, a key element, the first and second inputs of which are respectively connected to the first and second duration discriminator outputs, and the output with an integrator input, characterized in that a frequency detector is additionally introduced into the meter, the input of which is connected to the second duration discriminator output And variable duration monostable multivibrator having a first input connected to the output of the frequency detector, the second input - with the output of the comparator, and an output connected to a third input of the key element.

Images