SU1205007A1 - Apparatus for measuring propagation rate and absorption ratio of ultrasound - Google Patents

Description

1 one

Изобретение относитс  к оолаоти ультразвуковых измерений и может быть использовано в 5симической про- мьппленности, в научно-исследователь- ск их и заводских лаборатори х дл  анализа свойств и состава растворов по их акустическим параметрам.The invention relates to ultrasound measurement ooliths and can be used in 5-minute measurement, in their research and factory laboratories for analyzing the properties and composition of solutions by their acoustic parameters.

Цель изобретени  - повЕЛпение точности измерени  и расширение диапазона частот.The purpose of the invention is the measurement accuracy and the expansion of the frequency range.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.The drawing shows a diagram of the proposed device.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1, излучающий электроакустический преобразователь 2, установленный в измерительной камере 3 с приемньм электроакустическим преобразователем 4, соединенным через последовательно соединенные первый смеситель 5, первый усилитель-ограничитель 6 с первым входом фазового детектора 7, выход которого подключен к управл ющим входам генератора и дополнительного генератора 8, выход которого подключен к второму входу первого смесител  5 и через второй смеситель 9 к второму усилителю-ограничителю 10 Устройство содержит частотно-фазо- вь1й детектор 11 , включенный между выходами второго усилител -ограничител  10 и генератора 12 сигналов с эталонным сдвигом фаз и вторым входом дополнительного генератора 8. Устройство содержит частотомер 13 и измеритель 14 девиации частоты, подключенные к выходу генератора 1 и к второму входу второго смесител  9 Выходы генератора 12 сигналов с эталонным сдвигом фаз подключены через коммутатор 15 к второму входу фазового детектора 7, Формирователь 16 меандра включен между управл ющим входом коммутатора 15 и выходом генератора 12, св занным с входом частот но фазового детектора 11.The device contains a series-connected generator 1, an emitting electro-acoustic transducer 2 installed in the measuring chamber 3 with a receiving electro-acoustic transducer 4 connected via a serially connected first mixer 5, the first amplifier-limiter 6 to the first input of the phase detector 7, the output of which is connected to control inputs generator and additional generator 8, the output of which is connected to the second input of the first mixer 5 and through the second mixer 9 to the second amplifier-o The device contains a frequency-phase detector 11 connected between the outputs of the second limiting amplifier 10 and the signal generator 12 with a reference phase shift and the second input of the additional generator 8. The device contains a frequency meter 13 and a meter 14 of the frequency deviation connected to the output of the generator 1 and to the second input of the second mixer 9 The outputs of the signal generator 12 with the reference phase shift are connected via switch 15 to the second input of the phase detector 7, the meander Shaper 16 is connected between the control input comm The generator 15 and the output of the generator 12 are connected to the frequency input of the phase detector 11.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Напр жение генератора 1 возбуждает преобразователь 2, который излучает ультразвуковые волны, распро- стран юшдес  в исследуемой среде, заполн ющей измерительную камеру 3. Ультразвуковые волны воздействуют на приемный электроакустический преобразователь 4, на выходе которого образуютс  электрические колебани j поступающие на, сигнальный вход сме05007The voltage of the generator 1 excites the transducer 2, which emits ultrasonic waves that propagate in the test medium filling the measuring chamber 3. The ultrasonic waves act on the receiving electroacoustic transducer 4, the output of which produces electrical oscillations j arriving at the signal input of the mixed 05007

сител  5, на опорный вход которого поступает синусоидальный сигнал с выхода генератора 8; С вых-ода смесител  5 снимаетс  сигнал низкой 5 , разностной частоты амплитуда и фаза которого относительно сигнала на выходе смесител  9 промодулирова- ны из-за свойств раствора, помещенного в измерительную камеру 3. Нап- ИО р жение с фазового детектора 7 посту- па ет на управл ющие входы генераторов 1 и 8 в качестве сигнала отрицательной обратной св зи в системе фазовой автоматической подстройки 5 частоты.the detector 5, to the reference input of which a sinusoidal signal is output from the generator 8; The low 5 signal is removed from the output of the mixer 5, the difference frequency amplitude and phase of which are relative to the signal at the output of the mixer 9 are modulated due to the properties of the solution placed in the measuring chamber 3. It is removed from the phase detector 7 It is connected to the control inputs of oscillators 1 and 8 as a negative feedback signal in the system of phase-locked 5 frequency control.

Ввиду того, что регулировочные характеристики генераторов 1 и 8 прибDue to the fact that the adjustment characteristics of the generators 1 and 8 appr

лизительно одинаковы, а .на их управл ющие входы поступает один и тот же управл ющий сигнал, частота стабильна и не зависит от управл ющего сигнала. Кроме того, стабильность частоты повьшена за счетthe same control signal is fed to their control inputs, the frequency is stable and does not depend on the control signal. In addition, frequency stability has been increased by

цепи автоматической подстройки частоты и фазы Тц , включающей частотно- фазовый детектор 11, смеситель 9, усилитель-ограничитель 10 и генератор 12 сигналов с эталонным сдвигом фаз. Стабилизаци  F обеспечивает свою независимость от частоты генератора 1, что устран ет частотные искажени , обусловливает узкополосную фильтрацию шумов в цеп х усилени  и фазового детектировани .automatic frequency and phase control circuits of the TC, which includes a frequency-phase detector 11, a mixer 9, an amplifier-limiter 10 and a generator of 12 signals with a reference phase shift. Stabilization F ensures its independence from the frequency of the oscillator 1, which eliminates frequency distortion, causing narrowband filtering of noise in the amplification and phase detection circuits.

При поступлении сигнала с одного из выходов генератора 12 опорной фазы Ц на второй вход фазового детектора 7 система настраиваетс  на точку характеристики, в которой разность фаз равна k « Это достигаетс  предварительной настройкой фазового детектора 7, При поступлении сигнала смещенной фазы с выхода формировател  16 меандра наWhen a signal arrives from one of the outputs of the generator 12 of the reference phase C to the second input of the phase detector 7, the system adjusts to a characteristic point where the phase difference is equal to k "This is achieved by presetting the phase detector 7

второй вход фазового детектора 7 сигналы опорной и смещенной фаз вы- зьшают тем самым модул цию разности фаз 2. соответствующую ей девиацию частоты 6lh которую измер етThe second input of the phase detector 7, the signals of the reference and shifted phases, thereby modulates the phase difference 2. The corresponding frequency deviation 6lh which measures

измеритель 14 девиации частоты. Частотомер 13 измер ет при этом среднее значение частоты.meter 14 frequency deviation. The frequency meter 13 measures the average value of the frequency.

Скорость ультразвука tl определ етс  по среднему значению частотыThe ultrasound velocity tl is determined by the mean value of the frequency.

п-го резонанса f из соотношени nth resonance f from the ratio

иand

н-- еnot

где n - нрмер резонанса;where n - nrmer resonance;

€ рассто ние между электроакус тическими преобразовател ми, которое посто нно. Номер n определ ют из соотношени € distance between electro-ac converters, which is constant. The number n is determined from the ratio

nfn-f - ,.nfn-f -,.

Величину частоты у,-т определ ют с помощью инвертировани  сигнала в. одном из усилителей-ограничителей 6 или 10.The magnitude of the frequency y, -t is determined by inverting the signal in. one of the limiting amplifiers 6 or 10.

Коэффициент поглощени  йС св зан с величиной девиации частоты SfK соотношениемThe absorption coefficient σC is related to the magnitude of the frequency deviation SfK by the ratio

SfSf

4four

eLJleLJl

ITIT

V6,V6,

где Л - длина волны;where L is the wavelength;

& посто нна , котора  характе ризует потери энергии, нео- буслонленные поглощением ультразвука в исследуемой жидкости.& is a constant that characterizes the energy loss neosuslonennye absorption of ultrasound in the test liquid.

Использование предлагаемого устройства в сравнении с известными обеспечивает значительное расширение диапазона рабочих частот и более чем в 80 раз повьшение точности из- мерени  скорости распространени  и коэффициента поглощени  ультразвука.The use of the proposed device in comparison with the known ones provides a significant expansion of the range of operating frequencies and more than 80 times higher accuracy in measuring the speed of propagation and absorption coefficient of ultrasound.

Редактор С. ЛисинаEditor S. Lisin

Заказ 8520/44 Тираж 896 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРOrder 8520/44 Circulation 896 Subscription VNIIPI USSR State Committee

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектна , 4Branch PPP Patent, Uzhgorod, st. Project, 4

Составитель Л. Кондрыкинска Compiled by L. Kondrykinsk

Техред А.Бойко Корректор Т. КолбTehred A. Boyko Proofreader T. Kolb

Claims (1)

(57 Устройство для измерения скорости РАСПРОСТРАНЕНИЯ И КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКА, содержащее измерительную камеру, генератор, подключенные к его выходу излучающий электроакустический преобразователь, частотомер и измеритель девиации частоты, приемный электроакустический преобразователь и фазовый детектор, выход которого подключен к управляющему входу генератора, отличающееся тем, что, с цеЛью повышения точности измерений и расширения частотного диапазона, оно снабжено последовательно соединенными дополнительным генератором, первым смесителем, второй вход которого подключ.ен к выходу генератора, первым усилителем-ограничителем и частотно-фазовым детектором, выход которого подключен к первому входу дополнительного генератора, связанного вторым входом с выходом фазового детектора, последовательно соединенными вторым смесителем, первый вход которого связан с приемным ‘ электроакустическим преобразователем, а второй вход - с выходом дополнительного генератора, и вторым усилителем-ограничителем, выход которо- § го подключен к первому входу фазового детектора, и последовательно соединенными генератором сигналов с эталонным сдвигом фаз и коммутатором, выход которого связан с вторым входом фазового детектора, формирователем меандра, соединенным с управляющим входом' коммутатора, а вторые входы коммутатора и частотно-фазового детектора и вход формирователя меандра связаны с вторым выходом генератора сигналов с эталонным сдвигом фаз.(57 Device for measuring the velocity of the SPREAD and the absorption coefficient of ULTRASOUND, containing a measuring chamber, a generator, an emitting electro-acoustic transducer, a frequency meter and a frequency deviation meter, a receiving electro-acoustic transducer and a phase detector, the output of which is connected to the control input of the generator, characterized in that that, with the aim of improving the accuracy of measurements and expanding the frequency range, it is equipped with additional series oror, the first mixer, the second input of which is connected to the output of the generator, the first limiter amplifier and a frequency-phase detector, the output of which is connected to the first input of the additional generator, connected by the second input to the output of the phase detector, connected in series with the second mixer, the first input of which connected to the receiving 'electro-acoustic transducer, and the second input - to the output of the additional generator, and a second limiting amplifier, the output of which is connected to the first input of the phase detector ctor, and in series connected by a signal generator with a reference phase shift and a switch, the output of which is connected to the second input of the phase detector, a meander driver connected to the control input of the switch, and the second inputs of the switch and the frequency-phase detector and the input of the meander driver are connected to the second output signal generator with a reference phase shift.