SU654892A1 - Ultrasonic digital interferometer - Google Patents

Description

1one

Изобретение относию  к средствам неразрушающего ультразвукового контрол  и может быть использовано дл  измерени  акустических параметров веществ.The invention relates to non-destructive ultrasonic testing means and can be used to measure acoustic parameters of substances.

Известен ультразвуковой интерферометр дл  измерени  скорости ультразвука, содержащий генератор мен ющейс  частоты, камеру с приемно-передающим преобразователем , вольтметр переменного напр жени  и частотомер 1.A known ultrasonic interferometer for measuring the speed of ultrasound, containing a variable frequency, a camera with a transmitter-receiver transducer, an alternating voltage voltmeter and a frequency meter 1.

Недостатком его  вл етс  низка  точность измерений.The disadvantage of it is low measurement accuracy.

Наиболее близким по технической сущности  вл етс  устройство, содержащее последовательно соединенные блок настройки , генератор мен ющейс  частоты, камеру с излучающим и приемным преобразователем , усилитель, блок формировани  и селектор, генератор стробирующих импульсов и счетчик, вход которого подключен к выходу генератора стробирующих импульсов 2.The closest in technical essence is a device that contains a sequentially connected tuning unit, a variable frequency generator, a camera with an emitting and receiving transducer, an amplifier, a shaping unit and a selector, a strobe generator and a counter, the input of which is connected to the output of the strobe generator 2.

Недостатком его  вл етс  низка  точность измерений, так как на их результат вли ет частотна  зависимость фазы коэффициента отражени  от преобразователей.The disadvantage of it is the low accuracy of the measurements, since their result is influenced by the frequency dependence of the phase of the reflection coefficient on the transducers.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений.The aim of the invention is to improve the measurement accuracy.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что ультразвуковой интерферометр снабжен соединенными последовательно дополнительным усилителем, вход которого подключен к приемному преобразователю, дополнительным блоком формировани  )i дополнительным селектором, выход которого подключен к входу генератора стробирующих импульсов, двум  операционными блоками, из которых содержит соединенные последовательно переключатель, интегратор и преобразователь посто нного напр жени  в переменное, вход первого блока подключен к источнику посто нного напр жени  через дополнительный переключатель , соединенный с выходом дополнительного селектора, и дополнительный интегратор , а вход второго блока - через переключатель пол рности, соединенный с выходом селектора, последовательно соединенными сумматором, два выхода которого подключены к выходам преобразователей операционных блоков, а третий вход- к интегратору второго блока, детектором и преобразователем «напр жение-врем , выход которого подключен к второму вхоДУ генератора стробирующих импульсов, а вход - к выходу дополнительного селектора .The goal is achieved by the fact that the ultrasonic interferometer is equipped with an additional amplifier connected in series, the input of which is connected to the receiving transducer, an additional forming unit) and an additional selector whose output is connected to the input of the gating pulse generator, two operating units of which there are connected in series a switch integrator and a DC / AC converter, the input of the first unit is connected to a constant source voltage through an additional switch connected to the output of an additional selector and an additional integrator, and the input of the second block through a polarity switch connected to the output of the selector, connected in series by an adder, two outputs of which are connected to the outputs of converters of operating units, and the third input to the integrator of the second unit, the voltage-time detector and converter, the output of which is connected to the second input of the gating pulse generator, and the input to the output is additionally th selector.

На фиг. 1 изображена структурна  схема описываемого устройства; на фиг. 2,а-FIG. 1 shows a block diagram of the device described; in fig. 2, a-

и даны эпюры напр жении, по сн ющие работу устройства.and voltage plots explaining the operation of the device.

Ультразвуковой цифровой интерферометр содержит 6vTOK 1 настройки, состо щий из генератора 2 пилообразного напр жени , нреобразовател  3 и усилител  4, входы которого подклЕочены к генератору и преобразователю . К блоку настройки последовательно подключены генератор 5 мен ющейс  частоты, камера 6 с излучающим преобразователем 7 и приемиым преобразователем 8, усилитель 9, блок 10 формировани  и селектор И.The ultrasonic digital interferometer contains a 6vTOK 1 tuning, consisting of a sawtooth voltage generator 2, a converter 3 and an amplifier 4, whose inputs are connected to the generator and the converter. A variable frequency generator 5, a chamber 6 with a radiating converter 7 and a receiving converter 8, an amplifier 9, a shaping unit 10 and a selector I. are connected in series to the tuning unit.

Вход преобразовател  8 подключен к усилителю 12, последовательно соединенному с блоком 13 формировани  и селектором 14. Источник 15 посто нного напр жени  через переключатель 16 и интегратор 17 соединен с входом операционного блока 18, содержащим последовательно соединенные переключатель 19, интегратор 20 и преобразователь 21 посто нного напр жени  в переменное. Вход операционного блока 22 подключен к источнику 15 через пеоеключатель 23 и содержит последовательно соединенные переключатель 24, интегратор 25 и преобразователь 26 посто нного напр жени  в переменное. Устройство содержит последовательно соединенные между собой сумматор 27, два входа которого подключены к выходам нреобразователей 21, 26, а третий вход-к интегратору 25, детектор 28, нреобразователь 29 «напр нчение--врем  и генератор 30 стробирующих импульсов, вход которого подключен к выходу селектора 14, а выход- к счетчику 31. Генератор 32 опорных импульсов подключен к входам преобразователей 21, 26 посто нного напр жени  в переменное . Вход преобразовател  29 «напр жение-врем  и переключатель 16 подключены к выходу селектора 14. Переключатель 23 подключен к выходу селектора И.The input of the converter 8 is connected to an amplifier 12 connected in series with the forming unit 13 and the selector 14. The constant voltage source 15 is connected via a switch 16 and the integrator 17 is connected to the input of an operation unit 18 containing a switch 19 connected in series, an integrator 20 and a constant converter 21 voltage to variable. The input of the operation unit 22 is connected to the source 15 via a switch 23 and comprises a switch 24 connected in series, an integrator 25 and a constant voltage to AC converter 26. The device contains a series 27 interconnected adder 27, two inputs of which are connected to the outputs of inverters 21, 26, and the third input to integrator 25, detector 28, converter 29 "voltage - time and generator 30 of gate pulses, whose input is connected to the output the selector 14, and the output to the counter 31. The generator 32 of the reference pulses is connected to the inputs of the DC / DC converters 21, 26. The input voltage-to-voltage converter 29 and switch 16 are connected to the output of the selector 14. Switch 23 is connected to the output of the selector I.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

В исходном состо нии генератор 5 вырабатывает напр жение с минимальной частотой , наход щейс  в области половины резонансной частоты преобразователей.In the initial state, the generator 5 produces a voltage with a minimum frequency in the region of half the resonant frequency of the transducers.

Переключатель 23 пол рности подключен к положительной клемме источника 15 посто нного напр жени , а переключатели 16, 19 и 24 подключены к корпусу. Напр жение конденсаторов интеграторов 17, 20 и 25 равно 0. С началом измерени  (момент i) запускаетс  блок 1 настройки. Импульсы с генератора 2 поступают на вход усилител  4, на другой вход которого поступают импульсы с преобразовател  3. Благодар  наличию цепи обратной св зи через цреобразователь 3 измен етс  частота генератора 5 по линейному закону (см. фиг. 4а).A polarity switch 23 is connected to the positive terminal of a constant voltage source 15, and switches 16, 19 and 24 are connected to the housing. The voltage of the capacitors of the integrators 17, 20 and 25 is equal to 0. With the start of measurement (time i), tuning unit 1 is started. The pulses from the generator 2 are fed to the input of the amplifier 4, to the other input of which pulses are received from the converter 3. Due to the presence of the feedback circuit through the converter 3, the frequency of the generator 5 changes linearly (see Fig. 4a).

В момент времени /2 наступает акустический резонанс (см. фиг. 46) преобразователей 7 и 8 камеры 6, характеризующийс  увеличением выходного напр жени  усилител  12. Импульсом блока 13 формировани  запускаетс  селектор 14. Он разреп .1ает поступление импульсов генератора 30 на счетчик 31, а также переключает переключатели 16, 19, 24. Напр жени  на выходах интеграторов 17 и 25 измен ютс  по линейному закону (см. фиг. 4в, г), так как к их входам подключено посто нное напр жение , а нанр жение на выходе интегратора 20 - по параболе (см. фиг. 4д), т. е.At time 2, acoustic resonance occurs (see Fig. 46) of transducers 7 and 8 of camera 6, which is characterized by an increase in the output voltage of amplifier 12. The pulse of the forming unit 13 starts selector 14. It triggers the flow of generator pulses 30 to counter 31, and also switches the switches 16, 19, 24. The voltages at the outputs of the integrator 17 and 25 vary linearly (see Fig. 4c, d), since a constant voltage is connected to their inputs, and the output at the integrator 20 - parabola (see Fig. 4d), i.e.

5 пропорционально квадрату времени, так как на его входе напр жение измен етс  пропорционально времени.5 is proportional to the square of the time, since at its input the voltage varies in proportion to the time.

В момент времени t камера с преобразовател ми 7, 8 резонирует на второй гармонике частоты генератора 5, котора  находитс  в области резонансной частоты преобразователей (см. фиг. 4е). Блок 10 формирзет импульс из резонансного сигнала , которым запускаетс  селектор 11. Импульсом селектора И переключаетс  переключатель 23, и пол рность напр жени  на входе интегратора 25 измен етс  на противоположную (см. фиг. 4ж).At time t, the camera with the transducers 7, 8 resonates at the second harmonic of the generator frequency 5, which is in the region of the resonant frequency of the transducers (see Fig. 4e). The unit 10 forms a pulse from the resonant signal, which triggers the selector 11. And the selector pulse AND switches the switch 23, and the polarity of the voltage at the input of the integrator 25 is reversed (see Fig. 4g).

Интервал времени между двум  резонансными пиками на выходе усилител  9 в два раза меньще интервала tz-/5, соответствующего двум резонансным пикам на выходе усилител  12,The time interval between the two resonant peaks at the output of the amplifier 9 is two times smaller than the interval tz- / 5 corresponding to the two resonant peaks at the output of the amplifier 12,

В момент времени t селектор 11 сигналом с блока 10 формировател  возвращаетс  в исходное состо ние и переключателем 23 на вход интегратора 25 подаетс  оп ть положительное напр жение. В момент времени t в исходное состо ние возвращаетс  селектор 14 и переключает переключатель 16, 19, 24 в положение «запоминание . На выходах интеграторов сохран етс  накопленное напр жение. Так как интервалы времени tz-t и ts-t пропорциональны соответственно A/i и 0,5А/о, где А/1, А/о - интервалы частоты между двум  акустическими резонансами в области половины резонансной частоты и в области резонансной частоты преобразователей 7 и 8, то напр жени  на выходах интеграторов 17, 20, 25 пропорциональны A/j, A/f и А/1-А/о (см. фиг. 4 в, г, д). Преобразователи 21, 26 операционных блоков 18At time t, the selector 11 returns to its initial state with a signal from the generator unit 10 and again the positive voltage is applied to the input of the integrator 25 by means of a switch 23. At time t, the selector 14 returns to its initial state and switches the switch 16, 19, 24 to the memorization position. The accumulator voltage is saved at the integrator outputs. Since the time intervals tz-t and ts-t are proportional, respectively, to A / i and 0.5A / o, where A / 1 and A / o are frequency intervals between two acoustic resonances in the region of half the resonant frequency and in the region of the resonant frequency of the transducers 7 and 8, the voltages at the outputs of the integrators 17, 20, 25 are proportional to A / j, A / f, and A / 1-A / o (see Fig. 4c, d, e). Converters 21, 26 operating units 18

г и 22 соответственно вырабатывают переменные напр жени , амплитуды которых равны t/2 и С/3 (см. фиг. 4 г, д). Фазовый угол между выходными напр жени ми преобразователей 21, 26 равен  /2 (благодар r and 22, respectively, produce alternating voltages, the amplitudes of which are t / 2 and C / 3 (see Fig. 4 g, d). The phase angle between the output voltages of the converters 21, 26 is equal to / 2 (thanks to

введению генератора 32 опорных импульсов ), и амплитуда переменного напр жени  на выходе сумматора 27 пропорциональна Kf/|- -6|(cM. фиг. 4з). На вход сумматора поступает также и медленно измен ющеес the introduction of the generator 32 reference pulses), and the amplitude of the alternating voltage at the output of the adder 27 is proportional to Kf / | - -6 | (cM. Fig. 4h). The input of the adder also comes slowly changing.

напр жение с выхода интегратора 25 величиной (7з. Амплитуда положите„тьной части (относительно корпуса) выходного напр жени  интегратора 25 пропорциональна yLl + yi (см. фиг. 4м). Эти полуволны напр жени  выпр мл ютс  детектором 28. В момент времени 5 сигналом селектора 14 запускаетс  преобразователь 29 «напр жение-врем , который разрешает поступление импульсов стабильной частоты на счетчик 31 в течение времени , пропорционального| У|- /з -(Уз- По окончании измерени  (момент /$) счетчик 31 показывает цифру, равную точному значению скорости ультразвука в среде. Изобретение позвол ет повысить точность измерений скорости ультразвука при любом волновом сопротивлении среды.the voltage from the output of integrator 25 of magnitude (7z. Amplitude put the t of the (relative to the housing) output voltage of the integrator 25 is proportional to yLl + yi (see Fig. 4m). These half-wave voltage is rectified by the detector 28. At time 5 The selector 14 signal triggers a voltage-time converter 29, which permits the arrival of stable frequency pulses to counter 31 for a time proportional to | У | - / з - (Uz-) At the end of the measurement (moment / $) counter 31 shows a figure equal to the exact value of the speed of ultrasound in the environment. The invention allows to increase the accuracy of measurements of the ultrasound velocity at any wave impedance of the medium.

Claims (2)

1.Труды ВУЗов Литовской ССР «Ультразвук N° 1, 1969, с. 135-142, Изд-во1. Work of universities of the Lithuanian SSR “Ultrasound N 1, 1969, p. 135-142, Publishing House «Минтис.“Minthis. 2.Авторское свидетельство СССР № 411313, кл. G 01Н 5/00, 1971.2. USSR author's certificate number 411313, cl. G 01H 5/00, 1971. 2j2j