SU913076A1 - Device for measuring ultrasonic oscillation speed - Google Patents

Description

Изобретение относится к ультразвуковой измерительной технике и может быть использовано для физико-химического анализа различных сред, через которые пропускают ультразвуковые колебания.The invention relates to an ultrasonic measuring technique and can be used for physico-chemical analysis of various media through which ultrasonic vibrations are passed.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения скорости ультразвуковых колебаний, содержащее цепь возбуждения, состоящую из последовательно соединенных, генератора опорного напряжения и аку- 10 стического излучателя колебаний, связываемого с исследуемой средой, цепь приема, состоящую из последовательно соединенных акустического приемника колебаний, связываемого с исследуемой средой, и усилителя, элемент фазировки и измерительный блок [13.The closest in technical essence to the invention is a device for measuring the speed of ultrasonic oscillations, comprising an excitation circuit consisting of series-connected, a reference voltage generator and an acoustic oscillation emitter associated with the medium under investigation, a reception circuit consisting of series-connected acoustic oscillation receiver associated with the test medium, and the amplifier, the phasing element and the measuring unit [13.

Недостаток данного устройства состоит в том, что оно не обеспечивает требуемую точность, вследствие использования временного метода измерения. 20The disadvantage of this device is that it does not provide the required accuracy, due to the use of a temporary measurement method. 20

Целью изобретения является повышение точности измерения.The aim of the invention is to improve the measurement accuracy.

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения скорости ультразву2This goal is achieved by the fact that the device for measuring the speed of ultrasound2

ковых колебаний снабжено фазовым детектором, нуль-органом, ключом и блоком перестройки частоты, к выходу генератора опорного напряжения последовательно подключены элемент фазировки, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом усилителя, и блок перестройки частоты, соединенный с входом генератора опорного напряжения, а к выходу фазового детектора последовательно подключены нульорган, ключ, соединенный вторым входом с выходом генератора опорного напряжения, и измерительный блок.Phase oscillations are equipped with a phase detector, a null organ, a key and a frequency tuning unit, a phasing element, a phase detector, the second input of which is connected to the amplifier output, and a frequency tuning unit connected to the input of the reference voltage generator are connected in series to the output voltage generator, and To the output of the phase detector are connected in series a null-organ, a switch connected by a second input to the output of the reference voltage generator, and a measuring unit.

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

Устройство для измерения скорости ультразвуковых колебаний, содержит цепь возбуждения, состоящую из последовательно соединенных генератора 1 опорного напряжения и акустического излучателя 2 колебаний, связываемого с исследуемой средой 3, цепь приема, состоящую из последовательно соединенных акустического приемника 4 колебаний, связываемого с исследуемой средой 3, и усилителя- 5, элемент 6 фазировки и измерительный блок 7, фазовый детекторA device for measuring the speed of ultrasonic vibrations, contains an excitation circuit consisting of a series-connected reference voltage generator 1 and an acoustic emitter 2 oscillations connected to the medium under study 3, a reception circuit consisting of series-connected acoustic receiver 4 oscillations associated with the medium under study 3, and amplifier 5, phasing element 6 and measuring unit 7, phase detector

33

913076913076

4four

8, нуль-орган 9, ключ 10 и блок 11 перестройки частоты, к выходу генератора 1 опорного напряжения последовательно подключены элемент 6 фазировки, фазовый детектор 8, второй вход которого соединен с выходом усилителя 5, и блок 11 перестройки частоты, соединенный с входом генератора 1 опорного напряжения, а к выходу фазового детектора 8 последовательно подключены нуль-орган 9, ключ 10, соединенный вторым входом с выходом генератора 1. опорного напряжения, и измерительный блок 7. Устройство работает следующим образом. Высокочастотное напряжение с выхода генератора 1 опорного напряжения поступает на акустический излучатель 2 колебаний и возбуждает его. Возбужденные ультразвуковые колебания проходят через исследуемую стреду 3, поступают на акустический приемник 4 с запаздыванием фазы на величину «г . В акустическом приемнике 4 ультразвуковые колебания снова преобразуются в электрическое напряжение, которое поступает через усилитель 5 на первый вход фазового детектора 8, ко второму входу которого через элемент 6 фазировки поступает сигнал с выхода генератора 1 опорного напряжения. Фазовый детектор 8 выделяет напряжение рассогласования, величина и знак которого являются функцией величины и знака, фазового сдвига между измерительным и опорным напряжениями.8, the zero-organ 9, the key 10 and the frequency tuning unit 11, the phasing element 6, the phase detector 8, the second input of which is connected to the output of the amplifier 5, and the frequency tuning unit 11 connected to the generator input are connected to the output of the reference voltage generator 1. 1 reference voltage, and to the output of the phase detector 8 are connected in series a null organ 9, a switch 10 connected by a second input to the output of the reference voltage generator 1., and a measuring unit 7. The device operates as follows. High-frequency voltage from the output of the generator 1 reference voltage is supplied to the acoustic emitter 2 oscillations and excites it. The excited ultrasonic vibrations pass through the examined stredu 3, arrive at the acoustic receiver 4 with a phase delay of «g. In the acoustic receiver 4, the ultrasonic oscillations are again converted into electrical voltage, which flows through the amplifier 5 to the first input of the phase detector 8, to the second input of which, via the phasing element 6, a signal comes from the output of the reference voltage generator 1. Phase detector 8 selects the error voltage, the magnitude and sign of which are a function of magnitude and sign, the phase shift between the measuring and reference voltages.

При появлении напряжения рассогласования на выходе фазового детектора 8 это напряжение поступает на входы нуль-орга-. на 9 и блока 11 перестройки частоты, который управляет частотой генератора 1. Изменение частоты опорного напряжения этого генератора происходит до тех пор, пока выходное напряжение фазового детектора 8 (напряжение рассогласования) не станет нулевым. После этого сдвиг фазы между измеряемым и опорным напряжением будет иметь величину «г заданную выбором параметров элемента 6 фазировки.When the error voltage at the output of the phase detector 8, this voltage is fed to the inputs of the zero-organ-. 9 and frequency tuning unit 11, which controls the frequency of the generator 1. The frequency variation of the reference voltage of this generator occurs until the output voltage of the phase detector 8 (the error voltage) becomes zero. After that, the phase shift between the measured and reference voltage will have a value of “g given by the choice of the parameters of the phasing element 6.

При изменении скорости ультразвуковых колебаний изменяется и сдвиг фазы между указанными напряжениями, в результате чего на выходе фазового детектора 8 появляется напряжение рассогласования, которое поступает на вход блока 11 перестройки частоты. Перестройка частоты генератора 1 опорного напряжения заканчивается при нулевом значении напряжения рассогласования, что соответствует установке заданного фазового сдвига величиной ^.Момент времени, соответствующий нулевому значению напряжения рассогласования, фиксируется нуль-органом 9 посредством выдачи импульса напряжения, которым открывается ключ 10. Значение частоты ί в указанный момент времени регистрируется измерительным блоком 7, а скорость ультразвука в исследуемой среде определяется по формулеWhen the speed of the ultrasonic oscillations changes, the phase shift between the indicated voltages changes, as a result of which the output voltage of the phase detector 8 appears as a mismatch voltage, which is fed to the input of the frequency tuning unit 11. The frequency adjustment of the generator 1 of the reference voltage ends at a zero value of the error voltage, which corresponds to the setting of the specified phase shift value ^. The time moment corresponding to the zero value of the error voltage is fixed by the zero-body 9 by issuing a voltage pulse that opens the key 10. The frequency value ί in the specified time is recorded by the measuring unit 7, and the speed of ultrasound in the test medium is determined by the formula

с = лтьгде 5 — длина исследуемой среды.c = 5 where is the length of the medium.

Предлагаемое устройство обеспечиваетThe proposed device provides

значительное повышение точности измерения скорости ультразвука при его прохождении через различные среды. Это достигается использованием фазового метода измерения и представлением измеряемой скорости в частном виде. Кроме того, это устройство позволяет с повышенной достоверностью определять адиабатическую сжимаемость, концентрацию и другие физические и химические параметры исследуемой среды.a significant increase in the accuracy of measuring the speed of ultrasound as it passes through various media. This is achieved using the phase measurement method and the representation of the measured speed in a particular form. In addition, this device makes it possible to determine adiabatic compressibility, concentration, and other physical and chemical parameters of the studied medium with increased reliability.

Claims (1)

Формула изобретения Устройство для измерения скорости ультразвуковых колебаний, содержащее цепь возбуждения, состоящую из последовательно соединенных генератора опорного напряжения и акустического излучателя колебаний, связываемого с исследуемой средой, цепь приема, состоящую из последовательно соединенных акустического приемника колебаний, связываемого с исследуемой средой, и усилителя, элемент фазировки и измерительный блок, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено фазовым детектором, нуль-органом, ключом и блоком перестройки частоты, к выходу генератора опорного напряжения последовательно подключены элемент фазировки, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом усилителя, и блок перестройки частоты, соединенный с входом генератора опорного напряжения, а к выходу фазового детектора последовательно подключены нуль-орган, ключ, соединенный вторым входом с выходом генератора опорного напряжения, и измерительный блок.Device for measuring the speed of ultrasonic oscillations, containing an excitation circuit consisting of a series-connected reference voltage generator and an acoustic oscillator associated with the medium under study, a reception circuit consisting of a series-connected acoustic oscillation receiver associated with the medium under investigation, and an amplifier element phasing and measuring unit, characterized in that, in order to improve measurement accuracy, it is equipped with a phase detector, null-organ A phasing element, a phase detector, the second input of which is connected to the amplifier output, and a frequency tuning unit connected to the input of the reference voltage generator are connected to the output of the reference voltage generator, a key and a frequency tuning unit, and a zero- the authority, the key connected by the second input to the output of the reference voltage generator, and the measuring unit.