SU1726997A1

SU1726997A1 - Meter for measurement of rate of propagation of ultrasound oscillations in medium

Info

Publication number: SU1726997A1
Application number: SU894768510A
Authority: SU
Inventors: Игорь Вячеславович Терехин; Владимир Анатольевич Кротов
Original assignee: Ульяновский научно-производственный комплекс "Центр микроэлектроники и автоматизации в машиностроении"
Priority date: 1989-12-14
Filing date: 1989-12-14
Publication date: 1992-04-15

Abstract

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике и может быть использовано дл контрол и исследовани свойств газообразных и жидких сред. Цель изобретени - повышение точности измерени . Первый импульс, имеющий наибольший размах, переключает компаратор 8, в результате чего на вход элемента ИЛИ 1 поступает сигнал логической единицы в виде импульса. Этот импульс, пройд через элемент ИЛ И 1, вновь запускает одновибра- тор 2. Тем самым начинаетс устойчивый автоциркул рный процесс генерации импульсов. В зависимости от состо ни измер емой среды 5 скорость ЧЗК мен етс , что измен ет частоту генерации, которую регистрирует частотомер 9. 2 ил.The invention relates to a control and measuring technique and can be used to control and investigate the properties of gaseous and liquid media. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy. The first pulse, which has the largest span, switches the comparator 8, as a result of which the signal of a logical unit as an impulse arrives at the input of the element OR 1. This impulse, having passed through the element IL-1, again starts the one-oscillator 2. This starts a stable autocirculatory process of generating pulses. Depending on the state of the measured medium 5, the rate of the FFV changes, which changes the frequency of generation, which is recorded by the frequency meter 9. 2 Il.

Description

слcl

.Г.G

опдснopdsn

Изобретение относитс к контрольноизмерительной технике и может быть использовано дл контрол и исследовани свойств газообразных и жидких веществ, другой возможной областью применени данного изобретени вл ютс импульсные ультразвуковые измерители уровн , в которых предложенное техническое решение может быть использовано в качестве генератора реперного сигнала.The invention relates to a reference measurement technique and can be used to monitor and study the properties of gaseous and liquid substances. Another possible area of application for this invention is pulsed ultrasonic level meters in which the proposed technical solution can be used as a reference signal generator.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов, измерительную камеру с электроакустическими излучателем и приемником , усилитель и частотомер. Это устройство имеет низкую точность измерени , так как оно чувствительно к сигналам, возникающим вследствие реверверации излучаемого ультразвукового колебани (УЗК).A device comprising a series-connected pulse generator, a measuring chamber with an electro-acoustic emitter and receiver, an amplifier and a frequency meter is known. This device has a low measurement accuracy, since it is sensitive to signals arising from the reverberation of the emitted ultrasonic oscillation (UST).

Наиболее близким к предлагаемому вл етс измеритель, который включает в себ соединенные в кольцо генератор импульсов , измерительную камеру с закрепленными на ее стенках приемным и излучающим электроакустическими преобразовател ми , усилитель и термостабилизированный одновибратор.The closest to the present invention is a meter, which includes ring-connected pulse generator, a measuring chamber with receiving and radiating electroacoustic transducers fixed to its walls, an amplifier and a heat-stabilized one-shot.

Недостаток прототипа - низка точность измерени . Суть его заключаетс в следующем. Акустический импульс, возбуждаемый излучателем, распростран етс не только в исследуемой среде, но и по объему стенки измерительной камеры, поэтому приемник вследствие механического контакта со стенкой камеры воспринимает два акустических импульса, один из которых не несет полезной информации (т.е. тот который перемещаетс вдоль стенки камеры). Разница во времени приема этих импульсов не учитываетс , что снижает точность измерени .The disadvantage of the prototype is low measurement accuracy. Its essence is as follows. The acoustic impulse excited by the emitter spreads not only in the medium under study, but also along the wall volume of the measuring chamber, therefore, due to mechanical contact with the chamber wall, the receiver perceives two acoustic impulses, one of which does not carry any useful information (i.e. along the chamber wall). The difference in the reception time of these pulses is not taken into account, which reduces the measurement accuracy.

Цель изобретени - повышение точности измерени .The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy.

Поставленна цель достигаетс тем, что в известное устройство дл измерени скорости ультразвука, содержащее измерительную камеру и закрепленные на ней излучающий и приемный электроакустические преобразователи, усилитель, вход которого соединен с приемным электроакустическим преобразователем, однозибратор , соединенный своим выходом с зходом частотомера, введены дополнительный электроакустический приемник, закрепленный с противоположной стороны стенки камеры симметрично основному приемнику, в качестве усилител использован дифференциальный усили ель , и его второй вход соединен с дополнительным электроакустическимThe goal is achieved by introducing an additional electroacoustic receiver into a known device for measuring the speed of ultrasound, containing a measuring chamber and radiating and receiving electroacoustic transducers fixed to it, an amplifier whose input is connected to a receiving electroacoustic transducer. mounted on the opposite side of the chamber wall symmetrically to the main receiver, used as an amplifier ifferentsialny force spruce, and its second input connected to the additional electro-acoustic

приемником, компаратор, вход которого подключен к выходу дифференциального усилител , элемент ИЛИ, соединенный своим выходом с входом одновибратора, выходreceiver, comparator, the input of which is connected to the output of the differential amplifier, an OR element connected by its output to the input of the one-shot, the output

которого подключен к излучающему электроакустическому преобразователю, один из входов элемента ИЛИ св зан с выходом компаратора, а другой - с внешним генератором импульсов.which is connected to a radiating electroacoustic transducer, one of the inputs of the element OR is connected with the output of the comparator, and the other with an external pulse generator.

На фиг. 1 представлена структурна схема измерител ; на фиг. 2 - временные диаграммы , иллюстрирующие его работу.FIG. 1 shows a structural diagram of the meter; in fig. 2 - time diagrams illustrating his work.

Измеритель содержит элемент ИЛИ 1, одновибратор 2, электроакустический излучатель 3, электроакустический основной приемник 4, измерительную среду 5, размещаемую в измерительной камере 6, дифференциальный усилитель 7, компаратор 8. частотомер 9 и дополнительный электроакустический приемник 10. Основной и дополнительные приемники 4 и 10 установлены с противоположных сторон стенки измерительной камеры 6 симметрично друг другу и электрически подсоединены каждый по одному из входов усилител 7, его выход св зан с входом компаратора 8, выход которого соединен с одним из входов элемента ИЛИThe meter contains the element OR 1, one-shot 2, electro-acoustic emitter 3, electro-acoustic main receiver 4, measuring medium 5 placed in measuring chamber 6, differential amplifier 7, comparator 8. frequency meter 9 and additional electro-acoustic receiver 10. Main and additional receivers 4 and 10 installed on opposite sides of the wall of the measuring chamber 6, symmetrically to each other, each electrically connected via one of the inputs of the amplifier 7, its output connected to the input of the comparator 8, the output of the cat oro is connected to one of the inputs of the element OR

1,другой его вход - с внешним генератором импульсов, выход элемента ИЛИ 1 подключен к входам одновибратора 2 и частотомера 9, выход одновибратора св зан с излучателем 1, установленным на противоположной стенке камеры 6 относительно приемников 4 и 10.1, its other input is with an external pulse generator, the output of the element OR 1 is connected to the inputs of the one-shot 2 and the frequency meter 9, the output of the one-shot is connected to the emitter 1 mounted on the opposite wall of the chamber 6 relative to the receivers 4 and 10.

Измеритель работает следующим образом .The meter works as follows.

Внешний запуск устройства осуществл етс подачей импульса на вход элемента ИЛИ 1, при этом на его выходе по вл етс External start of the device is carried out by applying a pulse to the input of the element OR 1, and at its output

уровень логической единицы, и тем самым запускаетс одновибратор 2, который выдает короткий импульс положительной пол рности (см. фиг. 2а) на возбуждающий излучатель 3. Через врем Т на выходе основного приемного преобразовател 4 по вл етс прошедший через среду 5 пакет импульсов (см. фиг. 26). Пакеты импульсов, прошедшие через измер емую среду 5 и отраженные от стенок камеры 6, имеют вид,the level of the logical unit, and thus launches the one-shot 2, which outputs a short pulse of positive polarity (see Fig. 2a) to the excitation emitter 3. After a time T, a burst passing through the medium 5 appears at the output of the main receiving converter 4 (see Fig. 26). Pulse packets that have passed through the measured medium 5 and are reflected from the walls of chamber 6 have the form

изображенный на фиг. 26. Импульсы, преобразованные приемником 4, усиливаютс дифференциальным усилителем 7 (см. фиг. 2в). Первый импульс, имеющий наибольший размах, переключает компаратор 8, в результате чего на вход элемента ИЛИ 1 поступает сигнал логической единицы в виде импульса. Этот импульс, пройд через элемент ИЛИ 1, вновь запускает одновибраторshown in FIG. 26. The pulses converted by receiver 4 are amplified by a differential amplifier 7 (see Fig. 2c). The first pulse, which has the largest span, switches the comparator 8, as a result of which the signal of a logical unit as an impulse arrives at the input of the element OR 1. This impulse, having passed through the element OR 1, restarts the one-shot

сов. в зависимости от состо ни измер емой среды 5 скорость УЗК мен етс , что измен ет частоту генерации, которую регистрирует частотомер 9.owls depending on the state of the measured medium 5, the speed of the ultrasonic inspection varies, which changes the frequency of generation, which the frequency meter 9 registers.

Как отмечалось ранее, другим направлением распространени УЗК вл етс сама измерительна камера 6. В этом случае колебание воспринимаетс двум приемниками , основным 4 и дополнительным 10 одновременно , их сигналы подаютс на вход дифференциального усилител 7, поэтому эти сигналы, вл ющиес синфазными, принципиально усиливатьс не могут, следовательно , вход в электронную схему дл указанного сигнала ограничен. Защиту относительно эхо-сигналов обеспечивает компаратор 8. Сигналы, обусловленные реверберацией вследствие затухани , имеют гораздо меньший размах по сравнению с первым импульсом. Компаратор 8 имеет уровень срабатывани UK, равный амплитуде первого импульса (см. фиг. 2в), поэтому он не чувствителен к эхо-сигналам и очевидно они так же не показывают никакого вли ни на результат измерени . Следует отметить, что акустические импульсы, идущие сквозь измер емую среду 5, не воспринимаютс дополнительным приемником 10, так как имеет место их отражение на границе раздела среды и стенки камеры, где закреплен приемник 4. Таким образом дифференциальный усилитель 7 не подавл ет полезный сигнал.As noted earlier, another direction of propagation of the ultrasonic inspection is the measuring chamber 6 itself. In this case, the oscillation is perceived by two receivers, the main 4 and the additional 10 simultaneously, their signals are fed to the input of the differential amplifier 7, therefore these signals, which are in phase, are not amplified in principle may, therefore, the input to the electronic circuit for the specified signal is limited. The echo signals are protected by the comparator 8. Signals due to reverberation due to attenuation are much smaller in scope than the first pulse. Comparator 8 has a response level UK, equal to the amplitude of the first pulse (see Fig. 2c), therefore it is not sensitive to echoes and obviously they also show no effect on the measurement result. It should be noted that the acoustic pulses going through the measured medium 5 are not perceived by the additional receiver 10, as they are reflected at the interface between the medium and the chamber wall, where the receiver 4 is fixed. Thus, the differential amplifier 7 does not suppress the useful signal.

Введение в устройство дополнительного электроакустического приемника, дифференциального усилител и компаратора в указанной св зи позвол ет усовершенствовать известный измеритель скорости ультразвука в среде в плане повышени точности измерени . Это достигаетс путем ограничени вли ни на результат измерени неинформативного сигнала, обусловленного распространениам акустических импульсов по объему измерительной камеры. Данное устройство обладает достаточной степенью помехозащищенности дл его практического использовани в системах мониторинга технологических процессов. Изготовление данного устройства в интегральном исполнении предполагает его применение в качестве генераторов частотного заполнени импульсных ультразвуковых измерителей уровн . Это в свою очередь позвол ет обеспечить стабильность погрешности измерени , независимую от изменени скорости ультразвука в измер емой среде.Introduction to the device of an additional electroacoustic receiver, a differential amplifier and a comparator in this connection allows the well-known ultrasound velocity meter in the medium to be improved in terms of improving the measurement accuracy. This is achieved by limiting the effect on the measurement result of the non-informative signal, due to the propagation of acoustic pulses over the volume of the measuring chamber. This device has a sufficient degree of noise immunity for its practical use in process monitoring systems. The manufacture of this device in integral design assumes its use as frequency-filling generators of pulsed ultrasonic level meters. This in turn makes it possible to ensure the stability of the measurement error, independent of the change in the velocity of ultrasound in the medium being measured.

Claims

Claims An ultrasonic oscillation velocity meter in a medium comprising a measuring chamber and radiating and main receiving electroacoustic transducers mounted on it, an amplifier whose input is connected to a receiving electroacoustic converter, a single vibrator whose output is connected to an emitting converter and a frequency meter, characterized in that in order to increase accuracy, an additional receiving electroacoustic transducer installed with an opposite The main side of the measuring chamber is symmetrically to the main receiving transducer, the amplifier is differential and its second input is connected to an additional receiving transducer, and an external pulse generator and comparator are input, the input of which is connected to the output of the differential amplifier and the OR element, the output of which is connected to the one-shot input and inputs - with the output of the comparator and with an external pulse generator.

XS K

-H

i