Устройство для измерения скорости ультразвука

 

Изобретение отросится к акустическим измерениям к может быть использовано при автоматизированном неразрушающем контроле. Целью изобретения является повышение точности контроля по автоциркуляционной схеме за счет увеличения числа импульсов автоциркуляции при подавленной реверберации сигнала. Схема устройства запоминает время прихода первого сигнала , распространяющегося в то время , когда нет реверберационных помех и осуществляется дополнительное стробирование. Подбор времен задержек сигнала в электрических цепях и волноводах позволяет сфазировать реверберационный сигнал с информативным. При этом можно увеличить число автоциркуляционных импульсов и повысить то шость измерений. 3 ил. $ (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1384960 А 2

l5D 4 G Ol Н 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 654893, (21) 4024 107/25-28 (22) 20.02.86 (46) 30,03.88. Вюл. К - 12 (71) Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им. А.Н.Сенченко (72) И.А.Чернобай (53) 534.22(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 654893, кл. G 01 N 29/ОО, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЗИ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА (57) Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано при автоматизированном неразрушающем контроле. Целью изобретения является повышение точности контроля по автоциркуляционной схеме за счет увеличения числа импульсов автоциркуляции при подавленной реверберации сигнала. Схема устройства запоминает время прихода первого сигнала, распространяющегося в то время, когда нет реверберационных помех и осуществляется дополнительное стробирование. Подбор времен задержек сигнала в электрических цепях и волноводах позволяет сфазировать реверберационный сигнал с информативным.

Ири этом можно увеличить число автоциркуляционных импульсов и повысить точность измерений. 3 ил.

1384960

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использо- вано при автоматизированном неразрушающем контроле. 5

Цель изобретения — повышение точности контроля по автоциркуляционной схеме за счет увеличения числа импульсов автоциркуляции при подавлен- ной реверберации сигнала. 10

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и фиг. 3 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит последователь- 15 но соединенные стартовый генератор 1, схему 2 сборки, генератор 3 зондирующих импульсов, акустическую ячейку 4, усилитель 5, линию 6 задержки, генератор 7 стробирующих импульсов, 20 каскад 8 совпадений, первый счетчик 9, дополнительный каскад 10 совпадений и измеритель 11 временного интервала, временной селектор 12, включенный между генератором 3 зонди-. рующих импульсов и каскадом 8 совпа- дений, усилитель-ограничитель 13, включеннуй между усилителем 5 и кас- . кадом 8 совпадения, схему 14 "Запрет", включенную между первым счетчиком 9 и схемой 2 сборки, последовательно соединенные кварцевый генератор 15, второй счетчик 16, схему 17 сравнения и вторую линию 18 задержки, третий счетчик 19, включенный между вы- 35 ходом кварцевого генератора 15 и входом схемы 17 сравнения, делитель 20 частоты, включенный между выходом кварцевого генератора 15 и входом стартового генератора 1, вход "Старт" 40 второго счетчика 16 соединен с выходом схемы 2 сборки, вход "Стоп" — с выходом схемы 17 сравнения, вход

"Сброс" — с выходом второй линии 18 задержки, вход «Старт« третьего счет- 45 чика 19 соединен с выходом стартового генератора 1, вход "Стоп" — с. выходом генератора 7 стробирующих им- пульсов, вход "Сброс" — с выходом. каскада схемы 14 "ЗапРет", выход кварцевого генератора 15 соединен с входом измерителя 11 временного интервала, выход схемы 17 сравнения— с входом каскада 8 совпадения.

Устройство работает следующим образом.

Стартовый генератор 1 запускается импульсами, поступающими с делителя 20 частоты, работа которого син" хрониэирована по опорным импульсным колебаниям U, (фиг. 2а) кварцевого генератора 15. Стартовый генератор 1 через схему 2 сборки запускает импульсом U< в момент времени (фиг. 2б и 3a) генератор 3 зондирующих импульсов и по входу "Старт" второй счетчик 16 импульсов. Генератор 3 импульсами U в моменты времеНи и, t>,; ° ° °, t„, (фиг, 2в и Зб) запускает, в свою очередь, временной селектор 12 и возбуждает излучающий преобразователь акустической ячейки 4, который излучает при этом в контролируемую среду зондирующий ультразвуковой сигнал, а второй счетчик 16 начинает с моментов времени t„,t,,t>,,...,t„, {фиг.2г и Зв) счет высокостабильных импульсных колебаний кварцевого генератора 15, поступающих к нему.

Одновременно стартовый генератор 1 по входу "Старт" запускает в работу третий счетчик 19, который начинает с момента времени t« { H . 3r) счет высокостабильных импульсных колебаний кварцевого генератора 15. Кроме того, стартовый генератор 1 сбрасывает счетчик 9 в исходное состояние, позволяющее ему начать счет количества импульсов в пакете автоциркуляционных сигналов (фиг. 2д), и запускает измеритель 11 временного интервала, который начинает с момента времени <А (фиг. 2е) дискретный отсчет временного интервала по колебаниям опорного кварцевого генератора 15.

Ирошедший контролируемую среду ультразвуковой сигнал прербразуется в электрический и поступает на усилитель 5. С выхода усилителя 5 сигнал

U (фиг. Зд) подается через линию 6 задержки на генератор 7 стробирующих импульсов. Сформированные стробирующие импульсы U {фиг. 3e) подаются на вход "Стоп" третьего счетчика 19 и на первый вход каскада 8 совпадения. Третий счетчик 19 в момент времени t, (фиг. Зг) прекращает при этом подсчет опорных колебаний кварцевого генератора 15, а каскад 8 совпадения по своему первому входу получает разрешающий сигнал.

Временный селектор 12 блокирует каскад 8 совпадений на время поступления зондирующего импульса для защиты от электромагнитных помех и открывает ее через некоторое время, 1384960

50 меньшее, чем время прохода сигнала через акустическую ячейку 4. Первая линия 6 задержки с временем задерж-. . ки 0,2 - 0 5 мкс сдвигает строб-импульс генератора 7 стробирующих импульсов ко времени перехода ультразвукового сигнала через нуль. Точная временная селекция осуществляется сигналом схемы 17 сравнения. Для фор- 10

t .мирования этого сигнала работающие с момента времени tö второй 16 и третий 19 счетчики подсчитывают количество импульсов до момента поступления импульса с генератора 7 на вход "Стоп" счетчика 19, т.е. фактически второй 16 и третий 19 счетчики измеряют и регистрируют временной интервал t я -t, равный с определен ной степенью точности времени распро- 20 странения ультразвука в среде. Импульсом с генератора 7 стробирующих импульсов третий счетчик 19 останавливается и, так как при работе счетчиков 16 и 19 выходное кодовое сос-.,; 25 тояние счетчика 19 в промежутке

t н - t, опережало на Ьдин импульс выходное кодовое состояние второго счетчика 16, с поступлением следующего импульса с опорного кварцевого генератора 15 на счетный вход второго счетчика 16 выходные коды последнего выравниваются к выходным кодам остановившегося третьего счетчика 19.

Поэтому в этот же момент t 4 (фиг.Зи) происходит сравнение кодовии схема 17 35 сравнения вырабатывает выходной импульс, останавливающий по входу

"Стоп" второй счетчик. Этот же импульс поступает через вторую линию 18 задержки на вход Сброс" второго

II 11

40 счетчика 16, который сбрасывается в нулевое исходное состояние и выходные коды второго счетчика 16 перестают быть равными выходным кодам треть- 45

его счетчика 19. В результате схема 17 сравнения формирует по своему второму выходу временной интервал, по длительности равный времени задержки во второй линии 18 задержки, соответствующем длительности одного периода ультразвукового сигнала.

Этот временной интервал совпадает с выходным импульсом генератора 7 стробирующих импульсов, что соответствует формированию сигнала " Точная подготовка " íà первом и четвертом входах каскада 8 совпадения.

На третий вход каскада 8 совпадения поступает -информативный сигнал

U« с усилителя-ограничителя 13, (фиг. Зк). IIo наиболее крутому фронту информативного сигнала посредством селектирующих сигналов "Грубая подготовка и Точная подготовка а также посредством стробирующего напряжения, поступающего с генератора 7 стробирующих импульсов, каскад 8 совпадения формирует на выходе импульс (фиг. Зл), поступающий через схему 14 "Запрет", схему 2 сборки на запуск генератора 3 зондирующих импульсов и на запуск второго счетчика 16 ° Процесс автоциркуляции продолжается. следовательно, второй счетчик 16 запускается в работу по каждому импульсу из пакета ультразвуковых автоциркуляционных сигналов. Третий же счетчик 19 запускается в работу только вначале формирования пакета автоциркуляционных сигналов импульсом, поступающим по входу "Старт" с выхода стартового генератора 1, а сбрасы.. вается в исходное состояние только в конце формирования и-импульсов в пакете автоциркуляционных сигналов.

Это позволяет запомнить время прихода первого импульса в серии автоциркуляционных сигналов. Этот импульс приходит в .то время, когда в акустической ячейке 4 нет реверберационных акустических сигналов.

При достижении моментов t,4,t 4, 4 ° ° ° tII4 КОДОВЫЕ СОСТОЯНИЯ ВТОРО

ro 16 и третьего 19 счетчиков становятся равными, схема 17 сравнения вырабатывает импульс, который по входу "Стоп" останавливает второй счетчик 16 и через время, равное времени задержки этого импульса во второй линии 18 задержки, сбрасывает его в исходное нулевое состояние, а на входах каскада 8 совпадения по сигналам со схемы 17 сравнения и с выхода генератора 7 стробирующих импульсов формируется сигнал "Точная подготовка". Выделенные с помощью сигналов подготовки информативные импульсы

U с выхода каскада 8 совпадения пропускают в моменты времени t,t

t ss,...,tns (фиг. Зл) через каскад 14

"Запрет".

Одновременно импульсы U< с выхода каскада 8 совпадения подаются на вход дополнительного каскада 10 совпаде1384960 ния и на вход первого счетчика 9, который закрывает и-импульсом схему 14 "Запрет" и открывает дополнительный каскад 10 совпадения. Следовательно, (п+1)-ro импульс каскада 8 совпадения не пропускается каскадом

"Запрет" и режим автоциркуляции прекращается. Он пропускается в момент времени „ дополнительным (фиг.2е) 10 каскадом 10 совпадения к входу измерителя 11 временного интервала, который отсчитывает временной интервал, пропорциональный скорости распространения ультразвука. Временной интервал, в течение которого прекращена автоциркуляция и существует. пауза, отводится на затухание появившейся реверберационной помехи, что обеспечивает высокую стабильность работьi. Zp

Особенностью работы предлагаемого устройства (по сравнению с известными) является то, что задержка ультразвукового сигнала в защитных мем- 25 бранах, в пьезопреобразователях, соединительных кабелях и электронной схеме равна целому числу периодов высокочастотного заполнения ультразвукового сигнала. В результате в каждом из импульсов автоциркуляции прямой ультразвуковой сигнал становится сфазированным с реверберационной помехой. Регулировка задержки ультразвукового сигнала в пьезопреобразователях, защитных мембранах, соединительных кабелях и электронной схеме прибора может достигаться несколькими приемами. Одним из них может быть, например, выбор толщины 40 защитных мембран пьезопреобразователей или, например, выбор резонансных частот собственно пьезопреобразователей. 11ри этом реверберационные сигналы не появляются перед ультразвуковыми зондирующими импульсами в случайных фазовых соотношениях, а являются сфазированными относительно зондирующего сигнала (фиг. Зд), что не вызывает дополнительных фазовых и временных сдвигов прямого ультразвукового сигнала.

Уменьшение влияния помех фазировкой реверберации и более точным стробированием позволяет увеличить число импульсов автоциркуляции и, тем самым, повысить точность измерений.

Формула изобретения, Устройство для измерения. скорости ультразвука.по авт. св. М- 654893, о т л и ч а ю щ е е с я тем„ что, с целью повышения точности, оно снабжено последовательно соединенными кварцевым генератором, вторым счетчиком, схемой сравнения и второй линией задержки, третьим счетчиком, включенным между выходом кварцевого ° генератора и входом схемы сравнения, и делителем частоты, включенным между выходом кварцевого генератора и входбм стартового генератора, вход

"Старт" второго счетчика соединен с выходом схемы сборки, вход "Стоп"— с выходом схемы сравнения, вход

"Сброс" — с выходом второй линии задержки, вход "Старт" третьего счетчика — с выходом стартового генератора, вход "Стоп" — с выходом генератора стробирующего импульса, вход

"Сброс" — с. выходом каскада "Запрет", выход кварцевого генератора соединен с входом измерителя временного интервала, а выход схемы сравнения — с входом каскада совпадения, причем исходное состояние третьего счетчика на единицу больше исходного состояния второго счетчика.

Фие. 1 15

Ll(Ю З

418

Г д

Lln е и t384960 и! а и

Е f6

Ц19 г

"5 д /7 е 12

Ж

17

Ця

К /8

Диг, 3

Составитель А.Олохтонов

Редактор А.Ревин Техред М.Ходанич Корректор О.Кундрик

Заказ 1402/37 Тираж 524 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4