Изобретение относится к акустическим и теплофизическим измерениям, может быть использовано для определения скорости ультразвука в жидкостях и их плотности в зависимости от температуры и давления.
Суть метода заключается в измерении времени задержки ультразвуковых сигналов в исследуемой среде для определения скорости ультразвука и отношения амплитуд исходного и прошедшего через среду сигналов для определения поглощения ультразвука. Это импульсно-фазовый метод исследования акустических свойств вещества.
Этот измеритель скорости ультразвука и плотности жидкости, содержащий ЭВМ, измерительный автоклав с акустическим пьезометром и электровводом высокого давления, систему термостатирования, измерения и контроля температуры, схему управления температурным режимом термостата, систему создания и измерения давления, два омметра. Основа же - электронный блок генерации, приема и обработки сигналов на основе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС).
Подробнее можно ознакомится в описании патента (Патент на полезную модель «Измеритель скорости ультразвука и плотности жидкости». RU № 166341, 2016).
Ну а если совсем упрощая принцип работы оборудования: мы имеем три блока датчиков: температуры (регулирование уровня наргрева измеряемой среды и сохранение данных о градиенте температуры среды в проводимом эксперименте), давлении (ведение данных о давлении среды) и акустические (излучение и прием ультразвука в диапазоне частот 1-50 МГц и формы сигнала). Далее эти данные принимаются, обрабатываются и пишутся в файл отчета.
Основа комплекса- генерация и обработка высокочастотного ультразвукового сигнала. Измеритель скорости ультразвука и плотности жидкости работает следующим образом. ЭВМ формирует необходимые параметры генератора сигналов на основе ПЛИС , передавая информацию на ПЛИС через блок USB. По команде запуска измерения сигнал, генерируемый ПЛИС (имеющий необходимые фазово-частотные характеристики и состоящий из пакетов синусоидальных импульсов), подается на ЦАП, осуществляющий конвертацию сигналов из цифровой в аналоговую форму.
Одновременно с этим ПЛИС осуществляет управление коммутатором сигналов и коэффициентом усиления программируемых усилителей выходного и входного сигналов. При этом во время генерации сигнала коммутатор осуществляет подключение входа-выхода ПЛИС к усилителю выходного сигнала, а при приеме сигнала – к усилителю входного сигнала. С коммутатора во время генерации сигнала аналоговый сигнал подается на пьезопреобразователь из ниобата лития X-среза, являющийся попеременно и излучателем и приемником ультразвуковых волн. Сигнал, посылаемый излучателем, проходит через исследуемую жидкость и отражается от диафрагмы и рефлектора. Полученные после отражения сигналы поступают на пьезоприемник и через коммутатор на усилитель входного сигнала. Усиленный входной сигнал подается на АЦП для конвертации из аналоговой в цифровую форму, после чего поступает на вход ПЛИС и на внешнее ОЗУ для временного хранения цифрового образа принятого сигнала. С внешнего ОЗУ сформированный пакет импульсов посредством управления ПЛИС передается через интерфейс USB в ЭВМ.
Далее производится очистка сигнала, его моделирование для обработки и расчет данных о задержке в среде. Но имея образец сигнала в базе данных можно это сделать и вручную, так и построить автоматический обработчик.
Вся техническая часть описана в двух патентах:
Уровень "железа"
https://yadi.sk/i/CGoIRuSJuWSd0w
Програмное обеспечение
https://yadi.sk/i/7GLPioXWt6cddQ