устройство для определения резонансных частот

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЗОНАНСНЫХ ЧАСТОТ, содержащее управляемый генератор, последовательно соединенные усилитель, фазовый детектор, вторым входом соединенный с выходом управляемого генератора, и интегратор и ультразвуковой преобразователь, отличающееся тем, что оно снабжено подключенными к выходу управляемого генератора двумя управляемыми фазовращателями, вторым ультразвуковым преобразователем, подключенным к выходу одного из управляемых фазовращателей, блоком компенсации, включенным между выходом второго управляемого фазовращателя и первым ультразвуковым преобразователем и выполненным из трансформатора со встречными обмотками и трансформатора с объемным витком, соединенным с входом усилителя, выполненного управляемым, последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем, подключенным к выходу интегратора, и блоком управления и контроля, вторым управляемым генератором, подключенными к его выходу третьим и четвертым управляемыми фазовращателями и соединенными с ними соответственно третьим и четвертым ультразвуковыми преобразователями, концы одной обмотки трансформатора являются входом и выходом блока компенсации, вторая обмотка подключена к параллельно соединенным управляемым резистору и конденсатору, а выходы блока управления и контроля соединены с управляющими входами всех управляемых элементов устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к акустической технике и может быть использовано при проектировании приборов для исследования упругих свойств образцов и физико-химических процессов при модификации как поверхностей образцов, так и пространственного распределения дефектов и примесей в их объеме. Изобретение может также найти применение в химической промышленности при проведении исследований в области катализа, в процессах адсорбции и коррозии.

Известно устройство для измерения ультразвуковых колебаний в образцах, содержащее синхронизатор, пьезопреобразователи, усилитель, селектор первого полупериода ультразвукового импульса, схему запоминания амплитуды и первый амплитудный дискриминатор, линию задержки, измерительный триггер, преобразователь вертикальных интервалов в напряжение, индикатор-самописец, дополнительно устройство снабжено формирователем импульсов стробирования и источником порогового напряжения [1]

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения резонансных частот, содержащее управляемый генератор, последовательно соединенные усилитель, фазовый детектор, вторым входом соединенный с выходом управляемого генератора, и интегратор, и ультразвуковой преобразователь.

Это устройство имеет следующие недостатки: низкая информативность вследствие невозможности возбуждения стоящих ультразвуковых колебаний в образце на несобственных (не резонансных) частотах, невозможности возбуждения суммарной стационарной волновой картины в образце на двух различных частотах, отсутствия измеряемых параметров для обеспечения корректной работы на резонансную нагрузку; низкая точность вследствие отсутствия компенсации реактивной составляющей тока в измерительном канале; низкая интегрированность устройства, резко снижающая удобство работы с ним и удорожающая экспериментальные затраты при комплектовании устройства из стандартных блоков.

Задачей изобретения является создание устройства, позволяющего производить высокоинформативные акустические измерения повышенной точности и воздействовать на физико-химические процессы и упругие свойства образцов в избранном направлении.

Задача решается тем, что устройство для определения резонансных частот, содержащее управляемый генератор, последовательно соединенные усилитель, фазовый детектор, вторым входом соединенный с выходом управляемого генератора, и интегратор и ультразвуковой преобразователь, снабжено подключенным к выходу управляемого генератора двумя управляемыми фазовращателями, вторым ультразвуковым преобразователем, подключенным к выходу одного из управляемых фазовращателей, блоком компенсации, включенным между выходом второго управляемого фазовращателя и первым ультразвуковым преобразователем и выполненным из трансформатора со встречными обмотками и трансформатора с объемным витком, соединенным с входом усилителя, выполненного управляемым, последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем, подключенным к выходу интегратора, и блоком управления и контроля, вторым управляемым генератором, подключенными к его выходу третьим и четвертым управляемыми фазовращателями и соединенными с ними соответственно третьим и четвертым ультразвуковыми преобразователями, концы одной обмотки трансформатора являются входом и выходом блока компенсации, другая обмотка подключена к параллельно соединенным управляемым резистору и конденсатору, а выходы блока управления и контроля соединены с управляющими входами всех управляемых элементов устройства.

На чертеже представлена блок-схема устройства для определения резонансных частот.

Устройство содержит управляемый генератор 1, последовательно соединенные управляемый усилитель 2, фазовый детектор 3, вторым входом соединенный с выходом управляемого генератора 1, и интегратором 4, обратимый ультразвуковой преобразователь 5, подключенные к выходу управляемого генератора 1 два управляемых фазовращателя 6, 7, второй обратимый ультразвуковой преобразователь 8, подключенный к выходу управляемого фазовращателя 6, блок 9 компенсации, включенный между выходом управляемого фазовращателя 7 и первым ультразвуковым преобразователем 5 и выполненный из трансформатора с встречными обмотками 10 и 11 и трансформатора с объемным витком 12, соединенным с входом управляемого усилителя 2, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь 13, подключенный к выходу интегратора 4, и блок 14 управления и контроля, второй управляемый генератор 15, подключенные к его выходу третий 16 и четвертый 17 управляемые фазовращатели и соединенные с ними соответственно третий 18 и четвертый 19 обратимые ультразвуковые преобразователи, концы обмотки 10 являются входом и выходом блока 9 компенсации, обмотка 11 соединена с параллельно соединенными управляемыми резистором 20 и конденсатором 21, а выходы блока 14 управления и контроля соединены с управляющими входами всех управляемых элементов устройства. Ультразвуковые преобразователи 5,8,18 и 19 предназначены для установки на измерительной камере 22.

Блок 14 представляет собой стандартную микропроцессорную конфигурацию и содержит микропроцессор, ПЗУ микропрограмм, ОЗУ с системной областью и буфером для выполнения синхронно снимаемых с каналов АЦП 13 данных, контролер связи с внешней ЭВМ (в нашем случае интерфейсная БИС, контроллер последовательного порта 18251), внешние устройства связи: статусные регистры генераторов 1 и 15 для установления выбранной частоты; два таймера, программируемые для пошагового изменения частоты генераторов 1 и 15, т.е. для сканирования по частоте с заданной скоростью наращивания (уменьшения); ЦАПы, задающие сдвиг фаз и значения амплитуды фазовращателей 6, 7, 16 и 17; ЦАПы, задающие значения конденсатора 21 и резистора 20; ЦАП смещения сигнала фазового детектора 3; статусный регистр и регистр данных АЦП 13; регистр установки фильтров выходных усилителей фазовращателей 6,7,16 и 17; регистр установки коэффициента усиления усилителя 2.

Блок 14 управления и контроля соединен со всеми независимыми управляемыми элементами устройства через внешние устройства связи и обеспечивает программную работу устройства, съем оцифрованных данных и связь с внешним компьютером.

Устройство работает следующим образом.

Блок 14 управления и контроля обеспечивает программирование устройства на выбранный режим работы. Сигнал с управляемого генератора 1 через фазовращатель 6 поступает на обратимый электроакустический преобразователь 8, а после второго фазовращателя 7 подается на вход блока 9 компенсации, одна обмотка которого соединена с переменными управляемыми конденсатором 21 и резистором 20, а другая подключается к второму элекроакустическому преобразователю 5. Разностная составляющая сигнала наводит полезный сигнал в трансформаторе с объемным витком 12 (характеризующий отношение реактивной и активной акустической мощности колебаний, возбужденных в образце физико-химической среды), который после усилителя 2 подается на фазовый детектор 3 для сравнения его фазы с фазой опорного сигнала задающего управляемого генератора 1. Сигнал с выхода фазового детектора 3 после интегратора 4 подается на аналого-цифровой преобразователь 13, после чего цифровой код может быть считан блоком 14 управления и контроля. После каждого измерения управляемый генератор перестраивают на другую заданную частоту, а фазовращателя обеспечивают заданные амплитуды, фазовые сдвиги между электроакустическими преобразователями, после чего проводится новое измерение полезного сигнала. Для формирования любого набора стоячих волн в образце сигнал с второго управляемого генератора 15 (управляемой перестраиваемой частоты и амплитуды) идет на фазовращатели 16 и 17. После фазовращателей сигналы поступают на обратимые электроакустические преобразователи 18 и 19, подсоединенные к измерительной камере 22, и возбуждают (при подобранном сдвиге фаз) требуемую волновую картину.

Устройство обеспечивает точность фазового анализа вблизи резонансной моды колебаний, позволяет выявить характерные частоты микроструктур гетерофазных систем и, воздействуя на них на этих частотах набором стоячих волн, управлять физико-химическими процессами в избранном направлении.