Устройство для измерения вихревого компонента скорости потока

 

Изобретение относится к измерительной технике-и позволяет расширить область применения устройства в условиях измерений реальных потоков . Устройство содержит обратимые акустические преобразователи 1,, блок 2 управления, коммутатор 3, приемные усилители 4 и 5, усилитель 6 мощности, амплитудные детекторы 7 и 8, импульсный генератор 9, вычитающие блоки 10 и 17, нормализаторы 11 и 12 уровня, блоки 13 и 16 задержки, ключи 14, 15, 20, 21 и 23, инвертор 18, нуль-органы 19 и 25, интегратор 22, триггеры 24 и 26, одновибратор 27, элемент 28 НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, генератор 29 образцовой частоты, схемы 30 и 31 совпадения, счетчики 32 и 33, цифровые квадрирующий 34, делитель ный 35 и отсчетныйЗб блоки.Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет , производить прямые измерения вихревых компонентов в реальном масштабе вре (Л мени и получать интегральную харакс теристику вихря по контуру, охватывающему заданную площадь, в реальных условиях морей и океанов. 2 ил. (С О) О 05 UD

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5ц 4 С 01 Р 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

БКБ)А:> . ",. А емные усилители 4 и 5, усилитель 6 мощности, амплитудные детекторы 7 и

8, импульсный генератор 9, вычитающие блоки 10 и 17, нормалиэаторы 11 и 12 уровня, блоки 13 и 16 задержки, ключи 14, 15, 20, 21 и 23, инвертор

18, нуль-органы 19 и 25, интегратор

22, триггеры 24 и 26, одновибратор

27, элемент 28 НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, генератор 29 образцовой частоты, схемы

30 и 3 1 совпадения, счетчики 32 и 33, цифровые квадрирующий 34, делительный 35и отсчетный36 блоки.Введениеновых элементов и образование новых связей" между элементамиустройства позволяет производить прямыеизмерения вихревых компонентов в реальном масштабе времени и получать интегральную характеристику вихря по контуру, охватыва- С ющему заданную площадь, в реальных условиях морей и океанов. 2 ил.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3756166/24-10 (22) 26.06.84 (46) 23. 10.86. Бюл. Ф 39 (71) Физико-механический институт им. Г.В.Карпенко (72) А.И.Карпяк, М.M.Êoðîïåöêèé и И.В.Петрушко (53) 53 1.767 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 924578, кл. G 01 Р 5/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 1016746, кл. G 01 Р 5/00, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВИХРЕВОГО КОМПОНЕНТА СКОРОСТИ ПОТОКА (57) Изобретение относится к измерительной технике .и позволяет расширить область применения устройства в условиях измерений реальных потоков. Устройство содержит обратимые акустические преобразователи 1,,-1„, блок 2 управления, коммутатор 3, приSU„„126563 9 A 1

1265619

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вихревого компонента скорости потока.

Цель изобретения — расширение области его применения в условиях измерений реальных потоков.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 — А и Б— временные диаграммы его работы в течение только одного (первого) такта работы, причем в части А — диаграммы работы устройства в такте, в котором положительное направление обхода измерительного контура L совпадает с направлением составляющей U скорос 1 ти течения жидкости вдоль соответствующей стороны t контура L (.e. когда запаздывающий сигнал обрабатывается во втором канале измерения, а опережающий — в первом), части Б —диаграммы работы устройства в такте, в котором положительное направление обхода измерительного контура противоположно направлению составляющей

V (т.е. когда запаздывающий сигнал оорабатывается в первой канале измерения, а опережающий — во втором).

Предлагаемое устройство содержит обратимые акустические преобразователи 1 -1, которые благодаря их пространственному расположению в вершинах правильного и-угольника образуют измерительный контур L блок 2 управления, коммутатор 3, приемные усилители 4 и 5, усилитель 6 мощности, амплитудные детекторы 7 и 8, импульсный генератор 9, второй вычитающий блок 10, первый 11 и второй 12 нормализаторы уровня, второй блок 13 задержки, четвертый 14 и пятый 15 ключи, первый блок 16 задержки, первый вычитающий блок 17, инвертор 18, первый нуль-орган 19, первый 20 и второй 21 ключи, интегратор 22, третий ключ 23, первый триггер 24, второй нуль-орган 25, второй триггер 26, одновибратор 27, логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ

28, генератор 29 образцовой частоты, первую 30 и вторую 3 1 схемы совпадений, первый (реверсивный) 32 и второй 33 счетчики импульсов, цифровые квадрирующий 34, делительный 35 и отсчетный 36 блоки.

Предлагаемое устройство работает слецующим образом.

t0

В исходном состоянии коммутатор

3, ключи 14, 15, 20, 21 и 23 разомк нуты, триггеры 24 и 26 находятся в нулевом состоянии. Измерение вихревого компонента скорости потока происходит в и тактов, задаваемых блоком 2 управления.

В первом такте в момент времени

ti по команде блока 2 управления (фиг.2а) запускается импульсный генератор 9 (фиг.2б), первый триггер 24 устанавливается в единичное состояние (фиг.2л), отражает вторую схему

31 совпадений, замыкает третий ключ

23 и соединяет вход интегратора 22 с общей шиной, интегратор 22 переводится в режим задания пулевых начальных условий. Импульсы с генератора

29 образцовой частоты начинают поступать на счетчик 33 импульсов (фиг .2т).

Коммутатор 3 подключает к акустическим преобразователям 1 и l, выход усилителя 6 мощности. Импульс заданной длительности и частоты, сформированный генератором 9, после усиления: по мощности в усилителе 6 поступает на два акустических преобразователя

1 и 1„ и излучается ими в изучаемую жидкость в виде двух самостоятельных акустических импульсов.

После окончания излучения импульса в жидкость коммутатор 3 отсоединяет акустические преобразователи и 1, от выхода усилителя 6 мощности и подсоединяет те же преобразователи 1 и 1 к входам приемных усили2 1 телей 4 и 5 соответственно. Иэлученные же в жидкость акустические импульсы после прохождения ими расстояния 1, между первой и второй вершинами измерительного и-угольника принимаются теми же акустическими преобразователями 1 и i,, с помощью которых производилось их излучение, при этом акустический импульс, излученный преобразователем 1. принимаг ется преобразователем 1, а акустический импульс, излученйый преобразователем 1,, принимается преобразователем 1 . В зависимости от наг правления составляющей V скорости

U жидкости вдоль стороны t моменты приема акустических импульсов этими преобразователями будут различны: если направление составляющей V .

1 совладает с положительным направлением обхода измерительного и-угольника, то раньше, а именно в момент

1265619

Выходной импульс второго вычитающего блока 10 поступает на ключи 14 и 15, которые коммутируют работу блоков 13 и 16 задержки, а также управляет работой первого (реверсивного) счетчика 3? импульсов. В случае опережения во времени импульса, поступившего на вход первого канала измерения, четвертый ключ 14 замыкается, а пятый ключ 15 размыкается, в 40 результате чего выходной сигнал первого пормализатора 11 (фиг.2е, часть Л) через четвертый ключ 1-4, а выходной сигнал второго нормализатора 12 (фпг.2з, часть A) через 4> блок 16 задержки поступают на входы первого вычитающего блока 17. В случае же опережения во времени сигнала, поступившего на вход второго канала измерения, четвертьп ключ 14 размыкается, а пятьп ключ 15 замыкается. в результате чего выходной сигнал нормалиэатора 11 (фиг.2з, часть Б) через блок 13 задержки, а выходной сигнал нормализатора 12 (фиг.2ж, часть Б) через пятый ключ

15 поступают на входы того же вычитающего блока 17. Кроме того, благовремени t, начинает прием акустического импульса преобразователь 1 а прием акустического импульса преобразователем t начинается поз1 же, в момент времени(с + р), если 5

1„ же направление составляющей Ч проЕ1 тивоположно положительному направлешпо обхода измерительного контура, то раньше, а именно в момент е начинается прием акустического импульса преобразователем 1, а прием акустического импульса преобразователем 1. начинается в момент времени (г,е).

Выходные сигналы преобразователей 15

1 и 1 через коммутатор 3 поступают на приемные усилители 4 и 5, после чего подвергаются амплитудному детектированию при помощи блоков 7 и 8 (фиг. 2в и r), a затем — определению 20 последовательности поступления принятых импульсов на входы каналов измерения и выработке соответствующего этой последовательности управляющего импульса с помощью второго вычитаю- 2> шего блока 1О (фиг.1д). Кроме того, продетектированные в блоках 7 и 8 сигналы подвергаются нормализации по уровню нри помощи блоков 11 и 12 (фиг.2е и ж). даря различию между управляющими импульсами, поступающими с выхода второго вычитающего блока !О на второй управляющий вход реверсивного счетчика 32 импульсов, в случае опережения во времени сигнала, поступившего на вход первого канала измерения реверсивный счетчик 32 импульсов включается на осуществление операции суммирования поступающих на него импульсов, а в случае опережения во времени сигнала, .поступившего на вход второго канала измерения, реверсив utA счетчик 32 импульсов включается на осуществление операции вычитания поступающих на него импульсов, Текущее значение выходного напряжения первого вычитающего блока 17 в случае опережения во времени сигнала, поступившего на вход первого канала измерения, равно (фиг.2и,часть А)

U,„„,,(с) = X„„ju „(t) — U,(t +7, ) (1а) а в случае опережения во времени сигнала, поступившего на вход второго канала измерения, равно (фиг. 2и, часть Б) где К вЂ” коэффициент передачи первого вычитающего блока 17;

U.,(t) — импульс, поступающий на первый вход вычитающего блока 17 в случае опережения во времени сигнала, поступившего на вход первого канала измерения (фиг.2е, часть А);

U,(t+< )-импульс, поступающий на первый вход вычитающего блока 17 в случае опережения во времени сигнала, поступившего на вход второго канала измерения (фиг.2з, часть Б);

U (t+ „ ) — импульс, поступающий на второй вход вычитающего блока 17 в случае опережения во времени сигнала, поступившего на вход первого канала измерения (фиг, 2э, часть Л);

U,(t)

«

631

532 причем

1265619 импульс, поступащий на второй вход вычитающего блока 17,в случае опережеиия во времени сигнала, поступившего на вход второго канала измерения (фиг. 2ж, часть Б); время задержки нормализованного импульса

U (t) в блоке 16, время задержки нормализованного импульса

U,(t) в блоке 13, « На выходе триггера 26 формируется временной интервал «,, равный (5) К(+«) 5з

5 инвертором 18 с масштабным коэффициентом К

Выходное напряжение интегратора

22 начинает уменьшаться (фиг.2о) и, когда оно достигнет нулевого уровня (момент времени t ), срабатывает а второй нуль-орган 25, который переводит триггер 26 (фиг.2м) в нулевое состояние и размыкает второй ключ 21.

« =«а«

631 Б32 6 В моменты перехода выходного напряжения первого вычитающего блока 20

17 через нулевой уровень срабатывает нуль-.орган 19 (фиг.2к). В момент времени t. интегратор 22 переводится в режим интегрирования выходного напряжения вычитающего блока 17, при- 25 чем выходное напряжение интегратора

22 имеет вид з

U (t) = — U («.) dt (3)

«7 ЬЧ«1

t 30 г где « — постоянная времени интегратора 22.

Практически Аорма выходных импульсов нормализаторов 11 и 12 может быть близкой к трапецеидальной 35 (Аиг. 2е и ж), в результате чего на выходе вычитающего блока 17 имеет также трапецеидальную Аорму (фиг.2и).

Учитывая сказанное, выходное напряжение интегратора 22 к моменту с 40 достигнет уровня

lp +«53

И(t) = — — — — U (4)

«Ч а

15 где « — временной сдвиг между принятыми сигналами в первом такте, обусловленный наличием вихря в жидкости;

U — - уровень ограничения нормао лизаторов 11 и 12.

В момент времени t. выходной сигнал нуль-органа 19 размыкает первый ключ 20, переводит второй триггер 26 в единичное состояние (фиг,2м), в результате чего второй ключ 21 замы- 55 кается, и на вход интегратора 22 подается выходное напряжение первого нормализатора, 11, проинвертированноеВыходной сигнал 26 поступает на логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ

28 и запускает одновибратор 27, длительность импульса которого равна

К «5 (Аиг.2н). Выходной сигнал одновибратора 27 подается на второй вход логического элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 28, и на выходе последнего формируется временной интервал дли тельностью К « (фиг.2р). При этом

:в момент времени t открывается пер4 вая схема 30 совпадений, и импульсы с генератора 29 образцовой частоты поступают в течение интервала К

71 на реверсивный счетчик 32 импульсов (фиг.2с), в котором в зависимости от вида управляющего импульса, вырабатываемого блоком 10, происходит их суммирование или же вычитание.

В момент времени с схема 30 сова падений закрывается, и реверсивный счетчик 32 прекращает свой счет.

Выходной код счетчика 32, равный

N-,, который может быть как поло««1 жительной, так и отрицательной величиной, поступает на один вход цифрового делительного блока 35, на другой вход которого подается выходной код N, с цифрового квадрирующего

2 блока 34, входом соединенного с выходом счетчика 33 импульсов (фиг.2т).

На выходе делительного устройства

35 формируется код N,, равный

K„N« и (6)

1 «Ч

1Т т21 где К„ — коэАфициент пропорциональности.

Код N„ поступает на цифровое отсчетное устройство.

Затем наступает второй такт работы устройства. Коммутатор 3 подключает усилитель 6 мощности к акусти1265619 ческим преобразователям 1 и 1 . Далее происходит процесс излучения сигналов преобразователями 1 и 1

Э 2 после окончания которого коммутатор

3 отключает преобразователи 1 и 1 от усилителя 6 мощности, а подключает их к приемным усилителям 4 и 5.

Принятые преобразователями 1 и 1 акустические сигналы обрабатываются в измерительной схеме устройства аналогично их.обработке во время первого такта. При этом измеряется время Т прохождения акустическим

2 сигналом расстояния 1, между третьим 1 и вторым 1 акустическими

Ъ преобразователями, а также разность времен прохода акустическими сигналами расстояния 1 в противоположных друг другу направлениях. Во втором такте счетчик 32 »Ьиксирует код (К И-„ + К И;, ), а счетчик 33

1 ь»р код (М + Б. ) . На выходе делите1 тг, тельного блока 35 1Ьорл»ируется код, равный

1О

20

25 (7) К N»-, + K 1Цр (и„+ r» )Г г г который подается иа цифровой отсчетный блок 36.

Таким образом, выходной код устройства после n-ro такта работы про- 45 порционален среднему значению вихревого компонента скорости потока:

»1У

1 1 7г а» г

Г. V о т

i=1

50 а1, 2ВТг (9) Т вЂ” соответственно раз2 ность и время прохожде. ния сигналов по периметру и-угольника L;. — коэффициент пропорциональности. где а и

Аналогично происходит работа устройства в последующих тактах.

В и-ом такте в качестве излучателей, а затем приемников акустической энергии работают преобразователи 1 и 1„ . Ио окончании п-го так35

1 та на цшЪровол» отсчет»»ол» блоке 36 появляется результат измерения, который при K,=K = ...= К = К выраи жается формулой

h 40 т 1 1 ге

Е, (1»»-, ) . (8)

»=н

После окончания всего цикла измерений выходной сигнал блока 2 управления сбрасывает счетчики 32 и 33 в нулевое состояние, I» все устройства приходят в исходное состоя»»и.

Ф

Форг»ула изобретения

Устройство для измерения вихревого компонента скорости потока, содержащее 1 обратимых акустических преобразователей, размещенных в вершинах правильного п-угольника, и измерительную схему, состоящую из блока управления, коммутатора, импульсного генератора, усилителя мощности, двух каналов измерения, каждый из которых состо»»т из последовательно соеди»»е»»ных приемного усилителя, амплитудного детектора и нормализатора уровня, первого блока задержки, первого вычитающего блока, пнвертора, трех ключей, двух нуль-органов, двух триггеров, интегратора, одиовибратора логического элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, генератора образцовой частоты, двух схем совпадения, двух счетчиков импульсов, цифровых квадрирующего, делительного и отсчетиого блоков, причем выходы блока управления подсоединены к управляющим входам первого и второго счетчиков им" пульсов, импульсному генератору, коммутатору и второму входу первого триггера, выход импульсного генератора через усилитель мощности подключен к сигнальному входу коммутатора, а коммутатор подсоединен к г» обратимым акустическим преобразователям и входам приемных усилителей, первый вход вычитающего блока соединен с входом пнвертора, второй вход первого вычитающего блока через первый блок задержки подключен .к выходу второго иормализатора уровня, а выход первого вычитающего блока через первый ключ подсоединен к входу интегратора и через первый нуль-орган подключен к первым входам первого и второго триггеров и и управляющему вхо" ду первого ключа, выход интегратора через последовательно соединенные второй нуль-орган, второй триггер, од»»овибратор, логический элемент

НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, первую схему совпадения и первый счетчик импульсов подключен к первому входу цифрового делительного блока, второй вход которого через цифровой квадрирующий

1265619

10 улаф г z

1 бУ1

Йн2

3 4л

Увчь и и Онв) V71

t

8 .

8.

v„, б Он

y V|»a р н, и„ т 1/а

u„

Фи.2

Составитель Ю.Мручко

Редактор Н.Яцола Техред И.Попович Корректор С.Черни

Заказ 5655/39 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðoä» ул.Проектная,4 блок, второй счетчик импульсов и вторую схему совпадения подключен к еди ничному выходу первого триггера, а выход — к цифровому отсчетному блоку, выход генератора образцовой частоты 5 подключен к вторым входам первой и второй схем совпадения, выход инвертора через второй ключ подсоединен к первому входу интегратора, нулевой выход первого триггера подключен к управляющему входу третьего ключа, выходы которого подключены к второму входу интегратора и общему проводу устроиства, выход второго триггера подключен к управляющему входу второго ключа и второму входу логического элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ» о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения, в него дополнительно введены второй 20 бУ 1 и«

0 вычитающий блок, четвертый и пятый ключи и второй блок задержки, причем второй блок задержки включен между выходом первого нормализатора и входом инвертора, первый и второй входы вычитающего блока подключены соответ-, ственно к выходам первого и второго амплитудных детекторов, а его выход подключен к управляющим входам четвертого и пятого ключей и второму управляющему входу первого счетчика импульсов, в качестве которого применен реверсивный счетчик импульсов, четвертый ключ подсоединен входом к входу второго блока задержки, а выходом — к выходу второго блока задержки, пятый ключ подсоединен входом к входу первого блока задержки, а выходом — к выходу первого блока задержки. /асть б