Цифровой ультразвуковой измеритель скорости движения воды

 

СПИ(:АНИЕ

Респуслкв

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свпд-зу— (22) Заявлено 29.88.73 (21) 1898976/18-1О

ФФс присоединением заявки—

Государственный квмнтет

Совета Мнннстров СССР оо делам нзвбретеннй н атквытмй (23) Приоритет—

Опубликовано О5.12.75. Бюллетень М 45

Дата опуолпко=-аппя списания 09.08.7б (72) Авторы изобретения

K). И. Абгаров и X. C. Тяп (71) Заявитель

Киргизский научно-исследовательский институт водного хозяйства (54) ЦИФРОВОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ

ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ВОДЫ

Изооретепие относится к техн,!,ëe п=,мс осJ ния скорости движения жидких сред с помощью ультразвука и может, найти прпьмененпе при измерениях скорости движения воды з открытых упорядочечных руслах.

Известны измерители скорости дв»жения воды, содержащие приемно-передающие элементы, размещенные на лротивоположных стенках канала под некоторым углом к направлению движения потока, усплитель. смеситель, фильтр низких частот, формирователь, генератор заполняющих пмпульсоэ и управляемый электро»ный счетчик пм: óëьсов. Однако известные измерители скорости движения жид<ости при их ислользозанпп для измерений B загрязненных открытых py" ах имеют низкую точность и малую надежность из-за зчачительных колебаний амплитуд принимаемых импульсов.

Цель изооретения — повышение точности из мерепий и надежности. Это достигается благодаря тому, что устройстзо содержит генератор качаю|цейся частоты с модуляцией по пилообразному закону, соединенный .-.òî высокочастотному выходу со зходом введенного в устройство коммутатора направле-iHII, коммутируемые, выходы, которого подключены:к излучающему I приемному элементам, и 3. одом смесителя, IpH этом выход коммутатора направлений соединен черсз тель с другим входом смесителя, подключенного по выходу через фильтр низких частот ко входу схемы выделения:измерительного периода, низкочастотный выход генератора качающейся частоты соединен через фор мирователь со,входом коммутатора направлений, входом схемы выделения измерительного периода и входом схемы управления счетчиком импульсов, выходы которой «счет», 1О «ста рт» и «стоп» соединены с соответствующими входами управляемого счетчика, а выход генератора качающейся частоты подключен,к одному из входов схемы зыделечия измерительного периода, На фиг. 1 представлена функционяльчая схема предлагаемого измерителя. Оча состоит,из генератора качающейся частоты 1, .соединенного i»o высокочастотному выходу со входами смесителя 2 и коммутатора»алравлений 8, коммутируемые выходы которого подключены к излучающему и приемному элементам 4, а выход его соединен через усил итель 5 с другим входом смесителя 2, в.-1ход которого через фильтр низких частот 5

25 подклктчен ко входу схемы А — выделения измерительного периода. Кроме того, по низкочастотному выходу (выход пилообраз»ого напряжения) генератор качающейся частоты

1 через формирователь 7, формирующий короткий импульс в ьмо»eнт излом а пилообразС вЂ” V

44Fj„,L

С вЂ” V л (2) где AF ного на<(ряжения, соединен со входо.ч кзммутатора на.-(pBB.(CHIlé д, зходом схемы А

ыд ",е-..ия измерительного периода, входом схе:.:ы Б у1правления счетчиком 8, выходы

Оторой «cHCT», «cTapT», и <<стоп>> сосдннены с: СООтзетству(ощих(н входами управляемо:o счетчика импульсов 8, а выход ге(ера-.ора заполняющей частоты подключен к О,Hoлму нз входов схемы А. Причем схема А состоит

1:з двух триггеров 9 н 10, двух схем «И» 11 и 12 и одной схемы «И — IE» И, а схем.-, Б состоит из триггера 14, ревер пвного "чет-;:.ка 15, схемы «И» lб, схемы «НЕ» 17, схемы формирования 18 и генератора заполне:(пя 19.

Пр (:(цип работы предлагаемого измерителя ocHîâàí (а том, что:Io направлению движсния потока и IipoTHB H3л? чаются и Hpli((имаются частотно-модулированные по пилооо1Эазному закон j ультразвуковые ко тебания, по каждому из направлений определя;отся частоты биений между излучекными и принятым;. колебаниями, а скорость дви?кения исследуемой жидкости определяется через раз:(oсть периодов биений.

На фиг, 2 сплошной линией показан закон изменения частоты излучаемого сигнала F„, а штр!1хо!вой — принимаемого F q, который сдзинут относительно излучаемого сигнала на время Т, равное времени распрострапе.(ия ультразвуковых колебаний от излучателя до п1?(?(емиика. При сх(ешепии излучаемого и принимаемого сигналов легко можно выделить частоты биений, периоды, которых равны пря излучении по направле((ию движеi(HH потока пр(и излу;енин против зижения потока максимальное отклонение частоты от cpea(leго значения Fо (девиация частоты); частота и пср:.(Од модуляци!(си"нала (частота и период пилообразного напряжения); базовое расстояние между и.",лучающим и приемным элементами; скорость звука в исследуемой жидкости; скорость движечия жидкости.

CI<0 ость движения исследуемой жидкости ,!о.; T <;ыть определеча через разность пеpH=!0B бHeHHé по следующей формуле:

2AF . f„.,L (T=+ 7о — ((3)

COSH где 0 — угол между направлением двнже5 (О (5

Зо

З5

65 ния,потока и направлением распространения сигналов.

1хак в<идно из формулы (3) величина V созерше(гно не зависит от С вЂ” скорости звука з исследуемой жидкости„а зависит от внутренних параметров устройства 5F и j„,, ;*To дает возможность осуществлять измерен:-IЯ с зысокой точностью, при больши., значениях L (например, L =! — —: !0 .1() незавнс((мо От cTe(leHI(загряз((еl((lя жидкости, так как рабочую частоту можно,выорать в (; аг(азоне, где затухание ультразвука от юоительно .чало. Скорость движения жидкости, согласно формуле (3), пропорциональна разности периодов оиеш(й, которая выделяется с ломощыо решаlощей схел(ы, а зол(((ина скорости получается путем насчета числа заполняющ((х :(мпульсоз "a вре.(я (T4 — T;, ).

При ie. il единица измерю?(ия с opocTH O.(pe.(еляется подбором "IBcTQTbi заполня(ощих импульсоз, девиации частоты ЛЕ или частоты модуляции j„, для различных значений L.

Измеритель работает следующим образом.

Частота генератора качающейся частоты

I, промодулированная пилообразно, подается на вход коммутатора направлений 3, который осуществляет периодичес <ое переключение направления излучения с удвоенной частотой модх ляции, путем переключения излъ<чающего и приемного элементов 4 и одновременно на один из входов смесителя 2. Излученный сигнал, пройдя сквозь среду, принимается лриемным элементом и через коммутатор направления поступает на вход усилителя 5, зыхода которого подается на второй вход смесителя 2. После смешения излученного и принятого сигналов в смесителе выделяется частота биений, которая че(рез фильтр низких частот б поступает -IB вход схе Ib(А — вь(делеч(ля измерительно,o периода. Работает она следующи<м образом.

В момент начала пилы через формирователь 7 на триггеры 9 и 10 поступает импульс

c,>ooñà, устанавливающий их B исходное состояние (ка<к,показано на фиг. 2) . Первый импульс с выхода фильтра б, проходя через схему «И — HE» l8, идет на счетный вход три "ena 9 и опро(<идывает его. Следующий импульс переводят триггер 9 в исходное состояние, (lpiH этом тр((ГГер 10 Опрокидывается и потенциалы с триггеров 9 и 10 открывают схему «И» — 12, и ча"тОта (например, 1

24F f„L или 10 лг(4 при — — " — = 10", где и — цеcos6 лое число) с выхода генератора 19 постулает на вход реверсивного счетчика 15, зключенно(го в этот момент на суммировачие,потенциалом с управляющего триггера 14, который запускается импульсами от формирователя 7. Третий импульс, приходящий на с четный вход триггера 9, вновь опрокидывает его, схема 12 закрыйается, прекращается счет заполняющих импульсов, а схема

l1 открывается и своим выходным потенциа494693 лом запирает схему 18. В т"i

В ьед а ет ч ер ез c x e i! y 1 5 c T a p T o bi;! им IvJIbc,äëH запуска упраВляемОГО электро .1ного счетчика импульсов 8, на счетный Вход

1<оторого Одновременно поступает ч11сло импульсов со схемы !2, равное разност". (T„- . — T„- ). Импульсы сброса реверсивного счетчика и «старта» формируются схемой

17 Hри переходе управляющего триггера 14

HoJIo>KBHие (<суим11рОВаеIия>>, а схема «И>>И необходима, чтобы предотврате1ть попа;ание сипнала <.старта» на вход управчяемого с етчика 8 при сбросе реверсивного счетчи <а 1>.

Для соблюдения правильной очере гно..T;i заетисп <измерительных периодоз в реверсизный счетчик 15, предусмотрена схема фаз11ровапия 18, которая выдает допол:-1ительны11 им Г1уJiьс па счетный Вход управляющего тр i"repa 14, при отсутствии импульса «старта; >.

Сброс в упра вляемом счет ике импульсов 8 лро11сходит автоматически.

Предмет изобретения

Цифровой ультразвуковой измер:1тель скорости движения воды, содержащий приемно:.среда1ощие элементь1, размещаемые на противоположных стенках канала под некоторым углом к Hàправлени1о движения потока, усп:."..тель, смеситель, фильтр низких частот, ф рм.fpof:àòcëb, упразляемый электронный

c ":åT÷f1,<,импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точност>п пзмере:1ий и надежности, он содержит гене:>атор качающейся частоты с модуляцией по пплоооразному закону, соединенный по высо1<о<частотному выходу со Входом введенного в устройство коммутатоpа напра Вле:.11111, коммiJ Tff pуpмые вь1ходь1,которого подкл10чен61 и пзлус!ающс му и приемному элементам, и входам смесителя, Hp!! этсем Выход коммутатора направлений соедипе;1 через ус<илптель с дм>г11м ВхоДОЕМ СМЕСИТЕЛЯ, ПОДЕ<ЛЮЧЕННОГΠ— О ЗЫХОДУ через ф:Елыр низких частот ко :"êoäó схе 1ы

Выделе11ия:1змерительного периода, низкочастотный выход генератора качающейся частоты соединен через формирователь со входо:;.

i;oммутатора:IaHpasлений, входом схемы выделен: я измереительного периода п Входо:!

25 схемы управления счетчиком импульсОВ, вь:ходы .которой «счет», «старт» и «стоп» соедп:-:.С11ы = соответствующими входами у!Ipàâëèåмого счетчика, а выход генератора качающейзп ся частоты подключен к одному пз входов схемы Выделения измерительного периода.

Ре"ахто-: О. Филипггова

С с =т "- в итал ь B. Пирогов

Тскред A. Качышникова

Кор;.ектор И. Скмкина

Заказ 710/901 Изд. ¹ 144 Тираж 902 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»