Ульразвуковой измеритель скорости потока

 

ОП ИСАН

ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ и1 523355

Союз Советских

Социалистических

Республик т а о (61) Дополнительное к от. овид-ву (22) Заявлено 29.04.75 (21) 2129970 с присоединением заявки Ме (23) Приоритет (51) М. Кл. G OIP 5/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР е нй Опубликовано 30.07.76. Бюллетень по делам изобретений (53) УДК 681.89(088.8) н открытий

Дата опубликования описания 15.09 (72) Авторы изобретения

В. И. Домаркас и В. Г. Данилов

Каунасский политехнический институт им. А. Снечкуса (71) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ПОТОКА

Изобретение относится к области акустических измерений и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для измерения скорости потока жидкостей или газов, а также для измерения скорости движения кораблей и летательных аппаратов, Известны ультразвуковые измерители скорости потока, содержащие два импульсных электроакустических синхрокольца с отдельными электроакустическими парами преобразователей и схему измерения разности частот повторения импульсов, формируемых в этих синхрокольцах, или схему определения разности количества импульсов за определенные промежутки времени (1, 2). В этих измерителях электроакустические преобразователи расположены вдоль потока, и в одном синхрокольце акустические сигналы излучаются по направлению потока, а в другом — против направления потока. При одинаковых расстояниях между электроакустическими преобразователями отдельных синхроколец разностная частота повторения генерируемых в них импульсов получается прямо пропорциональной скорости потока относительно преобразователей.

Ввиду того, что частота повторения импульсов, генерируемых в электроакустических синхрокольцах, определяется расстоянием между преобразователями и акустическими параметрами среды, находящейся между этими преобразователями. При работе таких измерителей скорости потока получаются значительные погрешности из-за разности путей акустических сигналов и из-за разности фи зических характеристик (температуры, состава и др.) рабочей среды в зонах размещения преобразователей.

Эти недостатки устранены в ультразвуковых измерителях скорости потока, работающих с одной парой электроакустических преобразователей и имеющих электронную схему коммутации, обеспечивающую последовательную работу двух импульсных электроакустических синхроколец, в которых преобразователи попеременно работают в режимах излучения и приема.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является ультразвуковой измеритель скорости потока, включающий два обратимых электроакустических преобразователя, два приемника, два импульсных генератора и коммутатор, образующие два коммутируемых в противоположных на25 правлениях синхрокольца, блок выделения сигналов разностной частоты и индикатор (3).

В этом измерителе информация о скорости движения среды относительно электроакустических преобразователей выдается в конце

30 полного цикла коммутации, поэтому он не

523355

2д

AF = F, — Р, = 2v/l.

65 обеспечивает высокого быстродействия измерения и не может быть использован для измерений в случаях быстрых изменений скорости движения среды. Так как в одном полупериоде коммутации суммируются импульсы, формируемые в синхрокольце, в котором акустические сигналы распространяются в направлении течения, а в другом полупериоде вычитаются импульсы, формируемые в синхрокольце, работающем в противоположном направлении, любое изменение скорости среды в течение полного цикла коммутации вызывает погрешность измерения.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерений.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в каждое синхрокольцо введены когерентный генератор с памятью, ключ и триггер, причем входы когерентных генераторов подключены к выходам соответствующих импульсных генераторов, а их входы — к блоку выделения сигналов разностной частоты и к одному из входов ключей, выходы которых подключены к входам импульсных генераторов, а вторые управляющие входы — к триггерам, управляющие входы которых подключены к выходам приемников и к коммутатору.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого измерителя скорости; на фиг. 2, а-и— временные диаграммы, поясняющие его работу.

Измеритель скорости содержит электроакустические преобразователи 1, 2, расположенные в измеряемом потоке, ждущие импульсные генераторы 3, 4, приемники 5, 6, коммутатор 7, когерентные генераторы 8, 9 с памятью, ключи 10, 11, триггеры 12, 13, блок 14 выделения сигналов разностной частоты и индикатор 15.

Измеритель скорости работает следующим образом.

Электроакустические преобразователи 1, 2, импульсные генераторы 3, 4 и приемники 5, 6 образуют два электроакустических синхрокольца, работа которых при помощи коммутатора 7 управляется таким образом, что в один полупериод коммутации подаются открывающие импульсы (фиг. 2,а) на приемник 5 и импульсный генератор 3, а в другой полупериод коммутации (фиг. 2, б) — на приемник 6 и импульсный генератор 4. Таким образом, в одном полупериоде коммутации в одном электроакустическом синхрокольце формируется серия импульсов (фиг. 2, в), частота повторения которых FI — — (с — v)/l, где с скорость акустических волн в неподвижной среде измерения, v — скорость потока относительно преобразователей, 1 — расстояние между преобразователями, а в другом полупериоде коммутации в другом электроакустическом синхрокольце генерируется серия импульсов (фиг. 2,г) с частотой повторения

Fq — — (c+v) /l.

Во время работы электроакустического синхрокольца с генератором 3 от этого генератора синхронизируется по частоте и фазируется по фазе когерентный генератор 8 с памятью, а во время работы синхрокольца с генератором 4 синхронизируется и фазируется когерентный генератор 9 с памятью. Память каждого когерентного генератора выбрана такой, что частота генерируемых им импульсов остается неизменной и в полупериод коммутации, когда на него не подаются фазирующие импульсы от импульсного генератора соответствующего электроакустического синхрокольца.

Для того, чтобы исключить переходные процессы при фазировании когерентных генераторов в момент перехода из одного полупериода коммутации в другой, первый импульс в цикле работы электроакустического синхрокольца запускается импульсом с выхода когерентного генератора. С этой целью выходы когopBHTHblx генераторов через ключи 10 и 11 соединены соответственно с запускающими входами импульсных генераторов 3 и 4. Ключи 10 и 11 открываются импульсами триггеров 12 и 13 (фиг. 2,д,е), которые формируются путем перевода триггеров в рабочее состояние в начале рабочих циклов соответствующих электроакустических синхроколеп и путем перевода в начальное состояние в момент приема акустических сигналов, прошедших от электроакустичеокого излучателя к приемнику.

Так как триггер в рабочее состояние может переводиться только передним фронтом импульсов коммутатора, импульсные генераторы 3 и 4 в начале рабочего цикла соответствующих электроакустических синхроколец запускаются прошедшими через ключи 10 и 11 импульсами когерентных генераторов 8 и 9, а далее электроакустические синхрокольца работают в режиме синхрогенерации, т. е. прошедший рабочую среду и принятый приемником сигнал запускает импульсный генератор. Таким образом, на выходах когерентных генераторов 8 и 9 формируются непрерывные последовательности импульсов с частотами повторения F и Fz (фиг. 2,яс и з), Эти импульсы подаются на блок выделения сигналов разностной частоты, а с выхода этого блока сигналы (фиг. 2, u) подаются на индикатор — частотомер 15, показания которого пропорциональны скорости потока, так как разностная частота

Использование когерентных генераторов и схем фазирования импульсных генераторов электроакустических синхроколец выходными сигналами когерентных генераторов позволяет существенно увеличить быстродействие измерителя скорости потока и соответственно повысить точность измерения в случае нестационарных потоков, что значительно расширяет область его применения.

523355

Формула изобретения

Ультразвуковой измеритель скорости потока, включающий два обратимых электроакустических преобразователя, два приемника, два импульсных генератора и коммутатор, образующие два ксммутируемых в противоположных направлениях синхрокольца, блок выделения сигналов разностной частоты и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерений, в каждое синхрокольцо введены когерентный генератор с памятью, ключ и триггер, причем входы когерентных генераторов подключены к выходам соответствующих импульсных генераторов, а их выходы — к блоку выделения сигналов разностной частоты и к одному из входов ключей, выходы которых подключены к входам импульсных генераторов, а вторые управляющие входы — к триггерам, управляющие входы которых подключены к выходам приемников и к коммутатору.

Источники информации, принятые во вни1ð мание при экспертизе:

1. Патент США № 3625057, кл. 73 — 194А, 07. 12.71.

2.,Патент Великобритании № 1347351, кл.

Н 4D, 20.02.74.

15 3. Патент ФРГ № 1244451, кл. 420,15, 13.07.67, 523355 фиг 2

Составитель Е. Литвинов

Техред А. Камышникова Корректор Л. Котова

Редактор Т. Рыбалова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1790/13 Изд. ¹ 1549 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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