Двухканальный ультразвуковой измеритель скорости потока

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<11788001 (61) Дополнительное к asr. саид-ву(51) М. Кл. (22) Заявлено 280279 (71) 2730970/18-10

G 01 Р 5/00

G 01 F 1/66 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР яо делам изобретений и открытий (23} Приоритет

Опубликовано 151280.бюллетень ¹ 46

Дата опубликования описания 15.1280 (53) УДК 681.121 (088. 8) (72) Авторы. изобретения

A.Â.Ðàãàóñêàñ и В.Г.Данилов

:Й

Каунасский политехнический институт им.А таыаса СнечкуСа (71) Заявитель (54) ДВУХКАНАЛЬНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ

СКОРОСТИ ПОТОКА

Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и может быть использовано в устройствах для измерения скорости движения жидкости, расходомерах. %

Известны ультразвуковые измерители скорости потока, содержащие две пары пьезоизлучателей и пьезоприемников, генераторы зондирующих импульсов и измерительную схему, работа которых 16 основана на двухканальном зондировании двумя импульсными сигналами, один из которых излучают в направлении потока, а другой излучают против направления потока. При одинаковых 15 расстояниях между электроакустическими преобразователями измеряют раэностную частоту повторения генери-, руемых в них импульсов, которая прямо пропорциональна скорости потока(Я. 29

Недостатком таких устройств является ограниченное быстродействие, что фактически исключает возможность измерения флуктуирующей скорости потока, так как для достоверного определения разности частот повторения импульсов в обоих синхрокольцах, требуется интервал времени во много раэ превышающий период повторения импульсов в синхрокольце кана- 30 ла, в котором излучение зондирующего импульса производят против направления потока.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является двухканальный ультразвуковой измеритель скорости потока, содержащий блок вычитания, регистрирующий блок а в каждом канале — генератор зондирующих импульсов, соединенный с пьезоизлучателем и входом преобразователя "временной интервал-цифра"., пьезоприемник, блок обработки импульсных сигналов, выход которого связан с другим входом преобразователя "вре;менной интервал-цифра",блок вычисления обратных величин (2 J.

Недостатком этого устройства является невысокая помехоустойчивость и точность измерений вследствие того, что при флуктуациях потока, которые являются источником мультиплнкативных помех, зондирующий импульс, пройдя контролируемый участок флуктуирующего- потока, сам начинает флуктуировать по амплитуде. Кроме того, принятые акустические импульсы на выходе пьезоприемника из-за эффекта реверберации в ближней зоне

788001 контролируемой среды имеют несимметричную огибающую.

Цель изобретения — повыаение помехоустойчивости устройства и точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в двухканальном ультразвуковом измерителе скорости потока в каждом канале введены корректирующий фильтр, второй преобразователь "временной интервал-цифра", делитель на два, сумматор и блок цифровых вели;чин, корректирующий фильтр включен между выходом пьеэоприемника и входом блока обработки импульсных сигналов, старт-стопный выход которого соединен со входом второго преобразователя

"временной интервал-цифра", выход которого через делитель на два соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу, первого преобразователя" временной 20 интервал-цифра", третий вход сумматора соединен с выходом блока циф. ровых величин, а выход сумматора подключен ко входу блока вычисления обратных величин. 25

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого измерителя скорости потока, на фиг. 2 — графики, поясняющие его работу.

Измеритель содержит две пары пьеэоиэлучателей и пьезоприемников 1,2 и 3,4 (фиг.1), два генератора 5 и 6 зондирующих импульсов, два корректирующих фильтра 7 и 8, блоки 9 и 10 об-. работки импульсных сигналов, первые преобразователи 11 и 12 " временной интервал-цифра", вторые преобразователи 13 и 14 "временной интервал-цифра" делители 15 и 16 на два, два сумматора 17 и .18, два блока 19 и 20 40 цифровых величин, два блока 21 и 22 вычисления обратных величин, блок

23 вычитания и регистрирующий блок

24 °

В канале 1 вход пьезоизлучателя

1 подключен к первому выходу генератора 5 зондирующих импульсов, а выход пьезоприемника 2 через корректирующий фильтр 7 подключен ко входу блока 9 обработки импульсных сигналов.

Второй выход генератора 5 зондирующих импульсов подключен к пусковому входу преобразователя 11 "щМменной интервал-цифра", а первый выход блока

9 обработки импульсных сигналов подключен ко входу остановки преобразова-55 теля .11, выход которого подключен ко второму входу сумматора 17. Стартстопный выход блока 9 обработки импульсных сигналов соединен последовательно через второй преобразователь ц»

13 временной интервал-цифра" длительности принятого импульсного сигнала и делитель 15 на два с первым входом. сумматора 17, к третьему входу которого подключен- блок 19 цифровых величин.

Выход сумматора 17 соединен со входом блока 21 вычисления обратных величин.

В канале Б вход пьезоиэлучателя

3 подключен к первому выходу генератора б зондирующих импульсов, а выход . пьезоприемника 4 через корректирующий фильтр 8 подключен ко входу блока 10 обработки импульсных сигналов. Второй выход генератора 6 зондирующих импульсов подключен к пусковому входу преобразователя 12. Первый выход блока 10 обработки импульсных сигналов подключен ко входу остановки этого преобразователя 12, выход которого подключен ко второму входу сумматора

18. Старт-стопный выход блока 10 обработки импульсных сигналов соединен последовательно через преобразователь

14 "временной интервал-цифра" длительности принятого импульсного сигнала и делитель 16 на два с первым входом сумматора 18, к третьему входу которого подключен блок 20 цифровых величин. Выход сумматора 18 соединен со входом блока 22 вычисления обратных величин.

Первый вход блока 23 вычитания . соединен с выходом блока 21 вычисле. ния обратных величин канала I, а второй вход соединен с выходом блока 22 вычисления обратных величин канала

11. Первый выкод блока 23,вычитания соединен со входами пуска обеих генераторов 5 и 6 зондирующих импульсов, а второй его выход подключен ко входу регистрирующего блока 24. Блоки

9, 10 состоят, например, иэ широкополосных усилителей, амплитудных детекторов и пороговых устройств, соединенных последовательно.

Измеритель скорости работает следующим образом.

После осуществления начального пуска сигналом, подаваемым на зажим "Пуск", выходные импульсы генераторов 5 и 6 зондирующим импульсов поступают на пьезоизлучатели 1 и 3, которые одновременно излучают зондирующие импульсы в контролируемую среду. Одновременно, в момент времени сигналы с выходов генераторов 5 и

6 зондирующих импульсов поступают на пусковые входы преобразователей 11 и

12 "временной интервал-цифра". Прошедшие через контролируемую среду зондирующие импульсы принимаются пьезоприемниками 2 и 4. Выходные импульсы пьезонриемника 2 поступают на вход корректирующего фильтра 7, а приемника 4 — на вход корректирующего фильтра 8. Принятые акустические импульсы на выходе пьезоприемников 2 и 4 изза эффекта реверберации в ближней зоне контролируемой среды имеют несимметричную огибающую (фиг. 2ot). Особенно длинный задний фронт принятых импульсов получается при измерениях скорости газовых потоков. Наличие

788001 корректирующих фильтров 7 и 8 обеспе чинает симметричную колоколообразную " форму огибающей сигналов на их выходах (фиг. 2 д ) . Выходные сигналы корректирующих фильтров 7 и 8 в бл< ках 9 и 10 обработки импульсных сигналов усиливаются, детектируются и

5 поступают на вход пороговых элементов (не показаны) блоков 9 и 10 обработки импульсных сигналон. Перед.ним фронтом выходных импульсов блоков 9 и 10 останавливаются преобра!

О зователи 11 и 12 "временной интервал-цифра" и запускаются преобразователи 13 и 14 "временной интервалцифра" длительности Гн принятого импульсного сигнала. Последние останавливаются задними фронтами выходных импульсон блоков 9 и 10. После остановки всех преобразователей 1114 "нременной интервал-цифра" на выходе преобразователя 11 имеется

i цифровая величина," т С+Чсоз 3 а на выходе преобразователя 12 — цифи -s =

3 d

Г! С ЧсоМ 2 ровая величина

25 где d — расстояние между электроакустическими преобразователями 1-4 и линией, соединяющей их фазовые центры, à — времена задержвк сигнала н

4,2. цепях приема, зависящие от глубины флуктуации принимаемых импульсов, с — — скорость ультразвука в контролируемом потоке.

Времена задержек "1 2 зависят от уровня 0П срабатывания блоков 9 и 10 обработки импульсных сигналов(фиг.23)

При малой амплитуде импульса блоки 9 и 10 срабатывают в момент времени t< 40 (фиг.2 2 ), а при большой амплитуде - н в момент t<. При этом ширина входного импульса преобразователя 13 "временной интервал-цифра" длительности С принятого импульсного сигнала меняется от Гй <4з- 4 g до + A = 4 - 4 2 °

На выходах преобразователей 13 и

14"временной интервал-цифра"длительности принятого импульсного сигнала имеются цифрбвые величины N „ y и

lÅi I где и Т,„- длительности выходных импульсов блокОв 9 и

10. Цифровые величины N1 и и „- в делителях 15 и 1б делятся на два и поступают на сумматоры 17 и 18, на которые также поступают цифровые величины N < « и N C 1- из блоков

1.

Т

19, 20 цифровых величин. Здесь >. и суммарные нремена задержек сигналон в цепях обоих каналов приема, 60 определяемый как .пУ a tI c1

Е Й» Е (1) б где t t -

5 5 — моменты времени, соотнетстнующие экстремумам входных импульсов блоков 9 и 10 (рис.2 Z )

На выходах сумматоров 17 и 18 при этом получаются цифровые величины

=(И +о м „-и )-т н

1 I и г и- =(й" +op - -g< )-z"-, u

Ч I и -Ч (2) В предлагаемом устройстве флуктуация амплитуды импульсов на входе блоков 9 и 10 приводит к двухсторонней симметричной широтно-импульсной модуляции выходных сигналов этих блоков.

При этом ось симметрии, проходящая через моменты времени t и t "- выходного сигнала, из-за наличйя муль5 типликативной помехи не смещается.

Поэтому выражение (2) действительно при любой ширине выходных импульсов блоков 9 и 10.

Предлагаемое устройство увеличивает устойчивость измерителя к воздействию флуктуации принимаемых сигналов по амплитуде,вызываемой мультипликатинной помехой, а, следовательно, увеличивает помехоустойчивость устройства и точность измерений.

Формула изобретения

Двухканальный ультразвуковой измеритель скорости потока, содержащий блок вычитания, регистрирующий блок, а в каждом канале — генератор зондирующих импульсов, соединенный с пьезочзлучателем и входом преобразователя "временной интервал-цифра", пьезоприемник, блок обработки импульсных сигналов, выход которого связан с другим входом преобразователя

"временной интервал-цифра", блок вычисления обратных величин, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости устройства и точности измерений, в каждом канале введены корректирующий фильтр, второй преобразователь "временной интервал-цифра", делитель на два, сумматор и блок цифровых величин, корректирующий фильтр включен между выходом пьезоприемника и нходом блока обработки импульсных сигналон, старт-стопный выход которого соединен со входом второго преобразователя

В блоках 21 и 22 вычисления обратных величин эти цифровые величины преобразуются в обратные цифровые величины

1 N< и 4/N - . Последние поступают на нходй блока 23 вычитания, на выходе которого после окончания счета имеется цифровая величина

788001

Фиг. 2

ВНИИПИ Эаказ 8343/51 Тираж 1019 Подписное

Филиал ППП"Патент,r.ужгород,ул.Проектная, "временной интервал-цифра", выход которого через делитель на два соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого преобразователя "временной интервал-цифра", третий вход сумматора соединен с выходом блока цифровых величин, а выход сумматора

C подключен ко входу блока вычисления обратных величин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 526827, кл. G 01 P 5/00, 1975.

2. Патент ФРГ 9 2431346, :кл. 6 01 Р 5/00, 1976.