Акустический корреляционныйспособ измерения скорости потокажидкости

 

СОЮЗ COQOtCKNX

Социалистически

Республик >808937

S г (61) Дополнительное к авт. свид»ву (51)М. Кл.

G 01 Р 5/00

G 01 - -F 1/66 (22) Заявлено 03.0579 (21) 2762142/18-10 с присоединением заявки МР

Государственный аемятет

СССР по делам нзобретеяяй я открытей (23) Приоритет

Опубликовано 28.02,81. Бюллетень Н9 8 (53j УДК 582 ° 574 (088. 8) Дата опубликования описания 2802.81 (72) Авторы изобретения

A.È.Ëoìåéêî, A.A.Ëþáèöêèé, И.Е.Островский, A.Ä.ÐoçåHáåðã и В.Г.Сумцов

I

Научно-исследовательский институт радиофи ики и электроники AH Украинской CCP (71) Заявитель (54 J АКУСТИЧЕСКИЙ КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ СПОСОБ

ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к гидроакустике и может быть применено на судах н других плавающих объектах для дистанционного .неконтактного определения скорости течения в морях и океанах на значительных глубинах, Известен акустический способ измерения скорости потоков жидкости путем облучения потока жидкости двумя импульсными ультразвуковыми сигналами вдоль некоторого направления и скорости течения и приема эхо-сигналов, отраженных от одних и тех же рассеивающих областей потока. Способ характеризуется тем, что измеряют разность времени прохождения первого и второго эхо-колебаний (13, Известен также акустический способ измерения скорости потока жидкос ти в трубопроводах, заключающийся в наклонном вводе двух акустических сигналов s среду по направлению потока и против него,.приема двух эхосигналов и определения разности времени их прихода, которая является мерой скорости потока (2).

Однако, эти способы реализуются только в том случае, когда излучатели и приемники акустических сигналов находятся в непосредственной близости от потока.

Наиболее близким к .предлагаемому является акустический корреляционный способ измерения скорости потока жидкости, заключающийся в том, что используют состоящую из двух каналов систему приемопередатчиков для облуо чения потока импульсными акустическими сигналами, принимают от двух равнонесенных вдоль потока на фиксированное расстояние рассеивающих областей и модулированных ими сигналы, выделяют их огибающие, фильтруют и измеряют коэффициент взаимной корреляции огибающих (3) .

В указанном. способе используют двухканальную систему приемопередатчиков, разнесенных на фиксированное расстояние g d вдоль трубы. Облучают в поперечном направлении импульсными акустическими сигналами движущийся со скоростью V в трубе поток жидкости, содержащий естественные рассеивающие центры, которыми могут быть флуктуации показателя преломления, взвеси и т.д., движущиеся вдоль трубы в когерентной форме с потоком. В прошедших через поток модулирован30 ных по амплитуде рассеивающими облас808937 тями акустичеоких сигналах выделяют огибающие, фильтруют и измеряют коэффициент взаимной корреляции (КВФ), прошедший через фильтры двух сигналов x(t) и y(t) в терминах временно го сдвига: ()= е — хУ у(++им. хс" т- т о

Максимум этой функции наблюдается при значении временного сдвига щ, соответствующего времени прохождения рассеивателями а, следовательно, и потокам расстояния d.d между приемопередатчиками, что позволяет определять скорость потока Y=- - - . а<2

В известном способе поток жицко"ти, скорость которого измеряют, должен быть расположен между приемопередатчиками, что существенно затрудняет его использование для неконтактного дистанционного измерения скоростей течения потоков в открытых водоемах, морях и океанах.

Цель изобретения - обеспечение возможности дистанционного неконтактного определения скорости потоков жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что поток сблучают под углом к направ= лению его скорости, а перед фильтрацией с помощью стробирования выделяют два сигнала, отраженные от двух разнесенных вдоль луча рассеивающих областей.

Облучение потока жицкости акустическими сигналами под углом d. к направлению скорости потока позволяет выделить составляющую скорости Ч рассеивателей в потоке на акустическнй луч, которые перемещаются вместе с потоком в когерентном виде. Это справедливо при выполнении условия, что продольная диффузия рассеивателей мала по сравнению со средней ско- 4О ростью потока жидкости. Составляющая скорости потока Ч =Чд eosd., где

Чд — азимутальная составляющая.

Стробировайие осуществляет выделение двух эхо-сигналов, отраженных от двух разнесенных вдоль .луча на фиксированное расстояние рассеивающих областей, рассеивающие неоднородности которых " замороженно" переносятся потоком из объема а в объем б, пересекая нри этом диаграмму направленно ти, Вследствие этого, флуктуации

or бающих сигналов, рассеянных объема и.а и б оказываются статически взаимосвязанными и вычисление взаимной корреляционной функции (BKC) дает возможность определить время, в течение которого рассеиватели переносятся потоком из объема а в объем б, Предлагаемый способ позволяет получать осредненные во времени (процедурой вычисления ВКФ) и по пространству (размерами диаграмм) значения составляющей скорости на луч на больших расстояниях от излучателя (100200 м), так как используют импульсные акустические сигналы частотой 20100 кГц, поглощение которых в толще воды невелико.

Предлагаемый способ включает следующие операции.

Исследуемый поток облучают импульсными акустическими сигналами частотой 20-100 кГц под углом к скорости потока.

Принимают отраженные эхо-сигналы, модулированные рассеивателями среды, Выделяют огибающую модулированных сигналов.

Стробированием выделяют два эхосигнала, отраженные от двух разнесенных вдоль луча на фиксированное расстояние рассеивающих областей.

Выделенные сигналы фильтруют.

Измеряют временную взаимную корреляционную функцию отфильтрованных сигналов.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего данный способ, Исследуемый поток облучают импульсным акустическим сигналом передатчика 1 с помощью преобразователя

2 с диаграммой направленности 5-10 поц углом 30-60о к горизонту. Ограженныэ от рассеивателей, находящихся в потоке жидкости, эхо- сигналы поступают в приемник 3, в котором сигналы усиливают. Далее сигналы поступают в амплитудный детектор 4,, в котором выделяют огибающую эхосигналов. Далее сигналы стробируют в схеме стробирования, состоящей из генератора 5 стробов и двух стробирующих каскадов б и 7,,в которых выделяют эхо-сигналы, отраженные от рассеивающих областей а и б, разнесенных вдоль луча на фиксированное расстояние дй. Выделенные сигналы поступают соответственно на фильтры

8 и 9 первого и второго каналов, а затем коррелометр 10, в котором измеряют временную корреляционную функцию флуктуаций огибающих сигналов, рассеянных вдоль луча объемами а и б. Временная взаимная корреляционная функция флуктуаций амплитуды двух эхо-сигналов имеет максимум, смещенный относительно нуля на интервал времени Ф, в течение которого рассеиватели из объема а попадут в объем б, переносимые потоком в направлении акустического сигнала.

Результаты измерения поступают в выходное устройство 11. Работа всей схемы синхронизируется задающим генератором 12.

Таким образом, скорость V, с которой перемещаются рассеиватели (а следовательно, и поток жидкости в целом) в направлении акустического сигнала, определяется как

2

808937

Формула изобретения

BJHHIIH Заказ 402/47 Тираж 918 Подписное

Филиал ППП "Патент",Г.ужгород,ул.Проектная,4

Составляющая скорости потока жидкости Ч, связана с азимутальной скоростью потока V> следующим образом

Ч =Ч - Соз d

Таким образом, предлагаемый спо- . соб реализуется для измерения скорости достаточно протяженных потоков (река, канал, море), где реализация известного способа невозможна без погружения излучателей и приемников в исследуемый поток на разные глубины со строгой фиксацией взаиморасположения, Кроме того, для реализации предлагаемого способа достаточно одноканальной системы приемопередатчика,в то время как в известном использу- 15 ются два когерентных акустических излучателя.

Акустический корреляционный способ измерения скорости потока жидкости, включающий в себя облучение потока импульсными акустическими сигналами, прием отраженных от рассеивающих областей и модулированньйГ ими сигналов, выделение их огибающей фильтрацию и,измерение коэффициента взаимной корреляции, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обеспечения возможности дистанционного неконтактного определения скорости по-, токов, поток облучают под углом к направлению его скорости, затем перед фильтрацией с помощью стробирования выделяют два отраженных сигнала, Источники информации, принятые во внимание,при экспертизе

1, Патент CIQA В 3914999, кл. 73-194 А, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

М 459731 кл, 0 01 Р 5/00, 1969, 3. Патент Великобритании М 1359151, кл. Н 4 D 1974.