Ультразвуковой способ измерения скоростипотока

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«>847205 (61) Дополнительное к ввт. свид-ву (22) Заявлено 291079 (21) 2834123/18-10 (51 )М. Кл.

G 01 P 5/00 с присоединением заявки ¹. (23) Приоритет.Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий

Опубликовано 150781Ьюлветень Н926 (53) УДК 621.317. .39(088.8) Дата опубликования описания 150781

/ (54) УЛЬТРАЗВУКОДОИ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ

СКОРОСТИ ПОТОКА

Изобретение относится к. акустическим .измерениям и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для измерения скорости потока, в ультразвуковых измерителях скорости потока при контроле за ходом технологических процессов и управления динамической скоростью потоков.

Известен ультразвуковой способ измерения скорости потока, основанный на зондировании потока ультразвуковыми импульсными сигналами, один иэ которых излучают в направлении потока, а другой излучают против направления 15 потока, причем скорость потока определяют по разности частот высокочастотных колебаний, заполняющих зондирующие ийпульсы (11 .

Однако этот способ не может быть. 29 использован для измерения скорости турбулентных потоков, содержащих газовые пузырьки и твердые частицы иэза быстрой и глубокой мультипликативной помехи., вызываемой потоком 25 и приводящей к грубым погрешностям измерения.

НаиболЕе близким по технической сущности к предлагаемому является ультразвуковой способ измерения ско- Зр рости потока, основанный на зонди" ровании исследуемого потока ультра звуковыми импульсами, один из которых излучают в направлении потока,,а другой — против направления потока, приеме прошедших через исследуемый поток импульсов и определении величи" ны скорости потока по разности величин, обратных полученным значениям . времен задержек ультразвуковых импульсов, прошедших исследуемый поток в направлении потока и против него (2 .

Однако .в данном способе быстроиэменяющееся затухание ультразвуко-. вых импульсов.в турбулентных потоках, содержащих твердые частицы и пузйрьки газов, приводит к быстрой мультипликативной помехе, которая вызывает срывы и грубые погрешности измерения, достигающие несколько сотен процентов от измеряемой скорости.

Цель изобретения — увеличение точности измерений и обеспечение возможности измерений в турбулентных потоках, содержащих частицы твердых тел и газовые .пузырьки. .Поставленная цель достигается тем, что в соответствии со способом

847205

40 перед излучением несущую частоту зондирующих ультразвуковых импульсов манипулируют по бинарному закону, параллельно спектр зондирующих импульсов предыскажают, затем прошедшие через исследуемый поток импульсы и предыскаженные импульсы ограничивают по амплитуде и детектируют, причем по каждому из направлений зондирования время задержки ультразвукового импульса определяют по времени между линиями симметрии принятого ультра-. звукового импульса и предыскаженного зондирующего импульса.

На фиг. 1 представлена упрощенная блок-схема устройства; реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 15 временные диаграммы, В блок-схему входят два идентичных обратимых электроакустических преобразователя 1 и 2, помещенных в исследуемый поток, вектор скорости 20

V которого составляет угол 4,с базой d между преобразователями 1 и 2, коммутатор 3 направления излучения, передатчик 4, состоящий, например, йз усилителя мощности 5, частотного р5 модулятора б и блока 7 формирования манипулирующих импульсов, приемник 8 обнаружения сигналов состоящий, например, иэ усилителя 9, порогового устройства 10 и ключа 11, фильтр 12 предыскажения, аттенюатор 1 З„.ограничитель 14, частотный детектор 15, формирователь 16 и арифметическое устройство 17.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что зондирующий сигнал U„,„ - (с) (фиг. 2) на выходе передатчика 4 формируют бинарной манипуляцией несущего колебания . Манипуляцию осуществляют преобразованием,в .блоке 7 входного импульса

0 „ (с) (фиг. 2), поступающего иэ арифметического устройства 17, в манипулирующие импульсы U ц„ (t), Этими импульсами в частотном манипуляторе б манипулируют частоту несу- 4 щего колебания таким образом, что до момента с, внутРи импУльса -08@ „5(t) генерируется колебание с частотой

f,,а после момента t с частотой f<, причем аf f< - С„ С fu где fî - 5p частота настройки электроакустических преобразователей 1 и 2. Выходной .импульc U „„,„ (t) передатчика 4 одновременно подводят к коммутатору 3 и, через фильтр 12 и аттвнюатор 13, ко входу приемника 8. Комплексная функция передачи K< (j ) фильтра 12

Установлена из условия K< (j ) K„(jw), где К„(j е) = К > (j и) «комплекснйе характеристики передачи электроакустических преобразователей. 1 и 2. По- 4Ц этому линия симметрии выходного импульса 0 „ц,„а (с) фильтра 12 претерпевает задержку а ь, равную суммарной параэитной задержке зондирующего сиг нала в электроакустических преобразователях 1 и 2. Импульс 0 (t)

Ьь х qg тенюаторе 23 ослабляют до уровня

I не перегружающего приемник 8,про пускают через усилитель 9, ограничитель 14...с уровнем ограничения 0 о (фиг. 2}, ключ 11, который эамыкАется выходным импульсом порогового устройства 10 с порогом обнаруЖения

U< при превышении сигналом порога U а также через частотный детектор 15, линия симметрии выходного импульса

U +, (t) которого пересекает ось вращения в момент t, +ьд .

Ультразвуковой зондирующий сигнал, прошедший через исследуемый поток за время (фиг. 2)>пропускают через цепи приемника 8 аналогичным способом. Энергию зондирующего ультразвукового импульса устанавливают такой,чтобы при работе с потоком, содержащим твердые частицы или газовые пузырьки, а также с турбулентным потоком, приводящих к флуктуациям ам-. плитуды принимаемого импульса, амплитуда принимаемого импульса У„, на входе блока 24 превышала порог

00, т.е. U ) U с заданной вероятностью. При этом линия симметрии принятого импульса на выходе частотного детектора 1 5 пересекает ось времени в момент t> независимо от вели-. чины амплитуды принятого импульса (фиг. 2), а временной интервал. между осями симметрии предыскаженного зондирующего импульса и принятого импульса t< - (с, - 5, ) -, т.е..равен задержйе ультразвукового импульса в исследуемом потоке, причем величина Г не зависит от затухания зондирующего ультразвукового импульса в потоке. Этим обеспечена возможность измерений в турбулентных потоках, содержащих частицы твердых тел и газовые пузырьки.

Величину измеряют и запоминают в арифметическом устройстве 17, работающем по алгоритму

М К(- — — ) Ч, ЬЪ1 МЪ.З где М вЂ” выходная величина арифметического уст.Ройства 17;

К - постоянный коэффициент.

I и .1=

° С+чсоэ . задержка ультразвукового сигнала в потоке при излучении в направлении потока; с — скорость ультразвука в потоке;

Ч вЂ” измеряемая скорость потока эадержйа ультразвуС- %coded. нового сигнала в потоке при излучении против направления потока.

Коммутацию направления излучения осуществляют с помощью коммутатора ), 847205

Формула изобретения

Ультразвуковой способ измерения скорости потока, основанный на зон- 7Q дировании исследуемого потока ультразвуковыми импульсами,.один иэ которых излучают в направлении потока, а другой — против направления потока, приеме прошедших через.-исследуемый поток импульсов и определении велиуправляемого арифметическим устройством 17.

В предлагаемом способе величины ь и 7>< измеряются без пс грешностей, связанных с параэитной задержкой A ü зондирующего импульса в электроакустических преобразователях

1 и 2. Этим увеличена точность измерений.

Предложенный способ может найти . применение в ультразвуковых измери- . телях скорости потока и расхода в системах автоматического контрсля со.стояния и управления системы подвода жидкого горючего энергетических установок летательных аппаратов. чины скорости потока по разности величин, обратных полученным значениям:времен задержек ультразвуковых, импульсов, прошедших исследуемый поток в направлении: потока и против него, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерений, перед излучением несущую частоту зондирующих ультразвуко- вых импульсов манипулируют по бинарному закону, параллельно спектр зон- . .дирующих импульсов предыскажают, за- . тем прошедшие через исследуемый поток импульсы и.предыскаженные импульсы ограничивают по амплитуде и детектируют, причем по каждому иэ на5 правлений зондирования время задержки ультразвукового импульса определяют по времени между линиями симметрии принятого ультразвукового импульса и предыскаженного зондирующего импульса..

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 162335, кл. G 01 F 1/66, 1963.

2. Патент ФРГ М 2431346, кл. G 01 P 5/00, 1976 (прототип), 847205

Фиг.2

Составитель Н, Бурбело

Редактор О, Персиянцева Техред +,öóæèê Корректор С. шекмар

Ф

Заказ 5478/70 Тйраж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4