Ультразвуковой измеритель пульсирующих скоростей потока Советский патент 1984 года по МПК G01P5/24 G01F1/66 

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для измерения скоростей пульсирующих потоков, а также при контроле за ходом технологических процессов и управлении динамическо скЬростью потоков. .Известно устройство для измерен пульсирукядих скоростей потока, содержащее электроакустические преоб разователи, приемник импульсных сигналов, передатчик импульсных сигналов, коммутатор, включенные н схему синхрокольца, и регистрирующ блок ij . Недостатком этого устройства яв ляется ограниченное быстродействие измерений, что фактически исключае возможность измерения быстрых пуль саций скорости потока, так как для достоверного определения разности частот повторения импульсов в синхрокольцах требуется большой интер вал времени. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковой измеритель пульсирующих скоростей потока, содержащи два обратимых 3JjeKTpoaKycTH4ecKHX преобразователя, подключенных чере коммутатор к передатчику и приемнику импульсных сигналов, импульсн генератор, регистр сдвига, вычисли тельное устройство,преобразователь временной интервал - цифра, выход которого через блок деления подклю чен к блоку вычитания, синхронизатор и регистратор 2 . Недостатком известного устройст ва является ограниченная точность быстродействие измерений при работ ,с пульсирующими потоками. Целью изобретения является повышение точности и увеличение быстродействия измерений. Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковой измеритель пульсирующих скоростей потока содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, подключенных через коммутатор к передатчику и приемнику импульсных сигн лов, преобразователь временной интервал - цифра, выход которого чере блок деления подключен к первому блоку вычитания, синхронизатор и регистратор, дополнительно введены два усилителя напряжений, второй блок вычитания, аналоговый регистратор, интегратор, два аналого-цифровых преобразователя, два блока извлечения квадратного корня, блок вычисления отношения и блок перемножения, причем входы второго блока вычитания через усилители напряжений подключены к коммутатору, его первый выход через аналоговый регистратор и первые аналого-цифровой преобразователь и блок извлечения квадратного корня подключен к первому входу блока перемножения, его второй выход через интегратор и вторые аналого-цифровой преобразователь и блок извлечения.квадратного корня подключен к второму входу блока вычисления отношения, первый вход которого подключен к выходу первого блока вычитания, а выход к второму входу блока перемножения, выход которого подключен к регистратору, при этом вход преобразователя временной интервал - цифра подключен к выходу приемника импульсных сигналов, а выходы синхронизатора подключены к управляющим входам коммутатора, передатчика и приемника импульсных сигналов, преобразователя временной интервал - цифра, блока деления , первого блока вычитания, аналогового регистратора и аналогоцифровых преобразователей. На фиг.1 представлена блок-схема ультразвукового измерителя пульсирующих скоростей потока; на фиг.2 диаграммы, поясняющие его работу. Измеритель содержит два обратимых электроакустических преобразователя 1 и 2, коммутатор 3, приемник 4 и передатчик 5 импульсных сигналов, преобразователь 6 временной интервал - цифра, блок 7 деления, первый блок 8 вычитания, синхронизатор 9, два усилителя 10 и 11 напряжений, второй блок 12 вычитания, аналоговый регистратор 13, интегратор 14, два аналого-цифровых преобразователя 15 и 16, два блока 17 и 18 извлечения квадратного корня, блок 19 вычисления отношения, блок 20 перемножения и регистратор 2J. Ультразвуковой измеритель пульсирующих скоростей потока работает следующим образом. в первом такте каждого цикла измерений контролируемый поток- зондируют акустическими импульсами, излучаемыми последовательно во времени обратимыми электроакустическими преобразователями 1 и 2 по направлению потока и против направления потока. Зондирующие импульсы поступают с выхода передатчика 5 импульсных сигналов через коммутатор 3 и принимаются приемником 4 импульсных сигналов. Управление работой приемника 4 импульсных.сигналов, передатчика 5 импульсных сигналов и коммутатора 3 осуществляется автоматически синхронизатором 9. При этом время €д прохождения акустического импульса по направлению потока определяется выражением C + Vcosoi где с) - базовое расстояние между электроакустическими преоб разователями 1 и 2; С - скорость ультразвука в кон ролируемом потоке; V - средняя скорость потока в течение интервала времени длительностью Од 0(, - угол между линией базы и направлением движения пото ка. Время ОБ прохождения акустического импульса против направления потока определяется выражением . а Б ct Принятые импульсы с выхода прие ника 4 импульсных .сигналов поступа ют на вход преобразователя 6 време ной интервал - цифра, где величины преобразуются в пропорционал ные этим величинам цифровые величи ны . В блоке 7 деления цифровые величины Мд иМ преобразуются последовательно во време ни в обратные цифровые величины I/HA и 1/МбИ поступают на входные регистры блока 8 вычитания. Управление работой преобразователя б временной интервал - цифра блока 7 деления и блока 8 вычитания очущест ляется синхронизатором 9. Разностная цифровая величина . с выхода блока 8 вычитания записывается в регистры второго входа яблока 19 вычисления отношения. Таким образом определяют величину средней скорости потока в интервале |Времени усреднения, приблизительно равном длительности одного полуцикла измерения, т.е. величине Сд . В потоках мгновенная скорость которых флуктуирует относительно средней величины V по закону V(t) (t), необходимо измерять .не только величину V, но и временную зависимость абсолютного изменения скорости л V (t). Для этого одновременно управляющим импульсом синхронизатора 9 между излученным и принятым импульсами коммутатор 3 переключает элект роакустические преобразователи 1 и к входам усилителей 10 и 11 напряжения. В интервалах времени Ь , t (фиг.2) между излученным и принятым импульсами в каждом цикле измерений на. выходах усилителей 10 и 11 напряжения получают изменяющиеся во времени напряжения, пропорциональные текущим величинам гидростатичес кого давления з зоне излучения акус тического импульса Р, {t) ив зоне его приема Р (t)/ которые поступают на входы блока 12 вычитания. На выходах блока 12 вычитания в интервалах .t , ti непрерывно получается напряжение (t ) , пропорциональное разностной величинедР (i) перепада давления i U,a)-bpU) pilt)-p2(tb Зависимость между мгновенной величиной uPCi) и мгновенной скоростью V (1) дается выражением &p(thi.)j (г) где К - величина, зависящая от физических характеристик потока и расстояния между зонс1ми излучения и приема зондирующих импульсов. Полученная временная зависимость напряжения Ui (t) с первого выхода блока 12 вычитания поступает на вход аналогового регистратора 13, где регистрируется временная зависимость напряжения U (t) f пропорцио-; нального перепаду давления иР (t) . Временная зависимость (i) с второго выхода блока 12 вычитания поступает на вход интегратора 14, где усредняется в аналоговом виде в течение времени усреднения сд-ц. где ty - эффективная длительность зондирующего импульса, причем сц , т.е. Сд ,Cj5-c5. Согласно выражению (г) усредненная величина Р дается выражением i PM.VUldl- K.V-. (д) .л Полученные в аналоговом регистраторе 13 временная зависимость напряжения U tj (t) ив интеграторе 14 средняя величина (J - Р, в аналого-цифровых преобразователях 15 и 16 преобразуется в цифровые величины uP(t )AP(t) и Р-р, а в блоках 17 и 18 извлечения квадратнего корня соответственно вычисляют квадратные корни Tf йР (I; Т и Y, причем-fp i|KV в каждом цикле измерений. Таким образом, в каждом П-ом цикле измерений получается одна цифровая величина Мц (фиг.2) и одна цифровая величина.Р„ . В блоке 19 вычисления отношения вычисляется отношение поступающей с выхода блока 8 вычитания и с выхоа блока 18 извлечения квадратного корня цифровой величины Мц /- Р | «-vl/тП в каждом h -ом цикле измереий. Следовательно, в кахсдом п-ом цике измерений получают величину ц /-ifE;; 17-, а также дискретную ременную последовательность цифовых величин bl(.), в течение аждого интервала и Cj между ондирующим и принятым импульсами. P этом шаг дискретизации .)д зависилюсти дР(1) (фиг. 2) определяется только аналого-цифровым преобразователем 15 и намного меньше интервалов С и tj Мгновенная скорость потока V ( i например, в момент времени ti в интервале t (фиг.2) вычисляется следующим обраэсэм. Цифровая величина ДРТТУТ с блока 17 извлечения квадратного ко ня и цифровая величина М /nfpJJ 1/ с блока 19 вычисления отношения поступают в блок 20 перемножения, который работает по алгоритму 4 i7v -if -v tiV; -vit;4. (е) Предложенный измеритель впервы обеспечивает возможность измерени не только средней величины V скорости потока с интервалом усреднения, равным д,но и измерения дискретных мгновенных значений скорости в любой 1 -ый момент времени внутри интервала f д . Это достигнуто введением в измеритель канала аналогового измерения мгновенных значений перепада давления, создаваемого потоком в областях Двух обратилй х электроакустических преобразователей и автоматической компенсации в общем случае неизвестного параметра К. В результате исключена грубая погрешность измерения, связанная с изменением во времени величины параметра К в флуктуирующем потоке. Быстродействие измерителя по каналу измерения дискретных величин мгновенной скорости потока увеличено не менее чем в 15-20 раз. Использование предлагаемого ультразвукового измерителя пульсирующих скоростей потока особенно полезно в системах автоматического контроля состояния и управления системами подвода жидкого горючего энергетических установок летательных аппаратов.

п- ты и цикл измере/ft/t/

Л

Гл

Mf((n-l)

L

л

тг.

Зиг

t

f

t

.f..

г

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПУЛЬСИРУЮЩИХ СКОРОСТЕЙ ПОТОКА, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, подключенных через коммутатор к передатчику и приемнику импульсных сигналов, преобразователь временной интервал.цифра, выход которого через блок деления подключен к первому блоку вычитания, синхронизатор и регистратор, отличающийся тем, что, .с целью повышения точности и увеличения быстродействия измерений, в него дополнительно введены два усилителя напряжения, второй блок вычитания, аналоговый регистратор, интегратор, два аналого-цифровых преобразователя, два блока : ,- ,, f I i mrfEHAf извлечения квадратного корня, блок вычисления отношения и блок перемножения, причем входы второго блока вычитания через.усилители напряжения подключены к коммутатору, его первый выход через аналоговый регистратор и первые аналого-цифровой преобразователь и блок извлечения квадратного корня подключен к первому входу блока перемножения, его второй выход через интегратор и вторые аналого-цифровой преобразователь и блок извлечения квадратного корня подключен к второму входу блока вычисления отношения, первый вход которого подключен к выходу первого блока вычитания, а выход - j к второму входу блока перемножения, выход которого подключен к регистратору, при этом вход преобразователя временной -интервал-цифра подключен к выходу приемника импульсных сигналов, а выходы синхронизатора подключены к управляющим входам коммутатора, передатчика и приемника импульсных сигналов, преобразователя временной интервал-цифра, блока деления, первого блока вычитания, аналогового регистратора и аналого-цифровых преобразователей. D1

ЙР

и:

р«

Гп.

Фи.г