Ультразвуковой способ измерения скорости потока и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01F1/66 

pa A, приемопередатчиков 5, 6, измерителя 7 временного интервала, измерителя 8 временного рассогласования сигналов и вычислителя 9, приемники 12,.13, передатчики 14, 15, анализаторы 16, 17 периода, состоящие соответственно из измерителей 18, 19 периода, схем 20, 21 сравнения и регистров 22, 23, селекторы 24, 25 импульсов, состоящие из счетчиков 26, 27 и элементов И 28, 29, блок 30 стробирования, состоящий из элемен- та 31 задержки, формирователя 32 импульсов и элемента И 33, и блоки зап

f

Изобретение относится к технике акустических измерений и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для измерения скорости потока в реках и каналах,

J

Цель изобретения - повышение точности измерения скорости водного потока.

На фиг,1 представлена структурнай схема ультразвукового измерителя скорости потока (где V - напряжение скорости потока); на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства (где а - импульс запуска на выходе хронизато- ра; б - сигналы гидрофонов при излучении; в - сигналы на входе приемника; г - сигнал на выходе селектора импульсов; д - импульс строба; е - сигнал одного из приемников; ж - сиг- нал на выходе селектора импульсов; 3 - сигнал, переизлученный гидрофоном; и - сигнал, переизлученный вторым гидрофоном; к - сигнал на йходе первого приемопередатчика; л - сиг- нал на выходе первого приемопередатчика; м - сигнал на входе второго приемопередатчика; н - сигнал на выхо де второго приемопередатчика; о - вре менной интервал, равный разности хода акустического сигнала по двум траекториям) .

Ультразвуковой измеритель скоростк потока содержит на первом берегу гид рофоны 1 и 2 и измерительно-управляющее устройство 3, состоящее из хро24586

рета 34, 35, состоящие из триггеров 36, 37 и элементов И 38, 39. Введение

; операций анализа периода принимаемых ультразвуковых сигналов и формирования импульса приема при достижении заданного числа периодов принимаемого сигнала, а также обеспечение разности времени распространения ультразвуковых сигналов по двум траекториям позволяет зондировать исследуемый поток одновременно в двух направлениях, что уменьшает погрешности от пульсаций скорос ти потока и ультразвука, 2 с,п. ф-лЫ, 2 ил.

низатора 4, приемопередатчиков 5 и 6, измерителя 7 временного интервала, измерителя 8 временного рассогласования сигналов, вычислителя 9, На втором берегу расположены гидрофоны 10 и 11, приемники 12 и 13, передатчики 14 и 15, анализаторы 16 и 17 периода, состоящие соответственно из измерителя 18 и 19 периода, схем 20 и 21 сравнения и регистров 22 и 23, селекторы 24 и 25 импульсов, состоящие соответственно из счетчиков 26 и 27 и элементов 28 и 29 И, блок 30 стробирования, состоящий из элемента 31 задержки, формирователя 32 импульсов и элемента 33 И, и блоки зап- рета 34 и 35, состоящие соответственно из триггеров 36 и 37.и элементов 38 и 39 И.

Измерение скорости потока осуществляется по предлагаемому способу сле- Чующим образом.

После поступления импульса запус- ка (от таймера, от блока управления, вручную) формируются ультразвуковые зондирующие импульсы, которые одновременно излучаются в исследуемый по ток по двум траекториям под разными углами к вектору скорости потока, который необходимо исследовать. Через Лремя t ультразвуковой импульс прошедший исследуемый поток, поступает на вход приемника, Далее определяют период принятых ультразвуковых колебаний, сравнивают его с заданным, при их равенстве подсчитывают количество принятых импульсов и после подсчета

заданного количества упомянутых импульсов формируют сигнал приема в момент времени Т , который свидетельств вует о том, что ультразвуковой им- пульо прошел исследуемый поток по пер-5 вому направлению. После этого формируют импульс-строба, задержанный относительно момента времени Т|,в течении которого разрешается прием ультразвукового импульса, прошедшего через 10 исследуемый поток по второму направлению за время t.. После этого опре X

деляют период принятых ультразвуковых колебаний, сравнивают его с заданным

1224

и при их равенстве подсчитывают коли-f5 тотой собственных колебаний гидрофона чество принятых импульсов, после подсчета заданного количества упомянутых импульсов формируют импульс приема в

поступают на селектор импульсов и анализатор периода. Если измеренный период принимаемых сигналов соответствует периоду, записанному в регистмомент времени Т, , который свидетельствует о том, что ультразвуковой импульс прошел исследуемый поток по второму направлению. После приема импульсов по двум направлениям формируют переизлученные импульсы, которые переизлучают по другим траекториям - импульс, прошедший по первой траектории, переизлучают по второй и наоборот. На приемной стороне также производят Ьпределение и сравнение с заданным периода принятых колебаний, формируют сигналы приема, после чего цикл измерения завершается.

По временным интервалам (Т, +Т) и (Т.+Т) рассчитывается скорость потока по формуле

4,-и,

Тг+Т4

где Tj,T2,T,T - времена распространения у,з. импульсов по траекториям 2-11, 1-10, 10-1, 11-2 с задержкой в анализаторе периода Устройство работает следующим образом.

ч В исходном состоянии триггеры 36 и 37 установлены в нулевое состояние. По сигналу с хронизатора 4 происходит запуск измерителя 7 временного интер-, вала и запуск приемопередатчиков 5 и 6, которые обеспечивают возбуждение гидрофонов 1 и 2 одновременно.На приемные гидрофоны на противоположном берегу .ультразвуковые сигналы придут в моменты времени

1. С

ь

C+V согоб

5 0

4586 где

С - скорость ультразвука; V - скорость потока; ( - угол между вектором скорости потока и траекторией 1-10 (угол между вектором скорости потока и траекторией 2-11 выбран в данном частном случае равным 90 ) .

Расположение гидрофонов выбирается из условия , поэтому первь м при любых скоростях потока сигнал приходит на гидрофон 11. С гидрофона 11 сигнал усиливается и формируется приемником 13, с которого импульсы с частотой собственных колебаний гидрофона

поступают на селектор импульсов и анализатор периода. Если измеренный период принимаемых сигналов соответствует периоду, записанному в регистре 22, то импульс записывается в счетчик 26 селектора 24 импульсов, в противном случае схема 20 сравнения устанавливает счетчик 26 в ноль. После набора счетчиком заданного числа импульсов они начинают проходить через элемент 28 И на выход селектора импульсов и через блок 34 запрета запускается передатчик 14. Первый импульс, прошедший через блок запрета, запускает элемент 31 задержки блока 30 стробирования и устанавливает триггер 36 в состояние 1, на его инверсном выходе устанавливается низкий потенциал, который запрещает дальнейшее прохождение сигналов на вход передатчика 14.

Через время элемент 31 задержки запускает формирователь 32 импульсов, который формирует импульс длительностью Неда, .Сигнал,принятый гидрофоном 10 через время tj 5попадает в строб и переизлучается гидрофоном 11. При этом работа анализатора 17 периода, селектора 25 импульсов аналогична работе анализатора 16 периода и селектора 24 импульсов. Спад импульса,прошедшего через элемент 39 И блока 35 запрета, устанавливает триггер 37 в состояние 1, на его инверсном выходе устанавливается низкий потенциал, который запрещает дальнейшее прохождение импульсов на вход передатчика 15. После этого оба блока 34 и 35 запрета закрыты и запуск передатчиков 14 и 15 не может произойти до

окончания импульса строба. Спадом импульса строба триггеры 36 и 37 бло- jKOB 34 и 35 запрета возвращаются в

состояние О, н блоки второго берега готовы к следующему измерительному циклу. Если второй импульс по какой-либо причине не принялся приемником 12, то блоки второго берега все равно устанавливаются в исходное состояние импульсом строба блока 30 стробирования.

Введение операций анализа периода npHHHMaeNibix ультразвуковых сигналов и формирования импульса приема при достижении заданного числа периодов принимаемого сигнала, а также обеспечение разного времени распростра- нения ультразвуковых сигналов по дву траекториям позволяет зондировать исследуемый поток одновременно в двух направлениях что уменьшает погрешности от пульсаций скорости потока и ультразвука. Кроме того, отпадает необходимость в переключении гидрофонов к передаче кодовых сигналов, что упрощает конструкцию прибора и пвышает надежность его работы.

Формула изобретения

1. Ультразвуковой способ измерения скорости потока, заключающийся в зог-щировании исследуемого потока ультразвуковыми импульсами по двум траекториям под разными углами к вектору скорости потока р прие1ме прошедших через поток импульсов, переиз- лучении их с одной траектории на дру гуЮд приеме переизлученных и прошедших через поток импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, ультра звуковые :й1-тульсы излучают по двум траекториям одновременно при равенстве периодов ультразвуковых колебаний прошедших через поток по обеим траекториям заданному, формируют им- пульс приема, первый импульс приема, переизлучают5 формируют импульс строба, второй импульс приема переизлучают при попадании его в строб, а величину скорости потока определяют по времени распространения ультразвуковых импульсов по двум траекториям.

2. Устройство для ультразвукового измерения скорости потока, содержащее первьй и второй гидрофоны, блок измерения и управления, третий и четвертый гидрофоны, первый приемник и первый передатчик, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй приемник, второй передат чик, первый и второй анализаторы периода, первый и второй селекторы импульсов, первый и второй блоки запрета и блок стробирования, выход управления которого соединен с установочными входами первого и второго блоко запрета, вход управления соединен с выходом второго блока запрета и входом первого передатчика, подключенного выходом к третьему гидрофону и к вхо ду второго приемника, выход которого соединен с входом первого анализатор периода и с сигнальным входом первого селектора импульсов, подключенного установочным входом к выходу первого анализатора периода, а выходом- к сигнальному входу блока стробирования, сигнальный выход которого соединен с сигнальньш входом первого блока запрета, подключенного выходом через второй передатчик к четвертому гидрофону и к входу первого приемника, выход которого соединен с входом второго анализатора периода и с сигнальным входом второго селектора импульсов, установочным входом подключенного к выходу второго анализатора периода, а выходом подключенного к сигнальному входу второго блока запрета.

и К

л м

t3

а.

П

Изобретение относится к технике акустических измерений и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для измерения скорости потока в реках и каналах. Цель изобретения - повьшение точности измерения скорости водного потока. Устройство содержит гидрофоны 1,2, 10 и 11 и изме рительно-управляющее устройство 3, состоящее из хронизато(Л

кРедактор Н.Киштулинец

Составитель М.Абросимов

Техред И.Попович Корректор М.Пожо

Заказ 1939/37 Тираж 705Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

- -- - - - - - - -- - - - -- -- - - - -.™.

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг. г