Устройство для измерения вихревого компонента скорости потока Советский патент 1986 года по МПК G01P5/24 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вихревого компо нента скорости потока. Цель изобретения - расширение области его применения в условиях измерений реальных потоков, (1а фиг. 1 представлена структурна схема устройства; на фиг. 2 - А и Б временные диаграммы его работы в течение только одного (первого) такта работы, причем в части А - диаграммы работы устройства в такте, в котором положительное направление обхода измерительного контура L совпадает с направлением составл ргющей Vp скорос ти течения жидкости вдоль соответствующей стороны 1 контура L (т.е. когда запаздывающий сигнал обрабатывается во втором канале измерения, а опережающий -в первом), части Б диaгpaм ш работы устройства в такте, в котором положительное направление обхода измерительного контура противоположно направлению составляющей Vo (т.е. когда запаздывающий сигнал обрабатывается в первом канале измерения, а опережающий - во втором). Предлагаемое устройство содержит обратимые акустические преобразователи 1-1 , которые благодаря их пространственному расположению в вершинах правильного п-угольника образуют измерительный контур L, блок 2 управления, коммутатор 3, при емные усилители 4 и 5, усилитель 6 мощности, амплитудные детекторы 7 и 8, импульсный генератор 9, второй вычитающий блок 10, первьй 11 и второй 12 нормализаторы уровня, второй блок 13 задержки, четвертый 14 и пятьм 15 ключи, первый блок 16 задержки, первьш вычитакяций .блок 17, инвертор 18, первьш нуль-орган 19, первый 20 и второй 21 ключи, интегратор 22, третий ключ 23, первьй триггер 24, второй нуль-орган 25, второй триггер 26, одновибратор 27, логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 28, генератор 29 образцовой частоты, первую 30 и вторую 31 схемы совпадений, первьй (реверсивный) 32 и второй 33 счетчики импульсов, цифровые квадрирующий 34, делительный 35 и отсчетный, 36 блоки. Предлагаемое устройство работает .следующим образом. В исходном состоянии коммутатор 3, ключи 14, 15, 20, 21 и 23 разомкнуты, триггеры 24 и 26 находятся в нулевом состоянии. Измерение вихревого коьшонента скорости потока происходит в п тактов, задаваеьй)х блоком 2 управления. В первом такте в момент времени с по команде блока 2 управления (фиг.2а) запускается импульсный генератор 9 (фиг.2б), первый триггер 24 устанавливается в единичное состояние (фиг.2л), отражает вторую схему 31 совпадений, замьшает третий ключ 23 и соединяет вход интегратора 22 с общей шиной, интегратор 22 переводится в режим задания нулевых начальных условий. Импульсы с генератора 29 образцовой частоты начинают поступать на счетчик 33 импульсов (фиг12т), Коммутатор 3 подключает к акустическим преобразователям i и Ц выход усилителя 6 мощности. Импульс заданной длительности и частоты, сформированный генератором 9, после усиления: по мощности в усилителе 6 поступает на два акустических преобразователя 1 J и 1 и излучается ими в изучаемую жидкость в виде двух самостоятельных акустических импульсов. После окончания излучения импульса в жидкость коммутатор 3 отсоединяет акустические преобразователи iи t, от выхода усилителя 6 мощности и подсоединяет те же преобразователи 1- и I/ к входам приемных усилителей 4 и 5 соответственно. Излученные же в зкидкость акустические импульсы после прохождения ими расстояния 1 между первой и второй вершинами измерительного п-угольника принимаются теми же акустическими преобразователями t и 1, с помощью которых производилось их излучение, при этом акустический ишхульс, излученньй преобразователем 1 , принимается преобразователем 1 , а акустический импульс, излученный преобразователем I, , принимается преобразователем Ig. В зависимости от направления .составляющей Vp скорости V Ж1-ЩКОСТИ вдоль стороны t, моменты приема акустических импульсов этими преобразователями будут различны: если направление составляющей Vj совпадает с положительным н&правлением обхода измерительного п-угольника, то раньше, а именно в момент времени t , начинает прием акустического импульса преобразователь 1 а прием акустического импульса преобразователем 1 начинается позже, в момепт вpeмeпи(t, ) , если же направление составляющей V, про 1 тивоположно положительному направленшо обхода измерительного контура, то раньше, а именно в момент t, начинается прием акустического импульса преобразователем Ij, а прием акустического импульса преобразователем I начинается в момент времен (,). Выходные сигналы преобразователе 1 через коммутатор 3 поступаю на приемные усилители 4 и 5, после чего подвергаются амплитудному дете тированию при помощи блоков 7 и 8 (фиг. 2в иг), а затем - определени последовательности поступления принятых импульсов на входы каналов из мерения и выработке соответствующег этой последовательности управляющег иг-шульса с помощью второго вычитающего блока 10 (фиг.1д). РСроме того, продетектированные в блоках 7 и 8 сигналы подвергаются нормализации по уровню при помощи блоков 11 и 12 (фиг.2е и ж). Выходной импульс второго вычитающего блока 10 поступает на ключи 14 и 15, которые коммутируют работу бло ков 13 и 16 задержки, а также управляет работой первого (реверсивного) счетчика 32 импульсов. Б случае опережения во времени импульса, поступившего на вход первого канала измерения, четвертьш ключ 14 saNibiKaeT- ся, а пятый ключ 15 размыкается, в результате чего выходной сигнал первого пормализатора 11 (фиг.2е, часть Л) через четвертьш ключ 14, а выходной сигнал второго нормализатора 12 (фиг.2з, часть Л) через блок 16 задержки поступают на входы первого вычитающего блока 17. В слу чае же оперелсения во времени сигнала, поступившего на вход второго канала измерения, четвертьп ключ 14 размьнсается, а пятьй ключ 15 замыкается, в результате чего выходной сигнал нормализатора 11 (фиг.2з, часть Б) через блок 13 задержки, а выходной сигнал нормализатора 12 (фиг,2ж, часть Б) через пятьш ключ 15 поступают на входы того же вьри тающего блока 17. Кроме того, благодаря различию между управляющими импульсами, поступающими с выхода второго вычитающего блока 10 па второй управляющий вход реверсивного счетчика 32 импульсов, в случае опережения во времени сигнала, поступившего на вход первого канала измерения реверсивньш счетчик 32 импульсов включается на осуществление операции суммирования поступающее на него импульсов, а в случае опережения во времени сигнала, .поступившего на вход второго канала измерения, реверсив;1ьпЧ счетчик 32 импульсов включается на осуществление операции вычитания поступающих на него импульсов. Текущее значение выходного напряжения первого вычитающего блока 17 в случае опережения во времени сигнала, поступившего на вход первого канала измерения,равно (фиг.2и,часть А) и.,(0 - и,(с п,,, ) (t) к а в случае опережения во времени сигнала, поступившего на вход второго канала измерения, равно (фиг. 2и, часть Б) -... M-..)-V.)/ бУ, () где К коэ)фициент передачи первого вычитающего блока 17; U.t) - импульс, поступающий на первый вход вычитающего блока 17 в случае опережения во времени сигнала, поступившего на вход первого канала измерения (фиг.2е, часть А); ,(t+7)-импyльc, поступающий на первьй вход вычитакщего блока 17 в случае опережения во времени сигнала, поступившего на вход второго канала измерения (фиг.2з, часть Б); -j 6л ) импульс, поступающий на второй вход вычитающего блока 17 в случае опережения во времени сигнала, поступившего на вход первого канала измерения (фиг. 2з, часть А); и,(t) - импульс, поступащий на второй вход вычитающего блока 17 ,в случае опере жейия во времени сигнала, поступившего на вход второго канала измерения (фиг.2ж,часть Б) время задержки нормализованного импульса U,(t) в блоке 16, время задержки нормализованного импульса U(t) в блоке 13, Причем 6i2 63в моменты перехода выходного напряжения первого вычитающего блока 17 через нулевой уровень срабатывает нуль-орган 19 (фиг.2к). В момент вре мени tJ интегратор 22 переводится в режим интегрирования выходного напряжения вычитающего блока 17, причем выходное напряжение интегратора 22 имеет вид и,(О - 1U.V. .) d где L - постоянная времени интегратора 22. Практически форма выходных импульсов нормализаторов 11 и 12 може быть близкой к трапецеидальной (фиг. 2е и ж), в результате чего на выходе вычитающего блока 17 имеет также трапецеидальную форму (фиг.2и Учитывая сказанное, выходное напряжение интегратора 22 к моменту t достигнет уровня ) - Ч, где fj, - временной сдвиг между прин тыми сигналами в первом та те, обусловленный наличием вихря в жидкости; и - уровень ограничения нормализаторов 11 и 12. Б момент времени t . выходной сиг нал нуль-органа 19 размыкает первый ключ 20, переводит второй триггер 2 в единичное состояние (фиг.2м), в результате чего второй ключ 21 замы кается, и на вход интегратора 22 подается выходное напряжение первог нормализатора, 11, проинвертированно инвертором 18 с масштабным коэффициентом К, . Выходное напряжение интегратора 22 начинает уменьшаться (фиг.2о) и, когда оно достигнет нулевого уровня (момент времени t ), срабатывает второй нуль-орган 25, которьй переводит триггер 26 (фиг.2м) в нулевое состояние и размыкает второй ключ 21. На выходе триггера 26 формируется временной интервал, , равный ) Выходной сигнал 26 поступает на логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 28 и запускает одновибратор 27, длительность импульса которого равна KjjTjj (фиг.2н). Выходной сигнал одновибратора 27 подается на второй вход логического элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 28, и на выходе последнего формируется временной интервал длительностью (фиг.2р-). При этом в момент времени t открывается первая схема 30 совпадений, И импульсы с генератора 29 образцовой частоты поступают в течение интервала на реверсивный счетчик 32 импульсов (фиг.2с), в котором в зависимости от вида управляющего импульса, вырабатываемого блоком 10, происходит их суммирование или же вычитание. В момент времени с . схема 30 совпадений закрывается, и реверсивный счетчик 32 прекращает свой счет. Выходной код счетчика 32, данный N-j- , который может быть как положительной, так и отрицательной величиной, поступает на один вход цифрового делительного блока 35, на другой вход которого подается выходной код NT, с цифрового квадрирующего блока 34, входом соединенного с выходом счетчика 33 импульсов (фиг.2т). На выходе делительного устройства 35 формируется код N, равньй м - N т- 1 V где К - коэффициент пропорциональности. Код N поступает на цифровое отсчетное устройство. Затем наступает второй такт работы устройства. Коммутатор 3 подключает усилитель 6 мощности к акустическим преобразователям 1 и 1. Да лее происходит процесс излучения сигналов преобразователя о1 1 и 1, после окончания которого коммутатор 3 отключает преобразователи 1, и 1, от усилителя 6 мощности, а подключает их к приемным усилителям 4 и 5 Принятые преобразователями 1j и акустические сигналы обрабатываются в измерительной схеме устройства аналогично их.обработке во время первого такта. При этом измеряется время Tf прохождения акустическим сигналом расстояния 1 между третьим 1 и вторым 1 акустическими преобразователями, а также разность времен прохода акустическими сигналами расстояния 1 в противоположных друг другу направлениях. Во вто ром такте счетчик 32 фиксирует код (, + ), а счетчик 33 код ( + Н. ). На выходе делительного блока 35 форг-шруется код, равный N . K;,Nf,3 Г -(N + N „ У .который подается на цифровой отсчетный блок 36. Аналогично происходит работа устройства в последующих тактах. В п-ом такте в качестве излучателей, а затем приемников акустиче кой энергии работают преобразовате ли 1 и 1 . По окончании п-го такта на цифровом отсчетном блоке 36 появляется результат измерения, ко торый при ... К К выражается формулой N L. ( fl N,. ) Таким образом, выходной код уст ройства после п-го такта работы про порхщонален среднему значению вихре вого компонента скорости потока: Т t V -&- . ° J 9с; / ,Ь м 3 f NV ) и Tj соответственно разность и время прохожд ния сигналов по периметру п-угольника L; коэффициент пропорцио нальности. После окончания всего цикла измерений выходной сигнал блока 2 управления сбрасывает счетчики 32 и 33 в нулевое состояние, и все устройства приходят в исходное состояние. « Формула изобретения Устройство для измерения вихревого компонента скорости потока, содержащее h обратим1 1х акустических преобразователей, размещенных в вершинах правильного п-угольника, и измерительную схему, состоящую из блока управления, коммутатора, импульсного генератора, усилителя мощности, двух каналов измерения, каждый из которых состоит из последовательно соединенных приемного усилителя, амплитудного детектора и нормализатора уровня, первого блока задержки, первого вычитающего блока, инвертора, трех ключей, двух нуль-органов, двух триггеров, интегратора, одновибратора, логического элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, генератора образцовой частоты, двух схем совпадения,двух счетчиков импульсов, цифровых квадрирующего, делительного и отсчетного блоков, причем выходы блока управления подсоединены к управляющим входам первого и второго счетчиков импульсов, импульсному генератору, коммутатору и второму входу первого триггера, выход импульсного генератора через усилитель мощности подключен к сигнальному входу коммутатора, а коммутатор подсоединен к h обратимььм акустическим преобразователям и входам приемных усилителей, первый вход вычитающего блока соединен с входом инвертора, второй вход первого вычитаюп;его блока Через первый блок задержки подключен .к выходу второго нормализатора уровня, а выход первого вычитающего блока через первый ключ подсоединен к входу интегратора и через первый нуль-орган подключен к первым входам первого и второго триггеров и к управляющему входу первого ключа, выходинтегратора через последовательно соединенные второй нуль-орган, второй триггер, одновйбратор, логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, первую схему совпадения и первьЛ счетчик импульсов подключен к первому входу Ц11фрового делительного блока, второй вход которого через цифровой квадрйрующий блок, второй счетчик импульсов и вто рую схему совпадения подключен к еди ничному вьрсоду первого триггера, а выход - к цифровому отсчетному блоку выход генератора образцовой частоты подключен к вторым входам первой и второй схем совпадения, выход инвертора через второй ключ подсоединен к первому входу интегратора, нулевой выход первого триггера подклйчен к управляющему входу третьего ключа, выходы которого подключены к второму входу интегратора и общему проводу устройства, выход второго триггера подключен к управляющему входу второго ключа и второму входу логического элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, о тличающееся тем, что, с целью расширения области применения, в него доп вычитающий блок, четвертый и пятый ключи и второй блок задержки, причем второй блок задержки включен между выходом первого нормализатора и входом инвертора, первый и второй входы вычитающего блока подключены соответ-: ственно к выходам первого и второго амплитудных детекторов, а его выход подключен к управляющим входам четвертого и пятого ключей и второму управляющему входу первого счетчика импульсов, в качестве которого применен реверсивный счетчик импульсов, четвертый ключ подсоединен входом к входу второго блока задержки, а выходом - к выходу второго блока задержки, пятый ключ подсоединен входом к входу первого блока задержки, а выходом - к выходу первого блока

Изобретение относится к измерительной технике-и позволяет расширить область применения устройства в условиях измерений реальных потоков. Устройство содержит обратимые акустические преобразователи 1,, блок 2 управления, коммутатор 3, приемные усилители 4 и 5, усилитель 6 мощности, амплитудные детекторы 7 и 8, импульсный генератор 9, вычитающие блоки 10 и 17, нормализаторы 11 и 12 уровня, блоки 13 и 16 задержки, ключи 14, 15, 20, 21 и 23, инвертор 18, нуль-органы 19 и 25, интегратор 22, триггеры 24 и 26, одновибратор 27, элемент 28 НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, генератор 29 образцовой частоты, схемы 30 и 31 совпадения, счетчики 32 и 33, цифровые квадрирующий 34, делитель ный 35 и отсчетныйЗб блоки.Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет , производить прямые измерения вихревых компонентов в реальном масштабе вре(Л мени и получать интегральную харакс теристику вихря по контуру, охватывающему заданную площадь, в реальных условиях морей и океанов. 2 ил. (С О) О 05 UD