Ультразвуковое устройство для определения свойств движущейся среды Советский патент 1988 года по МПК G01N29/00 

(Л

Изобретение относится к области измерений, в частности динамических измерений свойств потоков газов и жидкостей в трубопроводах,

Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей за счет измерения также и скорости ультразвука.

На чертеже показана структурная схема ультразвукового устройства определения свойств движущейся среды.

Ультразвуковое устройство для определения свойств движущейся среды содержит два излучающих 1,2 и два приемных 3,4 пьезопреобразователя с подключенньми к ним первым 5 и вторым 6 усилителями, выходы которых соединены с информационными входами преобразователя 7 временной интер- вал - цифра, синхронизатор 8, соединенный с управляющими входами усилителей 5,6 и преобразователя 7, блок 9 вычисления обратных величин, соединенный двумя выходами с сумматором- вычитателем 10, а двумя входами - с выходами регистров II и 12, регистр

13,подключенный выходом к сумматору

14,второй вход которого соединен с выходом регистра 11„ выход с преоб- разователем 15 цифра - временный интервал, подключенньП выходом к управляющему входу регистра 12 и второму управляющему входу регистра 11 решающее устройство:16 соединенное входом с выходом усилителя 6, а вы- ходом с первым управляющим входом регистра 11 и управляющим входом регистра 13, причем информационные выходы преобразователя 7 соединены

с информационными входами регистров 11, 12 и 13, а выходами устройства являются два выхода сумматора-вычи- тателя 10 и сумматора 14.

Устройство работает следующим об- разом.

В среду, характеризуемую скоростью ультразвука С и скоростью движения V(t), в моменты времени ti Т П, где Т - период зондирования п. -- порядковый номер излучаемого импульса, пьезопреобразователи 1, 2 посылают зондирующие сигналы в противоположных направл ениях. Причем длительность акустического .сигнала меньше времени распространения l/C,, где 1 - расстояние между передающим 1,2 и приемными 3,4 пьезопреобразо

вателями, а Ср средняя скорость звука в среде.

Усилителями 5,6 зондирующие сигналы представляются в виде точечных

(дельта-образных) импульсов, поступающих на входы преобразователя 7 временной интервал - цифровая величина и решающего блока 16,

Таким образом, на выходе усилителей 5,6 имеются две временные по.сле- довательности оценок времени прохода в зависимости от моментов времени

(Г () (), причем

() Т. i tV, (1)

Q

5

0

f-(-) . (-) . . г- (-) t (t ) Т 1 -f-t ,

i) о (

(2)

где L; , L i-e время прохода

при зондировании соответственно по и против направления скорости V(t).

Последовательность импульсов запуска приемопередачиков 5, 6 в моменты времени Т-п задается с помощью синхронизатора 8.

Преобразователем 7 типа временной интервал - цифровая величина время прохода , IL и моменты излучения сигнала t Т П- преобразуются в цифровые величины соответственно N ,

W I- М

с . (+; i-j

Далее величины N , N и N. записываются соответственно в регистры 11, 12 и 13 импульсом, выдаваемым блоком 7 после завершения преобразования i-x временных величин в цифровые.

В каждом i-M цикле зондирования решающий блок 16 работает по алгоритму, реализующему выражение ,.

Ъ-ь/ / 3) где 6 - порог обнаружения начального и конечного моментов переходного процесса в канале, образуемого при зондировании против направления скорости V(t) , Разность - определяет вычитатель 1ба, Значение € записано заранее в устройство памяти 16а блока 16, Ее значение установлено исходя из априорных сведений о наименьшем значении скорости V(t), Когда условие (3) выполняется, пороговое устройство 16 принимает гипотезу об отсутствии в интервале времени ft., , t. скачка скорости V(t) ,

31396041

При условии, (; , причем , пороговое устройство 166 принимает гипотезу о наличии скачка скорости в интервале времени tj,. t ,

При условии, ) , причем , пороговое устройство 166 принимает гипотезу об окончании переходного процесса в

с г;,. t,

интервале времени

В случае, когда sinyl меняет свое значение, формирователь импульсов 16г выдает импульсы, интервал времени между которыми характеризует длительность Т переходного процесса в ка- нале, образуемого при зондировании против направления скорости V(t). При этом формирователь имйульса 16г работает по алгоритму, реализующему выражение

(-(

Г- « - ГД

(4)

причем j 1,

(-5

момент времени окончания пере. ходного процесса; t - начальный момент времени возникновения переходного процесса:

Таким образом, на выходе решающего блока 16 имеется импульс, характеризующий длительность и момент времени окончания переходного процессам

-1

начинается

В момент времени работа в режиме считьшания со- .держимых регистров 11 и 13, которые далее сумматором 14 суммируются согласно выражению

Nui

+ N.

(5)

Цифровая величина А преобразователем 15 преобразуется в импульс, выдаваемый в момент времени & , причем

А.

Ю

0.

()

+ t.

(tr)

где

- длительность переходного процесса в канале, образуемого зондированием против направления скорости V(t)

В моменты времени fi j считывается содержимое регистра .12.

После вычислительных процедур бло нами 9 и 10, реализующими выражения

(7)

{«.(.. ./-IT-

(М (в.)} (,

I- J С (f-1 -) 1

N N;

(8)

10

15

50

gg

на выходе схемы имеются две последовательности цифровых величин, скорость ультразвука и скорость движения среды..

Сумматор 14 выдает значения временных отметок Q- .

с

-Таким образом, в предложенном техническом решении осуществляется взаимная синхронизация в соответствии с моментами времени выдачи результата измерения и моментами времени принятия зондирующих сигналов при проходе ими в направлении скорости V(t), когда период зондирования . Такие измерительные проце20 дуры способствуют уменьшению динамической погрешности, что доказывает проведенное экспериментальное исследование с привлечением численных методов .

25

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для определения свойств движущейся среды, содержащее два излучающих ji два приемных

30 пьезопреобразователя, подключенные к ним соответственно первый и второй усилители, преобразователь временной интервал - цифра, синхронизатор, сое- дикенный с управляющими входами уси, 35 лителей и входом преобразователя временной интервал - цифра, два других входа которого связаны с выходами усилителей, блок вычисления обратных величин и связанный с ним сумма40 тор-вычитатель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет измерения также и скорости ультразвука, оно снабжено

45 тремя регистрами, информаци онные входы которых соединены с соответствую- . щими выходами преобразователя временной интервал - цифра, решающим блоком, подключенным входом к выходу второго усилителя, а выходом - к управляющему входу третьего регистра и первому управляющему входу первого регистра, последовательно соединенными сумматором, первьм вход которого подключен к выходу третьего регистра, и преобразователем цифра - интервал времени, выход которого связан с управляющим входом второго регистра и вторым управляющим входом

-51396041«

перйого регистра, подключенного выхо- сумматора, а выход второго регистра дом в первому входу блока вычисления соединен с вторьм входом блока вычис- обратных величин и второму входу ления обратных величин.

Изобретение относится к измерению динамических свойств движущихся сред ультразвуковым методом. Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей за счет измерения также и скорости звука. Пьезопреобразователя- ми 1,2,3,4 прозвуг1ивается исследуемая среда в противоположных направлениях. Принимаемые последовательности-импульсов усиливаются, преобразуются в цифровые величиньк Вычисление скоростей ультразвука и движения среды проводится с использованием в качестве. временных отметок последовательности импульсов одного из акустических каналов . На выходе сумматора-вычитате- ля 10 получают искомые величины, а на выходе сумматора 14 - числовые значения временных отметок измерений , 1 ил. с S