Ультразвуковое устройство для определения свойств движущейся среды Советский патент 1989 года по МПК G01N29/00 

1 fc

Изобретение относится к измерениям механических величин и может быть использовано для определения характеристик локальных неоднородностей, например, в потоках жидкостей и газов.

Цель изобретения - повышение инг формативности путем обеспечения возможности определения скорости ультразвука в движущейся локальной неоднородности среды и скорости ее движения.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для определения свойств движущейся среды; на фиг. 2 - диаграмма, поясняющая работу этого устройства.

Ультразвуковое устройство для определения свойств движущейся среды содержит четыре электроакустических

преобразователя 1-4, генератор 5 зондирующих импульсов, выход которого подключен к первому 1 и четвертому 4 электроакустическим преобразователям, подключенные к выходам соответственно второго 2 и третьего 3 электроакустических преобразователей первый 6 и в торой 7 усилители, измеритель 8 временных интервалов, первый вход которого подключен к выходу генератора 5 зондирующих импульсов, а второй и третий входы подключены соответственно к выходам первого 6 и второго 7 усилителей, блок 9 вычисления обратных величин, первый 10 и второй 11 сумматоры, блок 12 вычисления искомых параметров, третий 13 и четвертый 14 сумматоры, первую 15 и вторую 16 схемы сравнения, логический элемент

Јь

ЬЭ

00

ел

314

И 17, счетчик 18 и блок 19 памяти, при этом выход измерителя 8 временных интервалов подключен к входам блока 9 вычисления обратных величин, первого 10 и второго 11 сумматоров и первому входу блока 12 вычисления искомых параметров, выход блока 9 вычисления обратных величин подключен к входам третьего 13 и четвертого 14 суммато- ров, выходы которьрс подключены соответственно к третьему и четвертому входам блока 12 вычисления искомых параметров, выходы первого 10 и второго 11 сумматоров подключены соот- ветственно к первым входам первого 15 и второго 16 блоков сравнения, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам блока 19 памяти, третий выход которого подключен к второму входу блока 12 вычисления искомых параметров, пятый вход последнего подключен к выходу счетчика 18, управляющий вход подключен к выходу логического элемента И 17, а управляющий выход - к первому входу счетчика 18 и управляющему входу генератора 5 зондирующих импулё- сов, а второй вход счетчика 18 подключен к второму выходу генератора 5 зондирующих импульсов.

Устройство работает следующим образом.

В исследуемую среду, скорость движения которой v6 и скорость ультразвука в которой с0, в моменты времени

{t(} to ti - t; --t«l (1)

электроакустические преобразователи 1 и 4 излучают зондирующие импуль- сы по двум противоположным направлениям. Длина волны заполнения ультразвукового импульса установлена .много меньшей по сравнению с базовым расстоянием 1, а период зондирования - из условия

Ј(t)4l -t ),(2)

где Јми„ - минимальное время задержки зондирующих импульсов в среде при прохождении ими базового расстояния. Электроакустические преобразователи 1,3 и 2%, 4 установлены на расстояниях один от другого, много меньших расстояния 1.

Прошедшие расстояние 1 в среде зондирующие импульсы принимаются электроакустическими пребразователя- ми 2 и 3 в априорно неизвестные мо

154

менты времени {tl| l и |V; (фиг.2),

Г (+h где t; I - моменты времени приема

зондирующих сигналов, излученных в направлении вектора скорости V ;

IVм 1

t; J - то же, в противоположном направлении. По моментам времени ftЛ излучения и моментам времени приема ГМ1 ГД-)1

tj J , | t; J ЗОНДИРУЮЩИХ ИМПуЛЬСОВ

измеритель 8 временных интервалов определяет их цифровые значения Гт;,

. КП Первый сумматор 10 определяет значение интервала времени согласно выражению

h«,(+l

I 1-Й

(3)

а второй сумматор 11 - значение интервала времени согласно выражению

(4)

I

(- тн т ;+i T

Схемы 15 и 16 сравнения сравнивают величину Ч (t с величиной R 4, и величину Ј1Г с величиной согласно выражениям

; (5) lf.,. (6)

где Ј - значение величины г ,

Величины М4 и Rf записаны в блоке 19 памяти. Кх значения установлены в соответствии с постановкой измерительной задачи, например, по выражениям:

ИА

i

C0+v0 c0+v0+(&c+bv+Sc+Sv)

(7)

R4 -i-+ij

cc-iv0-(uc+Јv+8c+fiv)

(8)

где & с - порог обнаружения локальной неоднородности скорости ультразвука в среде; uv - порог обнаружения скорости движения локальной неоднородности в среде;

о с - допустимая погрешность измерения скорости ультразвука в среде;

S v -.допустимая погрешность измерения скорости движения среды.

А

Значения с + vc

ft 4

о С0 vo величин v0 устанавливают априорно или с привлечением измерительной информации о параметрах исследуемой среды. Знак порогов обнаружения устанавливают в зависимости от физической природы локальной неоднородности и среды (газовой, жидкостной и т.п.).

В случае выполнения условий (5) и (6) решение о наличии локальной неоднородности не принимается, на выходе логического элемента И 17 логический нуль. Сумматоры 14 и 13 и блок 9 вычисления обратных величин определяют оценки скорости ультразвука в ере-

Н

-0;)ТГ +1;

(14)

(с0; -v0; )т ( rij:(.Llli

+i

2сс (15).

,(+l

ХА

: kiri iJTli±.(ioiAvoiJJrlpiA dJZL

2со| (+

+()т Г;

(16)

/ .Л«Ј, т. {+

:iЈaLzY2JlliI±iЈfl ±YoLiiIJdL+

-(с.

2с,

Ч; ., ;

. «4 г

(17)

х.

1 Ј :х|0 1| Й ±Х°а1тЈ14

Изобретение относится к области измерений механических величин и может быть использовано для определения характеристик локальных неоднородностей, например, в потоке жидкостей. Цель изобретения - повышение информативности за счет обеспечения возможности определения скорости ультразвука в движущейся локальной неоднородности среды и скорости ее движения. С помощью двух пар электроакустических преобразователей осуществляют зондирование потока жидкости во встречных направлениях акустическими импульсами, следующими с интервалами, много меньшими времени прохождения ультразвука акустической базы. С помощью измерителя интервалов времени измеряют моменты времени, соответствующие приходу зондирующих импульсов в каждом из каналов. Искомые параметры получают на выходе блока вычисления, работающего по заданному алгоритму. 2 ил.

и скорости движения среды V0;

ДЈ се;

согласно выражениям:

л

А х

с°; (

Л

. (-

01 2,и ,

+1);

iV -т

i- Т-Т

(9)

-т

-).

(Ю)

TV1 -Т; TV -Т; В случае, когда условия (5) и (6)

для i-x j j и не выполняются, блоками 15-17 принимается решение о наличии локальной неоднородности и логический элемент И 17 выдает на управляющий вход блока 12 вычисления искомых параметров логическую единицу. По данной команде в блок 12 с выходов сумматоров 14 и 13 вводятся

А Л

оценки С0; и v0; , с выхода блока 19 памяти - значение величины , с выхода счетчика 18 - значение величины i, с выхода измерителя 8 временных,интервалов - цифровые величины Гт. Т, ;

тГЧ .

Блок 12 вычисления искомых параметров определяет координаты точек В, Г, Д, Е (фиг. 2) по алгоритму, реализующему выражения:

,(.,J

t elЈuLIX5i.lli-j ±ЈAL±Y5Llii. (П) в л

2с0;

А . И . .W . полезно для оонаружен: iЈ°L-J J : i;i iiЈsi ty iJJ-S физических объектов и 2сс;свойств, например, пр;

А А

(с„; -vo;

ТД 1;(12)

t ,Јо)(Ј..ГХаат1 1 +1.

2С°;(13)

« (c,

2t

45 fio сравнению с времене зондирующим импульсом стояния .

Использование изобр полезно для обнаружени

при процессов образования пузырьков, начальных ф лаждающих жидкостей в

55 установках и т.п..

Формула изоб

Ультразвуковое устр деления свойств движу

2с Кс +v )

(- voi / х

(18)

По полученным значениям координат (11) - (18) блок 12 вычисляет оценки скорости ультразвука с

неоднородности и скорости лУ, жения согласно выражениям:

в локальной ее двиc, + fl2te);(19)

i Сд-tetr-CE

Л V.

1/-5&I 1 2х15Ј-

iVj. «,

24A-t

tr-te

(20)

. полезно для оонаружен: физических объектов и свойств, например, пр;

Таким образом, повышение информативности достигается за счет обеспечения возможности определения скорости движения локальной неоднородности

5 и скорости ультразвука в ней, когда локальная неоднородность характеризуется отличающейся скоростью ультразвука от скорости ультразвука в среде и отличающейся скоростью движения от

Q скорости движения среды, а также линейными размерами, меньшими по сравнению с базовым расстоянием, и временем пребывания в активной зоне измерительного преобразователя, меньшим

5 fio сравнению с временем прохождения зондирующим импульсом базового расстояния .

Использование изобретения наиболее полезно для обнаружения локальных

определения их при исследовании процессов образования кавитационных пузырьков, начальных фаз кипения охлаждающих жидкостей в энергетических

5 установках и т.п..

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для определения свойств движущейся среды, содержащее четыре электроакустических преобразователя, генератор зондирующих импульсов, выход которого подключен к первому и четвертому электроакустическим преобразователям, подключенные к выходам соответственно второго и третьего электроакустических преобразователей первый и второй усилители, измеритель временных интервалов, первый вход которого подключен к выходу генератора зондирующих импульсов, а второй и третий входы подключены соответственно к выходам первого и второго усилителей, блок вычисления обратных величин, первый и второй сумматоры и блок вычисления искомых параметров отличающееся тем, что, с целью повышения информативности за счет определения скорости ультразвука в движущейся локальной неоднородности среды и скорости ее движе-.Т; ния, оно снабжено третьим и четвертым сумматорами, первой и второй схемами сравнения, логическим элементом И, счетчиком и блоком памяти, выход измерителя временных интервалов подключен к входам блока вычисления обратных величин, первого и второго сумматоров и первому входу блока вычисления искомых параметров, выход блока вычисления обратных величин подключен к входам третьего и четвертого сумматоров, выходы которых подключены соответственно к третьему и

0 четвертому входам блока вычисления искомых параметров, выходы первого и второго сумматоров подключены соответственно к перзым входам первого и второго блоков сравнения, вторые вхо-

5 ды которых подключены соответственно к первому и второму выходам блока памяти, третий выход которого подключен к второму входу блока вычисления искомых параметров, пятый вход поQ следнего подключен к выходу счетчика, управляющий вход подключен к выходу логического элемента И, а управляющий выход - к первому входу счетчика и управляющему входу генератора зон5 Дирующих импульсов, а второй вход счетчика подключал к второму выходу генератора зондирующих импульсов.

Фиг

i

ti

ti

J.W

+(

.f ti

Фиг. 2

tf } t( ll

tt. Zt-+1

/

J.W

+(

ti

+ {+) j. t