Акустический гидростатический нивелир Советский патент 1991 года по МПК G01C5/04 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения превышений с помощью сообщающихся сосудов, наполненных однородной жидкостью, и может быть использовано для систематических измерений осадок промышленных, гидротехнических и других сооружений,

Цель изобретения - расширение диапазона измерений.

На фиг.1 приведена блок-схема нивелира; на фиг.2 - схема, поясняющая его работу.

Акустический гидростатический нивелир содержит сообщающиеся сосуды 1 и 2 с рабочей жидкостью 3, соединенные трубопроводом 4. В торцовых частях сосудов уста- новлены первые акустические преобразователи 5, на заданном расстоянии I от которых размещены экраны 6 с отверстиями 7. Регистрирующая часть устройства содержит синхронизатор 8, подключенный к первым входам двух идентичных измерительных каналов 9 и 10, каждый из которых содержит последовательно включенные генератор 11 зондирующих импульсов, выход которого через первые выходы измерительных каналов 9 и 10 соединен с входом соответствующего первого акутического преобразователя 5, первый усилитель 12, первый формирователь 13, первый блок 14 фиксации эхоимпульса, блок 15 измерения времени задержки, блок 16 счетчиков, установочный вход которого соединен с выходом синхронизатора 8, последовательно соединенные блок 17 опроса, входы которого соединены с выходами первого и второго измерительных каналовЭ и 10, арифметический блок 18,

сл

XJ

ы

индикатор 19 и генератор 20 счетных импульсов.

Рядом с первым акустическим преобразователем 5 из конусной акустической ловушке 21 размещен второй акустический преобразователь 22, соединенный с выходом генератора 11 зондирующих импульсов и входом второго усилителя 23, выход которого через последовательно соединенные второй формирователь 24 и блок фиксации эхоимпульса соединен с входом блока 15 измерения времени задержки.

Акустическая ловушка 21 выполнена мз материала, имеющего большую акустическую вязкость, например, из латуни. Акустические преобразователи 5 и 22 изготовлены, например, фрезерованием пластины из ти- таната бария, предварительно наклеенной компаундом на торец акустической ловушки 21, что обеспечивает идентичность их акустических характеристик.

Для того, чтобы полностью экранировать сигнал первого акустического преобразователя 5 и свободно пропускать акустический сигнал второго преобразователя 22, диаметр dc сосуда, диаметры сН и d2 акустических преобразователей, диаметр do отверстия 7 в экране 6, расстояние С между преобразователями, минимальная ширина экрана 6 над преобразователем 5 и угол а апертуры излучения преобразователей связаны соотношениями:

do d2 + l-sln a.

С 2)-sin a,

b di -И-slna,

do di + d2 + 2bsina.

Угол а апертуры на частотах 3-10 МГц, обеспечивающих точность мзмеренмя 0,1- 0,1 мм, для преобразователей из тмтаната бария.

Акустический гидростатический нивелир работает следующим образом,

Реперный сосуд 1 устанавливают на элементе конструкции в точке с известной абсолютной высотной отметкой, а измерительный сосуд 2 размещают в точке, высотное положение которой необходимо определить. Спустя некоторое-время жидкость 3 в сосудах 1 и 2, перетекая через трубопровод 4, установится на определенном уровне, причем расстояние от поверхности жидкости до соответствующих акустических преобразователей 22 будет отличаться на величину разности высотных отметок точки измерения и реперной точкм.

После включения прибора синхронизатор 8 начинает вырабатывать короткие периодически следующие электрические импульсы, скважность которых определяется быстродействием конкретного типа арифметического блока 18. Каждый синхроим5 пульсом осуществляется запуск генератора 11 зондирующих и (и пульсов установка в исходное состояние блоков 14-16 и 25 в каждом измерительном канале 9 i/ 10. При поступлении каждого синхроимпульса гене0 ратор 11 вырабатывает мощные короткие импульсы, которыми возбуждаются соответствующие акустические преобразователи 5 и 22, В результате в направлении поверхности жидкости 3 преобразователя5 ми 5 и 22 излучаются короткие ультразвуковые импульсы.

Ультразвуковой импульс преобразователя 5 отражается от экрана 6, а ультразвуковой импульс преобразователя 22, 0 свободно проходя через отверстие 7 в экране 6, - от поверхности оабочей жидкости 3. Принятые преобразователями 5 и 22 эхоим- пульсы трансформируются в электрические сигналы и далее передаются через соответ5 ствующие усилители 12 и 23 на входы формирователей 13 и 24. С выходов формирователей 13 и 24 импульсы поступают на блоки 14 и 25 фиксации, а затем на блок 15 измерений времени задержки им0 пульсов первого 5 и второго 22 ак/стических преобразователей, На третий вход блока 15 поступают импульсы с генератора 20 счетных импульсов. Из блока 15 счетные импульсы проходят на соответствующие входы

5 блока 16 в течение времени задержки эхо- импульсов первого 5 и второго 22 преобразователей. В блоке 16 счетчики подсчитывают счетные импульсы, результаты счета затем записываются в соответстзу0 ющие регистры блока 16 для эхоимпульсов каждого акустического преобразователя по отдельному регистру.

Управление записью в регистре осуществляется по двум шинам с 15. После

5 прихода соответствующего эхоимпульса блок 15 выдает сигнал запрета на блоки 14 и 25, запрещающие прохождение последующих эхоимпульсов на выходы блоков 14 и 25. Информация от каждого измерительного

0 канала 9 и 10 с регистров блока 16 в виде параллельного двоично-десятичного кода поступает на входы блока 17 опроса, откуда затем вводится в арифметический блок 18. Результаты счета отображаются индикато5 ром 19.

Разность отметок в реперных и измерительных точках вычисляется арифметическим блоком по формуле

AH -|i-i4-- H- Г115

где И и 2 - расстояние акустических преобразователей до экранов в первом и втором сосудах;

1 и ti - время задержки эхоимпульса отраженного от экрана 6 в каналах 9 и 10 соответственно;

г и т - время задержки эхоимпуль- са, отраженного от поверхности жидкости в каналах 9 и 10 соответственно,

В качестве арифметического блока 18 и индикатора 19 целесообразно применить программируемый микрокалькулятор, в ко- торый перед измерением вводятся константы И и la и программа вычислений. Уровень жидкости з сосуде без потери точности целесообразно иметь в пределах (1-10) I.

Формула изобретения

Акустический гидростатический нивелир, содержащий сосуды с акустическими экранами и отверстиями в них, частично заполненные жидкостью и связанные между собой жидкостным трубопроводом, синхро- низатор, генератор счетных импульсов и последовательно соединенные блок опроса, арифметический блок и индикатор, в дон- .ной части каждого из сосудов расположен первый акустический преобразователь, свя- занный с соответствующим генератором зондирующих импульсов и с соответствующими последовательно включенными первым усилителем, первым формирователе 1;, первым блоком фиксации эхоимпульсов. блоком измерения времени задержки и блоком сиетчиков, выходы которого соединены с соответствующими входами блока опроса, а установочный вход подключен к выходу синхронизатора, связанному с входами генератора зондирующих импульсов, первого блока фиксации эхоимпульсов и блока изме- рйьия времени задержки, соответствующий вход которого связан с выходом генератора счетных импульсов, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, он снабжен по числу сосудов конусными акустическими ловушками и последовательно включенными акустическими преобразователями, соединенными с соответствующими генераторами зондирующих импульсов, вторыми усилителями, вторыми формирователями и вторыми блоками фиксации эхоимпульсов, связанными с выходом синхронизатора и с соответствующими блоками измерения времени задержки, причем в каждом из сосудов конусная акустическая ловушка установлена между дном и первым акустическим преобразователем, первый и второй акустические преобразователи жестко связаны с ней, а отверстие в акустическом экране расположено над вторым акустическим преобразователем и выполнено с поперечным сечением, большим сечений второго акустического преобразователя.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для определения превышений с помощью сообщающихся сосудов, наполненных однородной жидкостью, и может быть использовано для систематических измерений осадок промышленных и гидротехнических сооружений. Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых превышений. Предлагаемое устройство снабжено усилителем, формирователем и блоком фиксации эхо-импульса, соединенными со схемой обработки сигналов. Экран с отверстием размещен внутри каждого сосуда на заданном расстоянии от двух акустических преобразователей таким образом, чтобы полностью экранизировать акустический сигнал первого преобразователя и беспрепятственно пропускать прямой и отраженный от поверхности жидкости акустический сигнал второго преобразователя. 2 ил.