Устройство для определения распределения газовых пузырьков в жидкости по размерам Советский патент 1993 года по МПК G01N29/02 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и предназначено для определения в реальном масштабе времени распределения газовых пузырьков в жидкости по размерам и может быть использовано в технике кавитационных качеств гидромаш ин, в океанологических исследованиях и других задачах прикладной гидродинамики.

Цель изобретения - повышение точности определения распределения газовых пузырьков по размерам.

Поставленная цель достигается за счет .формирования с помощью вновь введенных формирователя треугольных колебаний, многоканального селективного усилителя, управляемого многоканальным усилителем постоянного тока, сумматора и излучения многокомпонентного широкополосного сигнала с строго определенным и стабильным во времени эквидистантным спектром, в результате чего по затуханию звуковых колебаний строго определенных и стабильных частот, распространяющихся в жидкости с пузырьками газа, определяют концентрацию газовых пузырьков, размеры которых (их радиусы) резонансны этим частотам, т.е. определяют распределение газовых пузырьков в жидкости по размерам с большей точностью за счет повышения частотной стабильности широкополосного сигнала с известным эквидистантным спектром.

На фиг.1 приводится структурная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для определения распределения газовых пузырьков в жидкости по размерам содержит синхронизатор .1, выход которого соединен с входом схемы 2 задержки. Вход формирователя 3 прямоугольных импульсов соединен с выходом схемы 2 задержки, а его выход - с входом оперативно00

о ел со 1

xj

го запоминающего блока 4. Вход многоканального вычитающего блока 5 соединен с выходом оперативного запоминающего блока4, а его выход- с входом многоканального регистратора 6, синхронизирующий вход которого соединен с выходом синхронизатора 1..

Вход формирователя 7 прямоугольных импульсов соединен с выходом синхронизатора 1. Управляемый вход модулятора 8 соединен с выходом .формирователя 7 прямоугольных ШГпуль сов, а его выход - с входом усилителя 9 мощности, выход которого соединён с входом акустического излучателя 10,

В ыход акустического приемника 11 соединен с сигнальным входом модулятора 12, управляемый вход которого соединен с выходом формирователя 3 прямоугольных импульсов. Сигнальный вход многоканального селективного усилителя 13 соединен с выходом модулятора 12, а управляемые входы его соединены с управляемыми входами многоканального селективного усилителя 14. Выходы многоканальных селективных усилителей 13 и 14 соединены с входами многоканального блока 5 вычитания, первого - непосредственно, второго - через оперативный запоминающий блок 4.

Выход генератора 15 гармонических колебаний соединен с входом формирователя 16 треугольных колебаний. Вход многоканального селективного усилителя 17 соединен с выходом формирователя 16 треугольных колебаний, а его выход - с входом сумматора 18, выход которого соединен с входом модулятора 8. Вход многоканального усилителя 19 постоянного тока соединен с управляющим выходом генератора 15, а его выход соединен с управляемыми входами многоканальных селективных усилителей 13; 14,17.

Устройство работает следующим образом. Работу всего устройства синхронизируют синхроимпульсы 11, формируемые на выходе синхронизатора 1, задними фронтами которых запускается схема 2 задержки, на выходе которой формируются видеоимпульсы длительностью Г3ад стр И 2, задними фронтами которых запускается формирователь 3 прямоугольных импульсов, на выходе которого формируются видеоимпульсы И 3 длительностью гстр , участвующие в временной селекции принимаемых широкополосных сигналов, которая осуществляется для повышения точности измерений за счет устранения различного рода акустических и электрических помех.

Задними фронтами синхроимпульсов И 1 запускается также формирователь 7 прямоугольных импульсов, на выходе которого формируются видеоимпульсы И 4 с необхо. димой длительностью Ти , под воздействием которых на выходе модулятора 8 формируются радиоимпульсы И 6 с широкополосным заполнением, имеющим эквидистантный спектр, которые усиливаются

усилителем 9 мощности и излучаются в исследуемую газожидкостную среду акустиче- i ским излучателем 10.

Излучаемые широкополосные сигналы с эквидистантным спектром образуются сле5 дующим образом. Непрерывные колебания частоты f с выхода генератора 15 гармонических колебаний поступают на вход формирователя 16 треугольных колебаний, с выхода которого непрерывные пилообраз0 ные колебания И 5 поступают на вход многоканального селективного усилителя 17, с помощью которого из непрерывных пилообразных колебаний, спектр которых обладает. рядом гармонических составляющих от 1 до

5 п, выделяются гармонические колебания с частотами f, 2f,3f,...,nf, которые суммируются сумматором 18, с выхода которого непрерывный широкополосный сигнал с эквидистантным спектром поступает на сиг0 нальный вход модулятора 8, на выходе кото- рого формируются радиоимпульсы с требуемой длительностью и скважностью И б, которые излучаются в исследуемую газожидкостную среду.

5 При распространении в исследуемой среде с газовыми пузырьками акустического широкополосного сигнала, состоящего из п эквидистантных чаетотных компонент, в результате рассеяния на газовых пузырьках

0 происходит их затухание главным образом на резонансных этим п частотным компонентам пузырьках. Ослабленный рассеянием на резонансных газовых пузырьках сигнал принимается широкополосным при5 емным преобразователем 11, селектируется (стробируется) во времени модулятором 12, с выхода которого отстробированный сигнал И 7 поступает на вход многоканального селективного усилителя 13.

0 Отселектированные по частотам селективными усилителями с частотами селекции равными f, 2f, 3f,.,.,nf, выпрямленные и ос- редненные в пределах длительности зондирующего импульса сигналы И8П (индекс п

5 означает принадлежность сигнала к одному из п каналов многоканального селективного усилителя) поступают для вычитания на первые входы многоканального блока 5 вычитания, на вторые входы которого поступают сигналы И 9 , уровни которых соответствуют (в результате предварительно проведенной калибровки коэффициентов передачи многоканального селективного усилителя 14 в обезгаженной воде)уровням, образующимся при прохождении исходного зонди- рующего широкополосного сигнала с эквидистантным спектром через обезга- женную жидкость.

Для осуществления операции вычитания двух сигналов, разнесенных во време- ни, отселектированные, выпрямленные и осредненные сигналы, образующиеся на выходах многоканального селективного усилителя 14, запоминаются в многоканальном оперативном запоминающем блоке 4, с выходов которого в виде И9П поступают на соответствующие вторые входы многоканального вычитающего блока 5 вычитания, при этом на соответствующих выходах его формируются сигналы с уровнями И 10П пропорциональными коэффициентам затухания звуковых колебаний на каждой из п эквидистантных частотных компонент широкополосного сигнала, т.е. сигналы, уровни которых несут информацию о концентрации газовых пузырьков, размеры которых резонансны каждой из п эквидистантных частотных компонент излучаемого широкополосного сигнала, которые регистрируются многоканальным регистратором 6, синхронизируемым синхроимпульсами 11.

Перед излучением очередного зондирующего сигнала задними фронтами видеоимпульсов И 3 запоминаемая многоканальным

оперативным запоминающим блоком 4 информация И 9П сбрасывается результате чего оперативный запоминающий блок 4 подготавливается к очередному циклу своей работы.

По величине затухания на каждой из п эквидистантных частотных компонент, регистрируемого многоканальным регистратором 6, с помощью тарировочной кривой вычисляется концентрация газовых пузырь- ков с радиусами резонансными этим частот- н.ым компонентам, т.е. определяется распределение газовых пузырьков по их размерам в исследуемой газожидкостной среде.

Для одновременной перестройки частот селекции f, 2f. 3f,..., nf всех трех многоканальных селективных усилителей в

-точном соответствии с изменением частоты генератора 15 гармонических колебаний уп- равляющие выходы многоканального усилителя 19 постоянного тока соединены с соответствующими управляемыми входами многоканальных селективных усилителей, частоты селекции которых могут плавно перестраиваться с изменением частоты колебаний f.

Использование изобретения, по сравнению с прототипом, обеспечивает преимущество, заключающееся в увеличении точности определения распределения газовых пузырьков в жидкости по размерам, что позволит, например, уточнить методики определения кавитационных качеств гидромашин.

Формула изобретения Устройство для определения распределения газовых пузырьков в жидкости по размерам, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, схему задержки, первый формирователь прямоугольных импульсов, оперативный запоминающий блок, многоканальный блок вычитания и регистратор, синхронизирующий вход которого соединен с выходом синхронизатора, последовательно соединенные второй формирователь прямоугольных импульсов, вход которого подключен к выходу синхронизатора, первый модулятор, усилитель мощности и акустический излучатель, последовательно соединенные акустический приемник, второй модулятор, первый многоканальный селективный усилитель, выход которого подключен к второму входу многоканального блока вычитания, второй многоканальный усилитель, вход которого подключен к выходу первого модулятора, а выход -.к информационному входу оперативного запоминающего блока, и генератор, а,выход первого формирователя прямоугольных, импульсов подключен к управляемому входу второго модулятора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено последовательно соединенными формирователем треугольных колебаний, вход которого подключен к выходу генератора, третьим многоканальным селективным усилителем и сумматором, выход которого подключен к сигнальному входу первого модулятора, и многоканальным усилителем постоянного тока, вход которого связан с выходом генератора, выход - с управляемыми входами многоканальных усилителей, а генератор выполнен в виде генератора гармонических колебаний.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и предназначено для определения в реальном масштабе распределения газовых пузырьков в жидкости по их размерам. Цель изобретения - повышение точности. В исследуемую жидкость излучают ультразвук в виде радиоимпульса эквидистантного спектра. Принятый сигнал сформировывают и усиливают. В многоканальном блоке вычитатель определяет разницу амплитуд излученного сигнала на данной частоте и принятого сигнала, по которой судят о размере пузырька газа в жидкости. Частотная многоканальность позволяет получить распределение пузырьков по размерам. 2 ил.