Ульразвуковой измеритель скорости потока Советский патент 1976 года по МПК G01P5/24 G01F1/66 

1

Изобретение относится к области акустических измерений и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для измерения скорости потока жидкостей или газов, а также для измерения скорости движения кораблей и летательных аппаратов.

Известны ультразвуковые измерители скорости потока, содержащие два импульсных электроакустических синхрокольца с отдельными электроакустическими парами преобразователей и схему измерения разности частот повторения импульсов, формируемых в этих синхрокольцах, или схему определения разности количества импульсов за определенные промежутки времени 1, 2. В этих измерителях электроакустические преобразователи расположены вдоль потока, и в одном синхрокольце акустические сигналы излучаются по направлению потока, а в другом - против направления потока. При одина|Ковых расстояниях между электроакустическими преобразователями отдельных синхроколец разностная частота повторения генерируемых в них импульсов получается прямо пропорциональной скорости потока относительно преобразователей.

Ввиду того, что частота повторения импульсов, генерируемых в электроакустических синхрокольцах, определяется расстоянием между преобразователями и акустическими

параметрами среды, находящейся между этими преобразователями. При работе таких измерителей скорости потока получаются значительные погрешности из-за разности путей

акустических сигналов и из-за разности физических характеристик (температуры, состава и др.) рабочей среды в зонах размещения преобразователей. Эти недостатки устранены в ультразвуковых измерителях скорости потока, работающих с одной парой электроакустических преобразователей и имеющих электронную схему коммутации, обеспечивающую последовательную работу двух импульсных электроакустических синхроколец, в которых преобразователи попеременно работают в режимах излучения и приема.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является ультразвуковой измеритель скорости потока, включающий два обратимых электроакустических преобразователя, два приемника, два импульсных генератора и коммутатор, образующие два коммутируемых в противоположных направлениях синхрокольца, блок выделения сигналов разностной частоты и индикатор 3. В этом измерителе информация о скорости движения среды относительно электроакустических преобразователей выдается в конце

полного цикла коммутации, поэтому он не

обеспечивает высокого быстродействия измерения и не может быть использован для измерений в случаях быстрых изменений скорости движения среды. Так как в одном полупериоде коммутации суммируются импульсы, формируемые в синхрокольце, в котором акустические сигналы распространяются в направлении течения, а в другом полупериоде вычитаются импульсы, формируемые в синхрокольце, работающем в противоположном направлении, любое изменение скорости среды в течение полного цикла коммутации вызывает погрешность измерения.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерений.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в каждое синхрокольцо введены когерентный генератор с памятью, ключ и триггер, причем входы когерентных генераторов подключены к выходам соответствующих импульсных генераторов, а их входы - к блоку выделения сигналов разностной частоты и к одному из входов ключей, выходы которых подключены к входам импульсных генераторов, а вторые управляющие входы - к триггерам, управляющие входы которых подключены к выходам приемников и к коммутатору.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого измерителя скорости; на фиг. 2, а-и - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Измеритель скорости содержит электроакустические преобразователи 1, 2, расположенные в измеряемом потоке, ждущие импульсные генераторы 3, 4, приемники 5, 6, коммутатор 7, когерентные генераторы 8, 9 с памятью, ключи 10, 11, триггеры 12, 13, блок 14 выделения сигналов разностной частоты и индикатор 15.

Измеритель скорости работает следующим образом.

Электроакустические преобразователи 1, 2, импульсные генераторы 3, 4 и приемники 5, 6 образуют два электроакустических синхрокольца, работа которых при помощи коммутатора 7 управляется таким образом, что в один полупериод коммутации подаются открывающие импульсы (фиг. 2, а) на приемник 5 и импульсный генератор 3, а в другой полупериод коммутации (фиг. 2, б) - на приемник 6 и импульсный генератор 4. Таким образом, в одном полупериоде коммутации в одном электроакустическом синхрокольце формируется серия импульсов (фиг. 2, в), частота повторения которых Fi(, где с - скорость акустических волн в неподвижной среде измерения, v - скорость потока относительно преобразователей, / - расстояние между преобразователями, а в другом полупериоде коммутации в другом электроакустическом синхрокольце генерирзется серия импульсов (фиг. 2, г) с частотой повторения F, (c+v)ll

Во время работы электроакустического синхрокольца с генератором 3 от этого генератора синхронизируется по частоте и фазируется по фазе когерентный генератор 8 с намятью, а во время работы синхрокольца с генератором 4 синхронизируется и фазируется когерентный генератор 9 с памятью. Память каждого когерентного генератора выбрана такой, что частота генерируемых им импульсов остается неизменной и в полупериод коммутации, когда на него не подаются фазирующие импульсы от импульсного генератора соответствующего электроакустического синхрокольца.

Для того, чтобы исключить переходные процессы при фазировании когерентных генераторов в момент перехода из одного полупериода коммутации в другой, первый импульс в цикле работы электроакустического синхрокольца запускается импульсом с выхода когерентного генератора. С этой целью выходы когерентных генераторов через ключи 10 и И соединены соответственно с запускающими входами импульсных генераторов 3 н 4. Ключи 10 и 11 открываются импульсами триггеров 12 и 13 (фиг. 2,д,е), которые формируются путем перевода триггеров в рабочее состояние в начале рабочих циклов соответствующих электроакустических синхроколеи и путем перевода в начальное состояние в момент приема акустических сигналов, прощедщих от электроакустического излучателя к приемнику.

Так как триггер в рабочее состояние может переводиться только передним фронтом импульсов коммутатора, импульсные генераторы 3 и 4 в начале рабочего цикла соответствующих электроакустических синхроколец зап)скаются прошедшими через ключи 10 и 11 импульсами когерентных генераторов 8 и 9, а далее электроакустические синхрокольца работают в режиме синхрогенерации, т. е. прошедп1ий рабочзю среду и принятый приемником сигнал запускает импульсный генератор. Таким образом, на выходах когерентных генераторов 8 и 9 формируются непрерывные последовательности импульсов с частотами повторения FI и FZ (фиг. 2, ж и з). Эти импульсы подаются на блок выделения сигналов разностной частоты, а с выхода этого блока сигналы (фиг. 2, и) подаются на индикатор - частотомер 15, показания которого пропорциональны скорости потока, так как разностная частота

F , 2vll.

Использование когерентных генераторов и схем фазирования импульсных генераторов электроакустических синхроколец выходными сигналами когерентных генераторов позволяет существенно увеличить быстродействие измерителя скорости потока и соответственно повысить точность измерения в случае нестационарных потоков, что значительно расширяет область его применения..

Формула изобретения

Ультразвуковой измеритель скорости потока, включающий два обратимых электроакустических преобразователя, два приемника, два импульсных генератора и коммутатор, образующие два коммутируемых в противоположных направлениях синхрокольца, блок выделения сигналов разностной частоты и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерений, в каждое синхрокольцо введены когерентный генератор с памятью, ключ и триггер, причем входы когерентных генераторов подключены к выходам соответствующих импульсных генераторов, а их выходы - к блоку выделения сигналои разностной частоты и к одному из входов ключей, выходы которых подключены к входам импульсных генераторов, а вторые управляющие входы - к триггерам, управляющие входы которых подключены к выходам приемников и к комм татору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;

1.Патент США № 3625057, кл. 73-194А, 07.12.71.

2.Патент Великобритании № 1347351, кл. Н 4D, 20.02.74.

3. Патент ФРГ Я 1244451, кл. 420,15, 13.07.67.

а.

5

ff

ж