Ультразвуковой расходомер Советский патент 1980 года по МПК G01F1/66 

временные диаграммы на выходах отдельных узлов устройства. Ультразвуковой расходомер содержит одноканальный акустический преобразователь 1 с приемо-излучающими головками 2 и 3, задающий генератор 4, подключенный к входам двух ключей 5 и 6, другие входы которых подключены к выходу схемы логики 7, а выходы соединены с входами акустического преобразователя 1 и входами двух смесителей 8 и 9 соответственно к другим входам смесителей подключен выход гетеродина 10, а выходы их через соответствующие фильтры низкой частоты 11 и 12 подключены к входам нуль-детектор а 13. Генератор счетных импульсов 14 подключен к входу схемы совпадения 15, другой вход которой соединен с выходом нульдетектора 13. Выход схемы логики 7 соединен через инвертор 16 с одним управляющим входом реверсивного счетчика 17 и непосредственно-с другим управляющим входом реверсивного счетчика 17, счетный вход которого подключен к выходу схемы совпадения 15. Расходомер работает следующим образом. На ультразвуковые приемо-излучающие головки 2 и 3 и на входы смесителей 8 и 9 подается последовательность радиоимпульсов Us (см. фиг. 2), полученных модуляцией синусоидального сигнала .(индекс т обозначает амплитуду сигнала), U, - (Oot задающего генератора 4 импульсами t/2, подаваемыми на ключи 5 и 6 (схемы совпадений) со схемы логики, U, U,G(t), где G(0 (- 1 при 10; /oj GO (j 0 при „1, где to - длительность радиоимпульса; Т - период повторения радиоимпульсов;,1,2,... Таким образом, U U3nO(f). Сигналы, поступающие на ультразвуковые головки 2 и 3, преобразуются в ультразвуковые зондирующие импульсы, которые, пройдя через контролируемый участок потока, принимаются теми же ультразвуковыми головками 2 и 3 (длительность импульсов ta должна быть меньще, а период повторения TO больше времени пробега импульсов через контролируемый участок потока) и поступают на входы смесителей 8 и 9 после импульсов возбуждения Us. Таким образом, сигналы 174 и t/s на входах смесителей 8 и 9 представляют собой последовательности чередующихся возбуждающих и принятых импульсов 43 L/4mG (t - TI) Sin Шо (t - ti); .6 Ul,nG (t- sincuo X с + u/ x(--;.a .G ( - T) sin шл - ;); ,, :. Sin u)(, X L - расстояние между ультразвуковыми головками; С - скорость звука в контролируемой среде; V - проекция средней скорости движения среды на направление распространения зондирующих импульсов; т/- задержка сигналов в элементах схемы находящихся между ультразвуковой головкой 2 и входом смесителя 8; - задержка в акустическом преобразователе на пути от ультразвуковой головки 3 к 2; время задержки другого каНа другие входы смесителей 8 и 9 поступает синусоидальный сигнал t/e с выхода гетеродина 10 t/e t/emCos сог/. Смесители 8 и 9 и гетеродин 10 служат для преобразования частоты несущих колебаний сигналов L4 и И. Смесители представляют собой нелинейные элементы, на выходе которых имеются колебания комбинационных частот coo-i-(ur и шо-сог, а также, в зависимости от схемы смесителя, колебания других частот. Выходной сигнал смеителя 8 пропорционален произведению Ui-U, а смесителя 9 - . С выходов смесителей 8 и 9 сигналы поступают на фильтры низкой частоты И и 12, с помощью оторых выделяются колебания разностной частоты то-сог. Сигналы Uj и Us на выхоах фильтров 11 и 12 представляют собой диничные периоды колебаний частоты оо-сог, так как для максимального испольования возможностей расходомера обычно , олагают Го. Фазы этих сигналов равны р„(,)(-Жт;-т;); ср,в(ш,-ш)и-ж(т; + -) Lч -т VJJ 8а ( - г) ( Щ - г);

P.6 )) - . - /J

где TI и т/ - задержки сигMO

налов на участках от входов смесителей 8 и 9 до входов нуль-детектора 13. , С помощью нуль-детектора 13, срабатывающего в момент прохождения сигнала через нуль с отрицательной производной во времени, сигналы U и Us преобразуются в последовательность импульсов прямоугольной формы Ug, состоящую ИЗ двух последовательностей t/ga и Uas (нуль-детектор а 13 может состоять, например, из двух усилителей-ограничителей, формирующих из отрезков синусоиды прямоугольные импульсы положительной полярности, и К-5 триггера, срабатывающего от задних фронтов импульсов, подаваемых на его входы). Длительность импульсов в подпоследовательности С/эа равна

, Жт + т,

а длительность импульсов в подпоследовательности t/96 равна

2 oiQt;

+ Af/-f t,

-

К-Ш1.)С2

где т TI -Т2 -временная ассиметрия

электронной схемы по цепям высокой частоты; временная ассиметрия электронной схемы по цепям низкой частоты.

Импульсы L/Qa и f/96 попеременно открывают схему совпадений 15, которая пропускает импульсы счета Uio, следующие с частотой /с, с выхода генератора счетных импульсов 14 на рабочий вход реверсивного счетчика 17. Сигнал на входе реверсивного счетчика 17 приведен на диаграмме L/H. Реверсивный счетчик работает в двух режимах- сложения и вычитания поступающих на его вход импульсов.

В предлагаемом устройстве применена наиболее распространенная схема реверсивного счетчика, имеющая один рабочий вход и два управляющих Л(+) и ЛЯ (знак в скобках указывает на режим работы счетчика

при подаче управляющего сигнала на этот вход. Поскольку вход Л() соединен с выходом схемы логики 7 через инвертор 16, реверсивный счетчик 17 при счете серии импульсов (/на работает в режиме вычитания, а при счете серии импульсов ицб - ъ режиме сложения соответствующий режиму сложения управляющий сигнал показан на диаграмме Ui2)

В итоге код на выходе реверсивного счетчика равен

Л7 f /-, I - 2Ь +

Л - /с (б - а) - ;- - V,

(Шд - Ш,) С

т. е. не зависит от временной ассиметрии каналов электронной схемы.

Формула изобретения

Ультразвуковой расходомер, содержащий одноканальный акустический преобразователь, два входа которого соединеиы с выходами двух ключей, одни входы которых подключены к выходу задающего генератора, а другие входы - к выходу схемы логики, два смесителя, к одним входам которых подключен выход гетеродина, а выходы каждого из которых через соответствующие фильтры низкой частоты подключены к входам нуль-детектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены генератор счетных импульсов, схема совпадения, реверсивный счетчик и инвертор, приче.м выходы двух ключей подключены к другим входам соответственно двух смесителей, выход нуль-детектора соединен с одним входом схемы совпадения, другой вход которой подключен к выходу генератора счетных импульсов, а выход - к счетному входу реверсивного счетчика, вь1ход схемы логики соединен с одним управляющим входом реверсивного счетчика и через инвертор - с другим управляющим входом реверсивного счетчика. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США 3.935.735, кл. G 01F 1/66, опубл. 1976.

2.Патент США № 3.050.997, кл. G 01F 1/66, опубл.1959 (прототип). 1-Л -U