Двухканальный ультразвуковой измеритель скорости потока Советский патент 1980 года по МПК G01P5/24 G01F1/66 

Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и может быть использовано в устройствах для измерения скорости движения жидкости, расходомерах. Известны ультразвуковые измерители скорости потока, содержащие две пары пьезоизлучателей и пьезоприемников, генераторы зондирукяцих импульсов и измерительную схему, работа которых основана на двухканальном зондировании двумя импу.цьсными сигналами, один из которых излучают в направлении потока, а другой излучают против направления потока. При одинаковых расстояниях между электроакустическими преобразователями измеряют раз ностную частоту повторения генерируемых в них импульсов, которая прямо пропорциональна скорости потока 1 Недостатком таких устройств йрдяется ограниченное быстродействие, что фактически исключает возможность измерения флуктуирующей скорости потока, так как для достоверного определения разности частот повторения импульсов в обоих синхрокольцах, требуется интервал времени во много раз превышающий период повторения импульсов в синхрокольце кана ла, в котором излучение зондирующего импульса производят против направления потока. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является двухканальный ультразвуковой измеритель скорости потока, содержащий блок вычитания, регистрирующий блок , а в каждом канале - генератор зондирующих импульсов, соединенный с пьезоиз.пучателем и входом преобразователя временной интервал-цифра, пьезоприемник, блок обработки импульсных сигналов, выход которого связан с другим входом преобразователя вре;менной интервал-цифра,блок вычисления обратных величин 2. Недостатком этого устройства является невысокая помехоустойчивость и точность измерений вследствие того, что при флуктуациях потока, которые являются источником мультипликативных помех, зондирующийимпульс, пройдя контролируемый участок флуктуирукхцего потока, сам начинает флуктуировать по амплитуде. Кроме того, принятые акустические импульсы на выходе пьезоприемника из-за эффекта реверберации в ближней зоне контролируемой среды имеют несимметричную огибающую. , Цель изобретения - повышение по:мехоустойчивости устройства и точности измерений. . Поставленная цель достигается тем что в двухканальном ультразвуковом и мерителе скорости потока в каждом .канале введены корректирующий фильтр, второй преобразователь вре менной интервал-ци4фа, делитель на два, сумматор и блок цифровых вел чин, корректирующий фильтр включен между выходом пьезоприемника и входо блока обработки импульсных сигналов, старт-стопный выход которого соедине со входом второго преобразователя временной интервал-цифра, выход ко торого через делитель на два соедине с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу ; первого преобразователя временной интервал-цифра, третий вход сумматора соединен с выходом, блока циф. ровых величин, а выход сумматора подключен ко входу блока вычисления обратных величин. На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого измерителя скорости потока, на фиг. 2 - графики, поясняющие его работу. Измеритель содержит две пары пье зоизлучателей и пьезоприемников 1,2 и 3,4 (фиг.1}, два генератора 5 и б зондирующих импульсов, два корректир ющих фильтра 7 и 8, блоки 9 и 10 обг работки импульсных сигналов, первые преобразователи 11 и 12 временной интервал-цифра, вторые преобразоват ли 13 и 14 временной интервал-цифра делители 15 и 16 на два, два сумматора 17 и 18, два блока 19 и 20 цифровых величин, два .блока 21 и 22 вычисления обратных величин, блок 23 вычитания и регист рующий блок 24. В канале I вход пьезоизлучателя 1 подключен к первсилу выходу генерат ра 5 зондирующих импульсов, а выход пьезоприемника 2 через корректирующий фильтр 7 подключен ко входу бло ка 9 обработки импульсных сигналов. Второй выход генератора 5 зондирующих импульсов подключен к пусковому вхо ду преобразователя 11 аременной интеЕ ва71-цифра, а первый выход блока 9 обработки импульсных сигналов подключен ко входу остановки преобразов теля 11, выход которого подключен ко второму входу сумматора 17. Стартстопный выход блока 9 обработки импульсных сигналов соединен последова тельно через второй преобразователь 13 временной интервал-цифра длитель ности принятого импульсного сигнала и делитель 15 на два с первым входом сумматора 17, к третьему входу которо го подключен блок 19 цифровых величин Выход сумматора 17 соединен со входом блока 21 вычисления обратных величин. В канале It вход пьезоизлучателя 3 подключен к первому выходу генератора 6 зондирующих импульсов, а выход . пьезоприемника 4 через корректирующий фильтр 8 подключен ко входу блока 10 обработки импульсных сигналов. Второй выход генератора б зондирующих импульсов подключен к пусковому входу преобразователя 12. Первый выход блока 10 обработки импульсных сигналов подключен ко входу остановки этого преобразователя 12, выход которого подключен ко второму входу сумматора 18. Старт-стопный выход блока 10 обработки импульсных сигналов соединен последовательно через преобразователь 14 временной интервал-цифра длительности принятого импульспого сигнала и делитель 16 на два с первым входом сумматора 18, к третьему входу которого подключен блок 20 цифровых величин. Выход сумматора 18 соединен со входом блока 22 вычисления обратных величин. Первый вход блока 23 вычитания соединен с выходом блока 21 вычисления обратных величин канала I, а второй вход соединен с выходом блока 22 вычисления обратных величин канала II. Первый выход блока 23 .вычитания соединен со входами пуска обеих генераторов 5 и б зондирующих импульсов, а второй его выход подключен ко входу регистрирующего блока 24, Блоки 9, 10 состоят, например, ИЕ широкополосных усилителей, амплитудных детекторов и пороговых устройств, соединенных последовательно. Измеритель скорости работает следующим образом. После осуществления начального пуска сигналом, подаваемым на зажим Пуск, выходные импульсы генераторов 5 и 6 зондирующих импульсов поступают на пьезоизлучатели 1 и 3, которые одновременно излучают зондирующие импульсы в контролируе1 ю среду. Одновременно, и момент времени сигналы с выходов генераторов 5 и 6 зондирующих импульсов поступают на пусковые входы преобразователей 11 и 12 временной интервал-цифра. Прошедшие через контролируемую среду зондирующие импульсы принимгиотся пьезоприемниками 2 и 4. Выходные импульсы пьезоприемника 2 поступают на дход корректируквдего фильтра 7, а приемника 4 - на вход корректирукедего фильтра 8. Принятые акустические импульсы на выходе пьезоприемников 2 и 4 изза эффекта реверберации в ближней зоне контролируемой среды имеют несимметричную огибающую (фиг, 2о|). Особенно длинный задний фронт принятых импульсов получается при измерениях скоррсти газовых потоков. Наличие корректирующих фильтров 7 и 8 oбecпe ивает симметричную колоколообразную форму огибающей сигналов на их выходах (фиг. 2 (Г) . Выходные сигналы корректирующих фильтров 7 и 8 в 9 и 10 обработки импульсных сиг налов усиливаются, детектируются и поступают на вход пороговых элементов (не показаны) блоков 9 и 10 обработки импульсных сигналов. Перед ним фронтом выходных импульсов блоков 9 и 10 останавливаются преобразователи 11 и 12 временной интервал-цифра и запускаются преобразователи 13 и 14 временной интервалцифра длительности Тц принятого импульсного сигнала. Последние останавливаются задними фронтами выходных импульсов блоков 9 и 10. После остановки всех преобразователей 1114 временной интервал-цифра на выходе преобразователя 11 имеется цифровая величина N CjC-t-HcOSdL -1 а на выходе преоЙразователя 12 - циф ровая величина - 1 c-vcosa. расстояние между электро акустическими преобразова телями 1-4 и линией, соединяющей их фазовые центры времена задержек сигнала цепях приема, зависящие о глубины флуктуации принимаелмх импульсов, с - - скорость ультразвука в контролируемом потоке. Времена задержек ззависят от уровня (} срабатывания блоков 9 и 10 обработки импульсных сигналов (фиг. 2-6 При малой амплитуде импульса блоки 9 и 10 срабатывают в момент времени t (фиг.2 г ), а при большой амплитуде в момент t. При этом ширина входно го импульса преобразователя 13 врем ной интервал-цифра длительности t принятого импульсного сигнала меняеТСЯ ОГТ ,-if ДО С Я 4 -i выходах преобразователей 13 и 14 временной интервал-цифра длител иости принятого импульсного сигнала имеются цифровые величины wj , и В I П где tTvr и ТГ; - длительности выходных импульсов блокдв 9 и 10. Цифровые величины NjJ и N в де лителях 15 и 16 делятся на два и пос тупают на сумматоры 17 и 18, на которые также поступают цифровые величины . ИЗ блоков 19, 20 цифровых величин. Здесь f и t i - суммарные времена задержек сиг в цепях обоих каналов приема, определяемый как с| (О де t| I t- - моменты времени, соответствующие экстремумам входных, импульсов блоков 9 и 10 (рис.2 2) На выходах сумматоров 17 и 18 при том получаются цифровые величины M2-( o Mj-Ny-ri и N|,--(N O N5-Vjp t -. блоках 21 и 22 вычисления обратных еличин эти цифровые величины преобазуются в обратные цифровые величины . Последние поступают на ходы блока 23 вычитания, на выходе оторого после окончания счета имеетя цифровая величина В предлагаемом устройстве флуктуация амплитуды импульсов на входе блоков 9 и 10 приводит к двухсторонней симметричной широтно-импульсной модуяции выходных сигналов этих блоков. ри этом ось симметрии, проходящая через моменты времени t 5 ходного сигнала, из-за наличия мультипликативной помехи не смещается. Поэтому выражение (2) действительно при любой ширине выходных импульсов блоков 9 к 10. Предлагаемое устройство увеличивает устойчивость измерителя к воздействию флуктуации принимаемых сигналов по амплитуде,вызываемой мультипликативной помехой, а, следовательно, увеличивает помехоустойчивость устройства и точность измерений. Формула изобретения Двухканальный ультразвуковой измеритель скорости потока, содержащий блок вычитания, регистрирующий блок, а в ка1ждом канале - генератор зондируквдих импульсов, соединенный с пьезоизлучателем и входом преобразователя временной интервал-цифра, пьезоприемник, блок обработки импульсных сигналов, выход которого связан с другим входрм преобразователя временной интервал-цифра, блок вычисления обратных величин, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости устройства и точности измерений, в каждом канале введены корректируквдий фильтр, второй преобразователь временной интервал-цифра, делитель на два, сумматор и блок цифровых величин, корректирующий фильтр включен между выходом пьезоприемника и входом блока обработки импульсных сигналов, старт-стопный выход которого соединен со входом второго преобразователя

временной интервал-цифра, выход которого через делитель на два соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого преобразователя временной интервал-цифра, третий вход сумматора соединен с выходом блока цифровых величин, а выход сумматора

подключен ко входу блока вычисления обратных величин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 526827, кл, G 01 Р 5/00, 1975.

2.Патент ФРГ 2431346, кл. G 01 Р 5/00, 1976.