Ультразвуковой измеритель флуктуацийСКОРОСТи пОТОКА Советский патент 1981 года по МПК G01P5/24 

. 1

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для измерения флуктуации скорости потока.

Известны ультразвуковые измерители скорости потока, содержащие генератор зондирующих импульсов, пьезоялектрические преобразователи, включенные в схему синхрокольца, и регистрирующий , блок l.

Однако эти устройства обладают недостаточным быстродействием, что ограничивает возможность измерения флуктуации скорости потока.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковой измеритель флуктуации скорости потока, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, передатчик и приемник, связанные через первый и второй управляемые ключи с электроакустическими преобразователями, преобразователь временной интервал-цифра, блок вычисления обратных величин, вычитающий блок и синхронизатор, соединенный с приемником передатчиком, преобразователем временной интервал-цифра и управляющими входами ключей 2.

Недо статком этого устроГ ства является ограниченная точность измерений при работе с флуктуирующими потоками, .поскольку в устройстве период выдачи дискретных значений измеряемой скорости потока больше периода повторения импульсов при излучении против направления потока.

Цель изобретения - повышение точ0ности измерений.

Указанная цель достигается тем, что в устройство введены первый и вто рой сумматоры, блок опорной цифры, третий ключ, переключатель, цифро5аналоговый преобразователь и дифференцирующая цепочка, один из входов первого сумматора подключен к выходу преобразователя временной интервалцифра, подсоединенному к первому вхо0ду переключателя, второй вход первого сумматора подключен через третий ключ к выходу блока опорной цифры, а выход первого сумматора подсоединен ко второму входу переключателя, выход

5 которого через блок вычисления обратных величин и вычитающий блок подсоединен ко входу второго сумматора, .выход которого через аналого-цифровой преобразователь и дифференцирую0 цую цепочку соединен с выходом устройства, при этом управляющие входы первого сумматора, переключателя и третьего ключа подсоединены к выходам синхронизатора.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого ультразвукового измерителя флуктуации скорости потока.

Устройство содержит два обратимых электроакустических преобразователя 1 и 2, передатчик 3, приемник 4, синхронизатор 5, соединяющий, например импульсные генераторы и цепи задержки, преобразователь б типа временной интервал-цифра, сумматор 7, блок 8 опорной цифры, блок 9 вычисления обратных величин, вычитающий, блок 10, сумматор 11, цифроаналогсвый преобразовс1тель 12, дифференцирующая цепочка 13, ключи 14-16 и переключатель 17

Электроакустический преобразователь 1 соединен с первым выходом передатчика 3 и, через ключ 14, с электроакустическим преобразователем 2, который через ключ 15 соединен со входом приемника 4. Выход приемника 4 соединен со .входом синхронизатора 5. Второй выход передатчика 3 соединен со входом запуска преобразователя 6 типа временной интервал-цифра, вход управления которого соединен с выходом синхронизатора 5. Другой выход синхронизатора 5 соединен со входом запуска передатчика 3. Выход преобразователя б типа временной интервал-цифра соединен с первыми входами сумматора 7 и переключателя 17, а выход сумматора 7 соединен со вторым входом переключателя 17. Второй вход сумматора 7 через ключ 16 соединен с выходом блока 8 опорной цифры. Входы управления сумматора 7, блока 9 вычисления обратных величин, ключей 14-16 и переключателя 17 соединены с соответствующими выходами синхронизатора 5. Выход переключателя 17 соединен со входом блока 9 вычисления обратных величин, выход которого соединен со входом вычитающего блока 10, а его выход через сумматор 11, цифроаналоговый преобразователь 12 и дифференцирующую цепочку 13 соединен с выходным зажимом устройства. Выход знака вычитающего блока 10 соединен со входом знака сумматора 11.

Ультразвуковой измеритель флуктуации скорости потока работает .следующим образом. .

Измерение производится двумя режимами, причем переход из одного режима в другой осуществляется автоматически с помощью синхронизатора 5.

В первом режиме в исходном состоянии, ключ 14 замкнут, ключи 15 и 16 разомкнуты. В переключателе 17 замкнты выход преобразователя 6 типа временной интервал-цифра и вход блока 9 вычисления обратных величин. В момен

времени t импульсом, поступающим с третьего выхода синхронизатора 5, запускается передатчик 3, на выходе которого формируется импульс возбуждения электроакустических преобразователей 1 и 2. Этот импульс поступает на электроакустический преобразователь 1 и через ключ 14 на электроакустический преобразователь 2. Таким образом, оба электроакустических преобQ разователя 1 и 2 излучают зондирующие .акустические импульсы, направленные по и против направления исследуемого потока. Одновременно выходным импульсом передатчика 3 запускается преобразователь 6 типа временной

5 интервал-цифра. После излучения зондирующих импульсов импульсом, поступающим со второго выхода синхронизатора 5, ключ 15 Зс1мыкается. Электроакустическим преобразователем 2 принимается акустический импульс, прошедший по направлению потока расстояние базы d между электроакустическими -преобразователями 1 и 2. Приня. тый импульо через ключ 15 и приемник 4 поступает на вход синхронизатора 5. Аналогично принимается акустический импульс, прошедший против направления потока и с электроакустического преобразователя 1 через ключи

л 14 и 15 и приемник 4 поступает на

вход синхронизатора 5. Импульсом, по.ступающим с пятого выхода синхронизатора 5, осуществляется запись на регистры сумматора 7 цифровой величины свыхода преобразователя 6 типа временной интервал-цифра. На регистры блока 9 вычисления обратных величин записывается цифровая величина импульсом, поступающим с выхода синхронизатора 5. После окончания записи импульсом, поступающим с четвертого выхода синхронизатора 5, осуществляется сброс и подготовка преобразовате.ля 6 типа временной интервал-цифра. Одновременно импульсом, поступающим

5 с восьмого выхода синхронизатора 5, запускается блок 9 вычисления обрат ных величин. Прсле окончания вычисления на вход вычитающего блока 10 поступает цифровая величина, выражаемая формулой

C-VACO.cC

Ы

АО

где С - скорость ультразвука в ис следуемом потоке; V. - средняя величина переменной скорости V(t) исследуемого потока за интервал времени Тд ;

oL- угол между базой d и вектором скорости исследуемого потока. После записи цифровой величины 1/Мд в регистры вычитающего блока 10 импульсом, поступающим с восьмого выхода синхронизатора 5, осуществляется сброс и подготовка блока 9. Одновременно импульсом, поступающим с седьмого выхода синхронизатора 5, пе реключатель 17 переводится в состояние замыкания входа блока 9 вычисления обратных величин и выхода сумматора 7. Далее импульсом, поступающим с восьмого выхода синхронизатора .5, запускается блок 9, и на его регистры записывается цифровая величина с выхода сумматора 7. После окончания вычисления в блоке 9 импульсом синхронизатора 5 сумматор 7 сбрасывается и на вход вычитающего блока 10 по ступает цифровая величина, выражаемая формулой - j3 ;Vecos4. где VP - средняя величина переменно скорости V(t) исследуемого потока за интервал време ни Гво. После окончания записи .цифры l/Np на регистры вычитающего блока 10 оеу ществляется последовательное выбитание по алгоритму. В потоках жидкостей , позт.ому т.е. цифровая ра.зностная величинаp., После вычисления разностной цифровой величины Р, она записывается в р гистры сумматора 11, работающего по алгоритму NV---UK,-, i-o где 11 - выходная величина суммато ра 11-, - постоя-ннмй коэффициент, зн которого определяется импульсом, поступающим с выхода-знака вычитающего уст ройства 10. В сумматоре начально установлено d / 2 с о S о(; 1 / 2 , . ., n -d / cos otТаким образом, на выходе сумматора 11 формируется цифровая величина согласно выражения (3) и (4), рав ная . Работа устройства в первом режиме завершается автоматическим сбросом регистра первого слагаемого вычитающего блока 10 и .перезаписью в этот регистр содержания регистра второго слагаемого. Таким образом, согласно выражения (3), после окончания работы в первом режиме на регистр первог слагаемого вычитающего блока 10 записана величина l/Ngror регистр второго , слагаемого сброшен и подготовлен, преобразователь 6 подготовлен, сумматор 7 сброшен и подготовлен, блок 9 вычисления обратных величин подготовлен, переключатель 17 в режиме замыкания входа блока 9 и выхода сумматора 7, ключи 14 и 15 замкнуты, ключ 16 разомкнут. После окончания работы устройства 1 в первом режиме импульсом, поступающим с первого выхода синхронизатО ра 5, ключ 14 размыкается и начинается работа устройства во втором режиме . В этом режиме передатчик 3 периО дически запускается импульсами, поступающими с третьего выхода синхронизатора 5, причем период Т повторения запускающих импульсов установлен - Т «%,. Акустические импульсы излучаются по направлению потока, принимаются электроакустическим преобразователем 2, и через ключ 15 и приемник 4 периодически поступают на вход синхронизатора 5, Выходным импульсом передатчика 3 запускается преобразователь 6. Он останавливается импульсом, поступающим с четвертого выхода синхронизатора 5 и цифровая величина записывается ,в сумматор 7. После каждого поступления цифровой величины на выход сумматор ра 7 импульсом синхронизатора 5, поступающим с его восьмого выхода, запускается блотс 9. После окончания вычислений в блоке 9 на его выходе периодически формируется цифровая величина, которая записывается в регистр второго слагаемого вычитгиощего блока 10, после чего блок 9 сбрасывается и подготавливается импульсом синхронизатора 5.. Вычитающий блок 10, сумматор 11 и цифроаналоговый преобразователь 12 работает как и в первом режиме. В предлагаемом устройстве выходной величиной является временная зависимость напряжения, пропорционального среднему, за период усреднения Т, отклонению скорости измеряемого потока от его средневероятного значения 7(t). Таким образом, устройство впервые обеспечивает возможности ультразвукового измерения флуктуации переменной скорости потока, период флуктуации которого намного меньше времени прохождения акустического импульса базового расстояния d по направлению потока. Формула изобретения Ультразвуковой измеритель флуктуации скорости потока, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, передатчик и приемник.

связанные через первый и второй управляемые ключи с электроакустическими преобразователями, преобразователь временной интервал-цифра и управляющими входами ключей, о т л и ч а п. щ и и с я . тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены первый и второй сумматоры, блок опорной цифры, третий ключ, переключатель , цифроаналоговый преобразователь и дифференцирующая цепочка, один из входов первого сумматора подключен к выходу преобразователя временной интервал-цифра, подсоединенному к первому входу переключателя, второй вход первого сумматора подключен через третий ключ к выходу блока опорной цифры, а выход первого сумматоpa подсоединен ко второму входу переключателя, выход которого через блок вычисления обратных величин и вычитающий блок подсоединен ко входу второго сумматора, выход которого через аналого-цифровой преобразователь и дифференцирующую цепочку соединен с выходом устройства, при этом управляющие входы первого сумматора, переключателя и третьего ключа подсоединены к выходам синхронизатора

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР № 526827, кл, G 01 Р 5/00, 1976.

2.Патент ФРГ № 2431346, кл. G 01 Р 5/00, 1976.