Ультразвуковой способ измерения скоростипОТОКА 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 скорости потоки, в ультразвуковых измерителях 5 скорости потока при контроле за ходом технологических процессов и управления динамической скоростью потоков. . .

известен ультразвуковой Способ из- 0 мерения скорости потока, основанный на зондировании потока ультразвуковыми импульсными сигналами, один из которых излучают в направлении потока, а другой излучают против направления 15 потока, причем.скорость потока определяют по разности частот высокочастотных колебаний, заполняющих зон-, дирующие импульсы tl .

Однако этот спосо:б не може.т быть 20 использов-ан для измерения скорости турбулентных потоков, содержащих газовые пузырьки и твердые частицы изза быстрой и .глубокой мультипликативной помехи, вызываемой потоком 25 и приводящей к грубым погрешностям измерения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ультразвуковой способ измерения ско- ЗО

потока, основанный на зондировании исследуемого потока ультразвуковыми импульсами, один из которых излучают в направлении потока,.а другой - против Направления потока, приеме прошеда1их через иccлeдye вJIft поток импульсов и определении величины скорости потока по разности величин, обратных полученным значениям времен задержек ультра.звуковых импульсов, прошедамх исследуемый поток в направлении потока и против него Г2.

однако -В данном способе быстроизменяющееся затухание ультразвуко-. вых импульсов, в турбулентных потоках, содержащих твердые частицы и пузырьки газов, приводит к быстрой мультипли.кативной помехе, которгш вызываетсрывы и грубые погрешности измерения, достигающие несколько сотен процентов от измеряемой скорбсти,

Цельизобретения - увеличение точности измерений и обеспечение возможности измерений в турбулентных потоках, содержащих частицы твердых тел и газовые-пузырьки.

Поставленная цель достигается тем, что в соответствии со способом

перед излучением несущую частоту зондирующих ультразвуковых импульсов манипулируют по бинарному закону, параллельно спектр зондирующих импульсов предыскажают, затем прошелиие через исследуемый.поток импульсы и предыскаженные импульсы ограничивают по амплитуде и детектируют, причем по каждому из направлений зондирования время задержки ультразвукового импульса определяют по времени между линиями симметрии принятого ультразвукового импульса и .предыскаженного зондирующего импульса.

На фиг. 1 представлена упрощенная блок-схема устройства, реализующего Предлагаемый способ; на фиг. 2 временные диаграммы.

В блок-схему входят два идентичных обратимых электроакустических преобразователя 1 и 2, помещенных JB исследуемый поток, вектор скорости V которого составляет угол базой d между преобразователями 1 и 2, коммутатор 3 направления излучения, передатчик 4, состоящий, например, из усилителя мощности 5, частотного модулятора б и блока 7 формирования манипулирующих импульсов, приемник 8 обнаружения сигналов состоящий, например., из усилителя 9, порогового устройства 10 и ключа 11, фильтр 12 предыскажения, аттенюатор 13, .ограничитель 14, частотный детектор 15, формирователь 16 и арифметическое устройство 17.

Сущность предлагаемого способа заклк)чается в том, что зондирующий сигнал Ugjii j- (t) (фиг. 2) на выходе передатчика 4 формируют бинарной манипуляцией несущего колебания. Манипуляцию осуществляют преобразованием ,& блоке 7 входного импульса йyz () (фиг. 2), поступающего из арифметического устройства 17, в манипулирующие импульсы U g,,,- (t). Этими импульсами в частотном манипуляторе б манипулируют частоту несу.щего колебания.таким образом, что до момента t., внутри импульса U gf,, 5 () генерируется колебание с частотой f., ,а после Момента t. с частотой f, причем . uf f - f-1 foi где fo частота настройки электроакустических преобразователей 1 и 2. Выходной .импульс Ufee,iiy(t) передатчика 4 одновременно подводят к коммутатору 3 и, через фильтр 12 и аттенюатор 13, ко входу приемника 8. Комплексная функция передачи ) фильтра 12 установлена и.з условия (jit)( jw) где К (j ш) К , (j ш) - комплексные характеристики передачи электроакустических преобразователей- 1 и 2, Поэтому линия симметрии выходного импульсй Увыша - фильтра 12 претерпевает задержку д , равную суммарной .паразитной задержке зондирующего сигнала в электроакустических преобразрвтелях 1 и 2, Импульс U(,,) аттенюаторе 13 ослабляют до уровня, не перегружающего приемник В.,пропускают через усилитель 9, 6граничитель 14.. ,с уровнем ограничения U (фиг, 2), ключ 11, который эамыкс ется выходным импульсом порогового устройства 10 с порогом обнаружения и при превышении сигналом порога и„ а также через частотный детектор 15, линия симметрии выходного импульса U,.(t) которого пересекает ось вращения в момент t., ,

Ультразвуковой зондирующий сигнал прошедший через исследуемый поток за время f (фиг. 2)пропускают через цепи приемника 8 аналогичным способом. Энергию зондирующего ультразвукового импульса устанавливают такой,.чтобы при работе с потоком, содержащим твердые частицы или газовые пузырьки, а также с турбулентным потоком, приводящих к флуктуациям амплитуды принимаемого импульса, амплитуда принимаемого импульса U на входе блока 14 превышала порог DO, т.е. UTJ UQ с заданной вероятностью. При этом линия симметрии принятого импульса на выходе частотного детектора 15 пересекает ось времени в момент t,j независимо от вели-, чины амплитуды принятого импульса (фиг. 2), а временной интервал-между осямч симметрии предыскаженного зондирующего импульса и принятого

- (t -ut)

«Clj., т.е.

импульса t

paвен задержке ультразвукового импульса в исследуемом потоке, причем величина f не зависит от затухания зондирующего ультразвукового импульса в потоке. Этим обеспечена возможность измерений в турбулентных пО токах, содержащих частицы твердых тел и газовые пузырьки.

Величинуt измеряют и запоминают в арифметическом устройстве 17, работающем по алгоритму

М - выходная величина

арифметического уст.ройства 17;

К - постоянный коэффидил eHTj

задержка ультразвуко i- C+VCOSd:вого сигнала в потоке при излучении в направлении потокаj с - скорость ультразвука в потоке; i V - измеряемая скорость , потока C-YcoscL задержка ультразвукового сигнала в потоке при излучении против направления потока.

Коммутацию направления излучения осуществляют с помощью коммутатора з,

управляемого арифметическим устройством- 17.

В предлагаемом cnocofie величины и . измеряются без пдгрешносТей, связанных с паразитной задержкой Ди зондирующего импульса в электроакустических преобразователях 1 и 2. Этим увеличена точность измерений.

Предложенный способ может найти . применение в ультразвуковых измерителях скорости потока и расхода в системах автоматического контроля состояния и управления системы подвода жидкого горючего энергетических установок летательных аппаратов.

Формула изобретения

Ультразвуковой способ измерения скорости потока, основанный на зон дировании исследуемого потока ультразвуковыми импульсами, один из которых излучают в направлении потока, а другой - против направления потоки, приеме прошедших через -исследуемый поток импульсов и определении величины скорости потока по разности величин, обратных полученным значениям .времен задержек ультразвуковых импульсов, прошедших исследуемый поток в направлении; потока и против f него-, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерений , перед излучением несущую частоту зондирующих ультразвуковых импульсов манипулируют по бинарному закону, параллельно спектр зон0дирующих импульсов предыскажают, за- . тем прошедшие через исследуемый поток импульсы и.предыскаженные импульсы ограничивают по амплитуде и детектируют, причем по каждому из направлений зондирования время задержки ультразвукового импульса определяют по времени между линиями симметрии принятого ультразвукового импульса и предыскаженного зондирующего, им0пульса..

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 162335, кл. G 01 F 1/66, 1963.

2.П-атент ФРГ 2431346,

5

кл. G 01 Р 5/00, 1976 (прототип).