Ультразвуковой измеритель скорости потока Советский патент 1982 года по МПК G01P5/24 

(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ПОТОКА

Изобретение относится к области акустических измерений и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для измерений скорости истоков газов, контроля за ходом технологических процессов и при управлении скоростью потоков, например, в аэродинамических установках.

Известны ультразвуковые измерители скорости потока, содержащие два обратимых электроакустических преобразователя, передатчик, приемник импульсных сигналов, преобразователь типа временной интервал - цифра, блок вычисления обратных цифровых , величин и вычитающее устройство flj.

Недостатком известных устройств является неработоспособность при измерении скорости сверхзвуковых потоков, скорость которых превышает величину скорости ультразвука в потоке .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому явддется ультразвуковой измеритель скорости потоков, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, передатчик, приемник, синхронизатор, преобразователь типа временной интервал - цифра, блок опорной цифры, блок вычисления обратных цифровых величин, вычитающее устройство, два сумматора, три ключа, цифроаналоговый преобразователь, дифференциальную цепочку и переключатель f2.

Недостатком известного устройства является наличие подготовительного режима работы устройства, в котором

10 излучение акустических импульсов производится против направления -потока, т.е. устройство неработоспособно при сверхзвуковых скоростях потока. Быстродействие этого устройства ограничено длительностью принимаемых акустических импульсов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения

20 скорости сверхзвуковых потоков и

увеличение быстродействия измерений.

Поставленная цель достигается тем что в устройство введены третий электроакустический преобразователь, множительное устройство, второе входное устройство, второй преобразователь временной интервал цифра и второй блок вычисления обратных величин, причем первый электро акустический преобразователь под-

ключей к выходу передатчика, второй через первое входное устройство,; первый преобразователь временной интервал - цифра и множительное устройство подключен к входу первого блока вычисления обратных величин, третий электроакустический преобразователь через второе входное устройство, второй преобразователь временной интервал - цифра и второй блок вычисления обратных величин пoдкJнoчeн к второму входу вычитающего устройства, входы управления преобразователей временной интервал цифра, блоков вычисления обратных величин, блока опорной цифры и второго входного устройства подключены к выходам синхронизатора, при этом выходы блока опорной цифры подключены к вторым входам первого и второго преобразователей временной интервал - цифра.

На фиг.1 представлена еЗлок-схема устройства; на фиг.2 - графики поясняющие работу устройства.

В устройство входят необратимый электроакустический преобразователь 1 и два акустоэлектрических преобразователя 2 и 3, передатчик 4, два входных устройства 5 и 6, синхронизатор 7, состоящий, например, из импульсных генераторов и цепей задержки, два преобразователя временной интервал - цифра 8 и 9, множительное устройство 10, блок 11 опорной цифры, два блока 12 и 13 вычисления обратных цифровых величин .и вычитающее устройство 14.

Электроакустический преобразователь 1 соединен с выходом передатчика 4. Акустоэлектрический преобразователь 2 соединен с входным устройством 5, выход которого соединен с первшл входом преобразователя 8 временной интервал - цифра и входом синхронизатора 7. Выход преобразователя 3 соединен с входом множи- . тельного устройства 10, выход которого соединен с входом блока 12 вычисления обратных величин. Выход блока 12 соединен с первым входом вычитающего устройства 14. Акустоэлектрический преобразователь 3 соединен с входным устройством б, выход которого уерез первый вход преобразователя 9 временной интервал - цифра и блок 13 вычисления обратных величин соединен с вторым входом вычитающего устройства 14. первый выход синхронизатора 7 соединен с входом передатчика 4 и входами управления преобразователей В и 9 временной интервал-цифра. Вторые входы преобразователей 8 и 9 соответственно соединены с первым и вторым выходами блока 11 опорной цифры Входы управления входных устройств 5 и б, блока 11 опорной цифры, блоков 12 и 13 вычисления обратных величин и вычитающего устройства 14 соответственно соединены с вторым, третьим, четвертым и пятым выходами синхронизатора 7.

Ультразвуковой измеритель скорости сверхзвуковых потоков работает следующим образом.

Передатчик 4 периодически запускается импульсами, поступающими с

выхода синхронизатора 7, причем

период Т повторения запускающих импульсов установлен согласно условию , где-fj - время прохождения i -го акустического импульса по направлению потока от электроакустического преобразователя 1 до электроакустического преобразователя 3. При этом наэлектроакустический преобразователь 1 поступают импульсы возбуждения с периодом Т. Акустические импульсы, излучаемые только по направлению потока, принимаются преобразователями 2 и 3 и через входное устройство 5 поступают на вход синхронизатора 7 и преобразователь 8 временный интервал - цифра, а через входное устройство б поступают на преобразователь 9. В момент времени t;, + tj, , где Т - время прохождения первым акустическим импульсом расстояния между преобразоЕс.телем 1 и преобразователем 3, импульсом, поступающим с первого выхода синхронизатора 7 на вход управления преобразователя 9, цифровая величина

N Т переписывается в регистры блока времени,4 ч-г ZZ utl .+i

+ , где /J. « dT - время задержки в цепях синхронизатора 7, а tj интервал времени между приемом (1-1) и i-ro импульсов, запускается блок опорной цифры 11 и на второй вход преобразователя 9 поступает отрицательная опорная цифра /-NO/S Т, которая суммируется с содержанием регистров преобразователя 9. После окончания суммирования в моменты

ремени t.4 tr -i-Ilutj +гЛ У . ct

равления преобразователя 9 поступают импульсы с первого выхода синхронизатора 7, после чего начинается.суммирование текущей цифровой величины,

содержащейся в регистрах преобразо- . вателя 9, и величины aN-E/sfl.

Таким образом, в каждый i-й момент времени формируется i-я цифровая величина N согласно выражению

, ,

M N45::dN:.,-{i-i)., са)

3,где

C+ f cosc V(t)ai - средняя величина п ременной скорости V(t) исследуемого потока за интервал времени Т. ; скорость ультразву в измерительном по токе; расстояние между электроакустически преобразователями 1 и 3; ot - угол между базой d и вектором скорост исследуемого поток После каждого поступления цифро величины N{ на выход преобразовател 9 импульсами синхронизатора 7, поступающими с его четвертого выхода, запускается блок 13. После окончания вычислений в блоке 13 на его вы ходе периодически формируется цифровая величина 1/N|, которая записы вается в регистры первого слагаемог вычитающего устройства 14, после чего блок 13 сбрасывается и подготавливается импульсами синхронизатора 7. Электроакустический преобразователь 2, входное устройство 5 и преобразователь 8 временный интервал .цифра работают таким же образом, как и преобразователь 3, входное устройство 6 и преобразователь 9 врем гнный интервал - цифра. Таким, образом, в каждый з.-й момент времени на выходе преобразователя 8 формируется цифровая величина N) согласно выражению N.мч z: uN.-ci-im jS t:i, (5) где N.Hf - цифровая величина, которая формируется в МОмент времени на выходе преобразователя 9, пропорционально времени прохождения первог акустического импульса по направлению потока между электроакустическими преобразователями 1 и 2; лм|. - текущая цифровая величи на, пропорциональная интервалу времени между двумя акустическими импульсами, принимаемыми электроакустическим пре образователем 2;. -jJi- -время прохождения по . C v|cos() направлению потока 1-го акустического импульса между электроакустическими преобразователями „ f 1 и 2; V ;;:4-|VWol средняя величина переvJ менной скорости иссле ду&лого потока за интервал времени, fj , d2 - расстояние между электроакустическими преобразователями 1 и 2. Угол :Л(фиг.1) установлен сох-ласно условию 0«сЛ« Ti/2f чтобы преобразователь 3 не заслонял преобразователя 2. Каждая цифровая величина N с выхода преобразователя 8 поступает на вход множительного устройства 10 и умножается на величину К , которая вводится предварительньвл программированием в множительное устройство 10. После каждого поступления цифровой величины К-ы на выход множительного устройства 10 ш-шульсом синхронизатора 7, поступающим с его четвертого выхода, запускается блок 12 вычисления обратных цифровых величин. После окончания вычислений в блоке. 12 на его выходе периодически формируется цифровая величина 1/К-N, которая записывается в регистры второго cta гаемого вычитающего устройства 14. осле этого блок 12 сбрасывается и одготавливается импульсом синхронизатора 7. В дискретные мсментьз времени t, + (i--()T + S: , где L tуммарное время вычислений, на выход ычитающего устройства 14, согласно выражениям {«) и (6), поступают цифовые величины M.i /N---f/K-N- -f - /K-Tj. ри выполнении условия cf« J//2, дейтвительно созЫясоз (с6+сЛ) . При этом ифровая величина М выражается ормулой M(t)dt (УГУ;)СО v(i,a. Ци4роэая величина М,- поступает а вход вычитающего усуройства 14 периодом Т повторения зондирующих кустических импульсов причем T«Tj. . Устройство впервые обеспечивает озможность ультразвукового измереия скорости сверхзвуковых потоков, ериод флюктуации которых намного еньше времени прохождения акустиеского импульса базового расстояия . по направлению потока. Время интегрирования впервые / меньшено до величины сЛ. 7 ,

т.о. до величины, равной разнице времени прохождения акустическими импульсами базовых расстояний d и d по направлению потока, причем 0. « Т, Этим обеспечено . увеличение быстродействия и уменьшение динамической погрешности не менее, чем в Т /о ;; раз.

Использование предложения особено полезно при контроле и управлении процессами в аэродинамических сверхзвуковых установках, а также в научных исследования:: взрывных процессов.

Формула изобретения

Ультразвуковой измеритель скорости потока, содержащий два электроакустических прербразователя, один из которых является излучающим, а второй приемным элементом, передатчик, первое входное устройство, подключенное к выходу синхронизатора, первый преобразователь временный интервал - цифра, первый блок вычисления обратных величин, выход которого подключен к первому входу вычитающего устройства, и бло опорной цифры, отличающийс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения скорости сверхзвуковых потоков, в устройство введены третий электроакустический преобразователь, множительное устройство, второе входное устройство, второй преобразователь временной интервал цифра и второй блок вычисления обратных величин, причем первый

электроакустический преобразователь подключен к выходу передатчика, второй через первое входное устройство, первый преобразователь временной интервал - цифра и множительное

устройство подключен к входу первого блока вычисления обратных величин, третий электроакустический преобразователь через второе входное устройство, второй преобразователь временной интервал - цифра и второй блок вычисления обратных величин подключен к второму входу вычитающего устройства, входы управления преобразователей временной интервал цифра, блоков вычисления обратных величин, блока опорной цифры и второго входного устройства подключены к выходам синхронизатора, при этом выходы блока опорной цифры подключены к вторым входам первого и второго преобразователей временный интервал - цифра.

Источники информа1ции, принятые во внимание при экспертизе

кл. G 01 Р 5/00, 1979 (прототип).

Вшод