Ультразвуковой измеритель скорости течений Советский патент 1983 года по МПК G01F1/66 

Изобретение относится к устройствам для акустических измерений и может быть использовано для определения относительной скорости перемещения жидкой среды, например, в расходометрии, навигационном оборудовании (лаги), для гидрофизических исследований при определении скорости морских течений.

Известно устройство, содержащее излучатель и приемник ультразвука, усилитель, схему запрета, формирователь импульсов автоциркуляции,два генератора задержки, два формирователя коротких импульсов, генератор импульсов запрета, генератор зондирунндих импульсов, схему ИЛИ, измерительный блок и регистратор. В устройстве повышена помехоустойчивость за счет устранения срыва автоциркуляции во время действия внешней помехи и устранена зависимость показаний от скорости звука в контролируемой среде l.

Однако устройство имеет низкую чувствительность из-за низкой выходной частоты, определяемой задержкой распространения ультразвукового импульса в измерительном участке, и также обладает невысокой точностью

измерения, вызванной многократными отражениями, которые.маскируют приемный сигнал и искажают момент его регистрации.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения скорости потока и расхода, основанное на измерении раз10ности частот двух управляемых генераторов , периоды следования импульсов которых автоматически устанавливаются кратными времени распространения ультразвуковых импульсов в нап15равлении потока и против него.Устройство содержит измерительный участок с двумя приемо-передающими преобразователями, коммутатор, дискриминатор времени, формирователь зон20дирующих сигналов, первый и второй дифференциальные интеграторы, первый и второй управляемые генераторы, первый и второй триггеры, первый и второй частотные дискриминаторы, 25 трехвходовую схему совпадения, блок выделения разностной частоты и индикатор.

Известное устройство обладает повышенной чувствительностью за счет

30 внутреннего умножения выходной частоты в п раз (где п - разрядность делителей частоты в дифференциальных интеграторах) 21. Недостатком известного устройства являетсянизкая точность измерения при медленном и быстром изменениях амплитуд приемных ультразвуковых импульсов по течению и против него. Целью изобретения является повышение точности устройства в условиях изменения амплитуд приемных сигналов Поставленная цель достигается тем что в устройство введены пиковый детектор, аттенюатор, компаратор, второй коммутатор, распределитель импульсов и делитель, причем первый и второй выходы распределителя подключены к входам формирователя возбуждаюитих импульсов, третий выход распределителя подключен к первому входу временного дискриминатора, а к-й к входу первого коммутатора и к трет им входам дифференциальных интеграторов, первый выход первого коммутатора подключен к первому входу компаратора, а второй выход через пиковый детектор, аттенюатор и компаратор подключен к второму входу временного дискриминатора, второй выход которого подключен к вторым входам дифференциальных интеграторов, при этом первый и второй выходы второго коммутатора подключены к входам блока выделения разности, выход которого подключен к-индикатору, а третий выход через делитель подключен к входу распределителя импульсов. На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 временные диаграммы его работы. Измеритель содержит два приемопередающих преобразователя 1 и 2, погруженных в контролируемую жидкость 3, формирователь 4 возбуждающих импульсов, выход которого соединен с первым коммутатором 5,к которому подключены преобразователи 1 и 2 и вход пикового детектора 6, выход которого через аттенюатор 7 подсоединен к опорному входу компаратора 8, информационный вход которого соединен с первым коммутатором 5, и второй коммутатор 9. Выход второго коммутатора 9 через делитель частоты 10 на п подсоединен к входу распределителя ll импульсов. Первый и второй выходы распределителя 11 соединены с формирователем 4 возбуждающих импульсов, третий выход соединен с дискриминатором 12 времени, а к-й выход подключен к первому коммутатору 5. Дискриминатор 12 времени соединен с выходом компаратора 8, а его выходы подключены к первому и второму дифференциальным интегратррам 13 и 14 соответственно, выходы которых подсоединены к первому и второму управляемым генераторам 15 и 16. Управляющие входы -первого и второго дифференциальных интеграторов 13 и 14 второго .коммутатора 9 подсоединены к к-му выходу распределителя 11, Выходы первого и второго управляемых , генераторов 15 и 16 подключены к второму коммутатору 9 и блоку 17 выделения разностной частоты, выход которого подключен к индикатору 18. Устройство работает в два такта, которые чередуются при возникновении импульса на к-м выходе распределите- ля 11. Частота смены тактов составляетгде f,А fо частоты управляемых генераторов ; разрядность делителя 10 частоты; разрядность распределителя 11 импульсов. по течению к-й импульс В такте Распределителя подготавливает к работе дифференциальный интегратор 13 и второй коммутатор 9 к пропусканию импульсной последовательности с выхода управляемого генератора 15 на вход делителя 10. Импульсы 19, появляющиеся, на первом и втором выходах распределителя 11, последовательно поступают на вход формирователя 4 возбуждающих импульсов. Первый коммутатор 5 направляет возбуждаюише импульсы на преобразователь 1, где они преобразуются последним в акустические зондирующие импульсы, распространяются в контролируемой среде по направлению течения и, пройдя измерительный участок, воспринимаются преобразователем 2, который вырабатывает два приемных электрических сигнала 20. Временной интервал между ними равен длительности импульсов на выходах распределителя 11 и составляетгде - период первого управляемого генератора. В такте по течению первый во времени приемный сигнал 20 направляется коммутатором 5 на вход пикового детектора 6. Выходное напряжение пикового детектора 6, равное амплитуде первого приемного сигнала а, ослабляется в m раз аттенюатором 7 (где m - коэффициент аттенюации) и поступает на опорный вход компаратора 8, При этом порог компарации второго во времени приемного импульса 20 равен . второй во времени приемный импульс 20 направляется коммутатором 5 на информационный вход компаратора 8. При отсутствии внешней помехи амплитуды первого и второго приемных сигналов 20 равны, поэтому время распространения второго зондирующег импульса определяется .агс..я±. где t - время от момент воздействи второго во времени возбуждающего импульса до момент вступления второго приемно сигнала. Выходной импульс компаратора 8, задержанный относительно вступления второго приемного сигнала 20 на вре мясЛ-t r - drcsin 1поступает на первы вход дискриминатора 12 времени, на второй вход которого поступает импульс с третьего выхода распределителя, Дискриминатор 12 сопоставляет временное расположение фронтов им.пульсов 21 и 22 с выхода компаратор 8 и с третьего выхода распределител 11 соответственно и вырабатывает им пульснь1е воздействия на входах А1 или В1 дифференциального интегратор 13, которые изменяет свое выходное напряжение 23 и следовательно часто ту управляемого генератора 15 до установившегося значения, когда время распространения зондирующего импульса по течению равно перио ду импульсов на выходе делителя 10 (длительности импульса на любом выходе распределителя), составляющего п-Т. На фиг.2 (21,22) показан случай, когда период делителя 10 часто ты меньше .времени распространения, передний фронт выходного импульса компаратора 8 отстает от переднего фронта третьего импульса с распределителя 11, выходное напряжение дифференциального интегратора 13 по нижается, что способсТВует снижению частоты управляемого генератора 15 и увеличению периода выходной час,тоты делителя 10. В такте против течения работ устройства аналогична с той разни-. цей, что преобразователь 2 работает в качестве излучателя, а преобразователь 1 в качестве приемника. При этом коммутатор 9 направляет на делитель 10 частоту управляемого гене ратора -16, на вход пикового детектора 6 и компаратора 8 поступают им пуль.сы с преобразователя 1, а импульсные воздействия с дискриминато ра 12 поступают на входы А2 и В2 дифференциального интегратора 14, изменяющего частоту управляемого генератора 16 до установившегося значения. В этом такте время распространения второго зондирующего импульса равно P2 Jv-- ir 2 где t 2 - время от момента воздействия второго во времени возбуждающего импульса до мо мента вступления второго приемного сигнала. На фиг,2 (21,22) показан случай, когда период делителя 10 частоты больше времени распространения, передний фронт выходного импульса компаратора 8 опережает передний фронт импульса с распределителя 11, выходное напряжение дифференциального интегратора 14 повышается, что способствует повышению частоты управляемого генератора 16 и увеличению периода выходной частоты делителя 10 в этом такте. Разностная частота двух управляемых генераторов, являющаяся мерой скорости течения, выделяется блоком 17 выделения разностной частоты и поступает на индикатор 18. Таким образом, благодаря введенным элементам и связям в каждом такте осуществляется двойное зондирование контролируемой среды, В результате первого зондирования, получается информация о степени влияния контролируемой среды на амплитуду приемного сигнала и устанавливается порог кбмпарации, а в результате второго зондирования получается информация о скорости перемещения контролируемой среды, что повышает точность измерения. Формула изобретения Ультразвуковой измеритель скорости течений, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, соединенных через первый коммутатор с формирователем возбуждающих импульсов, временной дискриминатор, выход которого через первые и вторые следящие системы и управляемые генераторы подключен к входам блока выделения разности, а также индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены пиковый детектор, аттенюатор, второй коммутатор, распределитель импульсов и делитель, причем первый и второй выходы распределителя подключены к входам формирователя возбуждающих импульсов, третий выход распределителя подключен к первому входу временного дискриминатора, а -k -и - к входу первого коммутатора и к третьим входам дифференциальных интеграторо первый выход первого коммутатора подключен к первому входу компаратора, а второй выход через пиковый детектор, аттенюатор и компаратор подключен к второму входу временног дискриминатора, второй выход которого подключен к вторым входам дифJ r интеграторов, при это первый и второй выходы второго коммутатора подключены к входам блока 93 выделения разности, выход которого подключен к индикатору, а третей выход через делитель подключен к входу распределителя импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 526877 ° ° свидетельство СССР 526827, кл. G 01 Р 5/00, 1975. 7fiQ-.r° ° свидетельство СССР ) ° В