Ультразвуковой измеритель пульсирующих скоростей потока

 

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПУЛЬСИРУЮЩИХ СКОРОСТЕЙ ПОТОКА, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, подключенных через коммутатор к передатчику и приемнику импульсных сигналов, преобразователь временной интервал.цифра , выход которого через блок деления подключен к первому блоку вычитания, синхронизатор и регистратор , отличающийся тем, что, .с целью повышения точности и увеличения быстродействия измерений , в него дополнительно введены два усилителя напряжения, второй блок вычитания, аналоговый регистратор , интегратор, два аналого-цифровых преобразователя, два блока : ,- ,, f I i mrfEHAf извлечения квадратного корня, блок вычисления отношения и блок перемножения , причем входы второго блока вычитания через.усилители напряжения подключены к коммутатору, его первый выход через аналоговый регистратор и первые аналого-цифровой преобразователь и блок извлечения квадратного корня подключен к первому входу блока перемножения, его второй выход через интегратор и вторые аналого-цифровой преобразователь и блок извлечения квадратного корня подключен к второму входу блока вычисления отношения, первый вход которого подключен к выходу первого блока вычитания, а выход - j к второму входу блока перемножения, выход которого подключен к регистратору , при этом вход преобразователя временной -интервал-цифра подключен к выходу приемника импульсных сигналов, а выходы синхронизатора подключены к управляющим входам коммутатора, передатчика и приемника импульсных сигналов, преобразователя временной интервал-цифра , блока деления, первого блока вычитания, аналогового регистратора и аналого-цифровых преобразователей. D1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (П) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABT0PCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3552256/18-10 (22) 15.02.83 (46) 23.03.84. Бюл. Р 11 (72) A.B.Pàãàóñêàñ и В.Г.данилов (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (53) 681.121(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 526827, кл. G 01 Р 5/00, 1976.

2. Патент ФРГ Р 2547892, кл. G 01 P 5/00, 1979 (прототип). (54) (57) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ

ПУЛЬСИРУЮЩИХ СКОРОСТЕЙ ПОТОКА, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, подключенных через коммутатор к передатчику и приемнику импульсных сигналов, преобразователь временной интервал,— цифра, выход которого через блок деления подключен к первому блоку вычитания, синхронизатор и регистратор, отличающийся тем, что, .с целью повышения точности и увеличения быстродействия измерений, в него дополнительно введены два усилителя напряжения, второй блок вычитания, аналоговый регистратор, интегратор, два аналого-цифровых преобразователя, два блока

3(51) G 01 P 5 00 G 01 F 1 66 извлечения квадратного корня, блок вычисления отношения и блок перемножения, причем входы второго блока вычитания через.усилители напря-. жения подключены к коммутатору, его первый выход через аналоговый регистратор и первые аналого-цифровой преобразователь и блок извлечения квадратного корня подключен к первому входу блока перемножения, его второй выход через интегратор и вторые аналого-цифровой преобразователь и блок извлечения квадратного корня подключен к второму входу блока вычисления отношения, первый вход которого подключен к выходу первого блока вычитания, а выход — ca

Я к второму входу блока перемножения, выход которого подключен к регистратору, при этом вход преобразователя временной интервал-цифра под- ( ключен к выходу приемника импульсных сигналов, а выходы синхронизатора подключены к управляющим входам коммутатора, передатчика и при-. емника импульсных сигналов, преобразователя временной интервал-цифра, блока деления, первого блока вычитания, аналогового регистратора и аналого-цифровых преобразователей.

1081544

Целью изобретения является повышение точности и увеличение быстродействия измерений.

Поставленная цель достигается 45 тем, что в ультразвуковой измеритель пульсирующих скоростей потока, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, подключенных через коммутатор к передатчику и приемнику импульсных сигна- лов, преобразователь временной интервал - цифра, выход которого через блок деления подключен к первому блоку вычитания, синхронизатор и регистратор, дополнительно введены 55 два усилителя напряжений, второй блок вычитания, аналоговый регистратор, интегратор, два аналого-цифровых преобразователя, два блока извлечения квадратного корня, блок 6О вычисления отношения и блок перемножения, причем входы второго блока вычитания через усилители напряжений подключены к коммутатору, его первый выход через аналоговый

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для измерения скоростей пульсирующих потоков, а также при контроле эа ходом технологических процессов и управлении динамической 5 скоростью потоков.

Известно устройство для измерения пульсирующих скоростей потока, содержащее электроакустические преобразователи, приемник импульсных сигналов, передатчик импульсных сигналов, коммутатор„ включенные и схему синхрокольца, и регистрирующий блок jl) .

Недостатком этого устройства является ограниченное быстродействие измерений, что фактически исключает воэможность измерения быстрых пульсаций скорости потока, так как для достоверного определения разности частот повторения импульсов в синхрокольцах требуется большой интервал времени.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковой измеритель пульсирующих скоростей потока, содержащий два обратиьых электроакустических преобразователя, подключенных через коммутатор к передатчику и приемнику импульсных сигйалов, импульсный 3О генератор, регистр сдвига, вычислительное устройство, преобразователь временной интервал — цифра, выход которого через блок деления подключен к блоку вычитания, синхрониза- 35 тор и регистратор f2) .

Недостатком известного устройства является ограниченная точность и быстродействие измерений при работе ,с пульсирующими потоками. 40 регистратор и первые аналого-цифровой преобразователь и блок извлечения квадратного корня подключен к первому входу блока перемножения, его второй выход через интегратор и вторые аналого-цифровой преобразователь и блок извлечения. квадратного корня подключен к второму входу блока вычисления отношения, первый вход которого подключен к выходу первого блока вычитания, а выход— к второму входу блока перемножения, выход которого подключен к регистратору, при этом вход преобразователя временной интервал — цифра под- . ключен к выходу приемника импульсных сигналов, а выходы синхронизатора подключены к управляющим входам коммутатора, передатчика и приемника импульсных сигналов, преобразователя временной интервал — цифра, блока деления, первого блока вычитания, аналогового регистратора и аналогоцифровых преобразователей °

На фиг.l представлена блок-схема ультразвукового измерителя пульсирующих скоростей потока; на фиг.2 диаграммы, поясняющие его работу.

Измеритель содержит два обратимых электроакустических преобразователя 1 и 2, коммутатор 3, приемник 4 и передатчик 5 импульсных сигналов, преобразователь б временной интервал - цифра, блок 7 деления, первый блок 8 вычитания, синхронизатор 9, два усилителя 10 и 11 напряжений, второй блок 12 вычитания, аналоговый регистратор 13, интегратор 14, два аналого-цифровых преобразователя 15 и lб, два блока

17 и 18 извлечения квадратного кор" ня, блок 19 вычисления отношения, блок 20 перемножения и регистратор 21.

Ультразвуковой измеритель пульсирующих скоростей потока работает следующим образом.

В первом такте каждого цикла измерений контролируемый поток зондируют акустическими импульсами, излучаемыми последовательно во времени обратимыми злектроакустическими преобразователями 1 и 2 по направлению потока и против направления потока. Зондирующие импульсы поступают с выхода передатчика 5 импульсных сигналов через коммутатор 3 н принимаются приемником 4 импульсных сигналов. Управление работой приемника 4 импульсных.сигналов, передатчика 5 импульсных сигналов и коммутатора 3 осуществляется автоматически синхронизатором 9, При этом время ь прохождения акустического импульса по направлению потока определяется выражением А=

cl (а)

С чсоес

1081544 где Д вЂ” базовое расстояние между его приема Р (), которые постуэлектроакустическими преоб- пают на входй блока 12 вычитания. разователями 1 и 2; На выходах блока 12 вычитания н инС вЂ” скорость ультразвука в конт- тервалах .с<, с2 непрерывно получаетролируемом потоке; ся напряжение U, (1), пропорциональ" средняя скорость потока в ное разностной величине Р() перетечение интервала времени пада давления л л длительностью <, 4 и б,. : U„(t p(t)р,(ь)-,(t). угол между линией базы и направлением движения пото- Зависимость между мгновенной века. личиной 4 Р(с) и мгновенной скоросВремя "6 прохождения акустичес- тью V (t) дается выражением кого импульса против направления потока определяется выражением p(t =к.v (t), (г)

3 где К вЂ” величина, зависящая от фиС-М оэ сс

С-ясов сс (б) 15 эических характеристик потока и расстояния между зонами излучения и приПринятые импульсы с выхода прием- ема зондирующих импульсов. ника 4 импульсных, сигналов поступа- Полученная временная зависимость ют на вход преобразователя б времен- напряжения ()< (t) с первого ныхода ной интервал — цифра, где величины 20 блока 12 вычитания поступает на с4,и преобразуются в пропорциональ- вход аналогового регистратора 13, ные этим величинам цифровые величи- где регистрируется нременная зависины иA <<4 и <,ь H g. В блоке 7 деле- мость напряжения 0<2 (6), пропорцио". ния цифровые величины Нд и Мэ пре- нального перепаду давления Ь P (t ) . образуются последовательно во време- 75 Временная зависимость 0<2(1) с вто.ни в обратные цифровые величины рого выхода блока 12 вычитания по1/к4 и 1/М и поступают на входные ступает на вход интегратора 14, где регистры блока 8 вычитания. Управ- . усредняется в аналоговом виде в те ление работой преобразователя б чение времени усреднениял

61 И А С<<р временной интервал — цифра блока 7 30 c = <,б — си, где с „ — эффективная деления и блока 8 вычитания очуществ- длительность зондирующего импульса, ляется синхронизатором 9. Раэност- <4 И < А С1 "Бе ная цифровая величина Согласно выражению (r) усредненная

2со сс величина Ро дается выражением м„= — — — -ч

< 4 Н, d З5: - V (tldt= Ч . (д) л< с выхода блока 8 вычитания записы- "4 вается в регистры второго входа

Полученные в аналоговом регист.блока 19 вычисления отношения. Та- раторе 13 временная зависимость ким образом определяют величину напряжения U << (6) и в интегратоедней скорости потока в интервале 40 Ре 4 сРеднЯЯ ве и ин ()„4 Р, в времени усреднения, приблизительно аналого-цифровых преобразователях равном длительности одного полуцик- 15 и 16 преобразуется в цифровые вела измерения, т.е. величине сА .

RH

В потоках мгноненная скорость блоках 17 и 18 извлечения квадрато ор х флуктуирует относительно 45 к РнЯ соответственно вычислЯсредней величины Ч по закону ют квааРаеные коРни IIP($; ) н Р, ((,) = и 4<((t), необходимо измерять ричем ГР 1к Y в каждом цикле из,не только величину 1, но и временмерений. Таким образом, в каждом ную зависимость абсолютного измене- . -ом цикле измерений получается ния скорости ь Y (t) ° одна цифровая величина Мця (фиг. 2) и одна цифровая величина P . В

Для этого одновременно управ- блоке 19 вычисления отношения выляющим импульсом синхронизатора 9 числяется отношение поступающей с между излученным и принятым импуль- выхода блока 8 вычитания и с выхосами коммутатор 3 переключает элект- да блока 18 извлечения квадратного роакустические преобразователи 1 и 2 55:корня цифровой величины М« /4Р„ к входам усилителей 10 и 11 напря- л1 4К в каждом р --ом цикле измережения. В интервалах времени и<, ний. (фиг.2) между излученным и принятым Следовательно, в каждом и -рМ цикимпульсами в каждом цикле измерений ле измерений получают величину на, выходах усилителей 10 и 11 На- 60 Ми„ P„ 1 <К, а также дискретную пряжения получают изменяющиеся но временную последовательность цифвремени напряжения, пропорциональ- ровых величин ь Р(;) в течение ные текущим величинам гидростатичес- каждого интервала л<,< и л<, между кого давления н зоне излучения акус- зондирующим и принятым импульсами. тического импульса Р< (t ) и в зоне 65 при этом шаг дискретизации с 4 эа1081544 висимости д Р (< ) (фиг. 2) определяется только аналого-цифровым преобразователем 15 и намного меньше интервалов, и .

Мгновенная скорость потока V ((,;), например, в момент времени (,; в интервале 2 1 (фиг.2) вычисляется следующим образом.

ЦиФРовая величина 0P (t; ) C блока 17 извлечения квадратного корня и цифровая величина Мцд / ГР„ 1/ (К с блока 19 вычисления отношения поступают в блок 20 перемножения, который работает по алгоритму

4ЬР((.)) - — «.!й Ч((.;) — -V((;), (е)

hhun

Д Гк

Предложенный измеритель впервые обеспечивает воэможность измерения не только средней величины V скорости потока с интервалом усреднения, равным (,(,но и измерения дискретных мгновенных значений скорости в любой 1 -ый момент вресменя внутри интервала Фд . Это достигнуто введением в измеритель канала аналогового измерения мгновенных значений перепада давления, создаваемого потоком в областях

5,двух обратимых электроакустических преобразователей и автоматической компенсации в общем случае неизвестного параметра К. В результате исключена грубая погрешность иэ1О мерения, связанная с изменением во времени величины параметра К в флуктуирующем потоке. Быстродействие измерителя по каналу измерения дискретных величин мгновенной скоро ти потока увеличено не менее чем в 15-20 раэ. Использование предлагаемого ультразвукового измерителя пульсирующих скоростей потока особенно полезно в системах авто2О матического контроля состояния и управления системами подвода жидкого горючего энергетических устано вок летательных аппаратов.

1081544 и,- п ый цикл измерению»

s(n-1) и

Р

5-1

Составитель Н.Бурбело

Редактор Л.Гратилло ТехредМ.Гергель Корректор Г. Решетник

Заказ 1540/39 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4