Ультразвуковой расходомер

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5017333/10 (22) 27.11.91 (46) 30.1193 Бюа Ма 43-И (76) Дикарев Виктор Иванович; Федоров Валентин

Васильевич; Шипим Иван Тимофеевич (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСКОДОМЕР

{57) Использование: устройство относится к приборостроению и предназначено для измерения расхода жидких и газообразных сред. Сущность изоб(В) RRU U(11) 2003944 С1 (5Ц 5 G 01 F 1 66 G 01 F 1 72 ретения: расходомер содержит генератор белого шума. генератор гармонических колебаний, модулятор, первый усилитель, излучатель, приемный элемент, второй усилитель, блок регулируемой задержка первый и второй фазовращатели на 90 первый и второй корреляторы, первый и второй квадраторы, сумматор и блок извлечения квадратного корня. 2 ил.

2003944

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для измерения жидких и газообразных средств.

Наиболее близким к изобретению является ультразвуковой допплеровский расходомер, содержащий генератор белого шума, модулятор, генератор гармонических колебаний, первый и второй усилители, излучатель, приемный элемент, блок задержки и . коррелятор.

Характерной особенностью указанного расходомера являются ограничения по диа-, пазону измерения, которые возникают при ° больших скоростях движения частиц, когда их перемещение эа период излучения-при- 15 ема больше чем четверть длины волны, При этом может возникать неоднозначность выходных данных, соответствующая высокочастотному заполнению автокорреляционной функции. 20

В1(г) = А ехр (- В â€” — (, — т;))) х

2нс с х со$ (Й4 (— (т е гз))

2ч1 с где А — амплитуда сигнала; 25

 — ширина полосы прапускания приемоизлучающего элемента;

v — средняя скорость движения частиц; с — скорость света; г, — время распространения сигнала от 30 излучения до приема; тз — время задержки; а — центральная частота излучения.

Если регулируемая задержка подобрана таким образом, что те =т,, то выход- 35 ной сигнал коррелятора будет изменяться в соответствии с кривой в виде низкочастотного колебания с частотой Допплера и амплитудой, убывающей по закону огибающей.

Поэтому необходимо соблюдать усло- 40 вие

/ соз (ие — — (rå — z з,)) j = 1, 2vt с которое выполняется при

2vt 45 сне — (< тз)) = 2 К где К = 0,1,2...,.

Указанный недостаток можно устранить при квадратурной обработке излучаемого и принимаемого сигналов, что и 50 сделано в предлагаемом устройстве.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Цель достигается тем, что в устройство введены первый и второй фазовращатели на 90, второй коррелятор, первый и второй квадраторы, сумматор и блок извлечения квадратного корня, причем к выходу второго усилителя последовательно подключены первый фазовращатель на 90, второй коррелятор, второй вход которого через второй фазовращатель на 90 соединен с выходом блока регулируемой задержки, второй квадратор, сумматор, второй вход которого через первый квадратор соединен с выходом первого коррелятора, и блок извлечения квадратного корня.

Структурная схема устройства представлена на фиг.1; вид автокорреляционной функции представлен на фиг.2.

Ультразвуковой расходомер содержит генератор 1 белого шума, генератор 2 гармонического колебания, модулятор 3, первый усилитель 4, излучатель 5, трубопровод

6, приемный элемент 7, второй усилитель 8, блок 9 регулируемой задержки, первый 10 и второй 11 фазовращатели на 90О, первый 12 и второй 13 корреляторы, первый 14 и второй 15 квадраторы, сумматор 16 и блок 17 извлечения квадратного корня. Причем к выходу генератора 1 белого шума последовательно подключены модулятор 3, второй вход которого соединен с выходом генератора 2 гармонического колебания, усилитель 4 и излучатель 5, К выходу приемного элемента 7 последовательно подключены . усилитель 8, коррелятор 12, второй вход ко торого через блок 9 регулируемой задержки соединен с выходом модулятора 3, квадратор 14, сумматор 16 и блок 17 извлечения квадратного корня. К выходу блока 9 регулируемой задержки последовательно подключены фазовращатель 11 на 90, коррелятор

13, второй вход которого через фазовращатель 10 на 90 соединен с выходом усилителя 8, и квадратор 15, выход которого соединен с вторым входом сумматора 16.

Ультразвуковой расходомер работает следующим образом.

С выходов генераторов 1 белого шума и

2 гармонического колебания на два входа модулятора 3 поступает напряжение, соответственно:

U<{t) - V (t) соз (t+ дЪ(t)).

U (t) -V cos (ж,т+ ср ), (1) где Ve(g), фш (t) — случайные огибающая и фаза белого шума; ж — круговая частота, соответствующая центру белого шума;

vc, Nc, р — амплитуда, несущая частота и начальная фаза гармонического колебания.

В модуляторе 3 осуществляется амплитудная модуляция гармонического колебания белым шумом. Нэ его выходе образуется напряжение

a(t)- V (1+ U<(t)) cos (ад+ у,), (2) 2003944 которое через усилитель 4 и излучатель 5 поступает в движущуюся среду. Отражаясь от движущихся частиц, акустический сигнал поступает на вход приемного элемента 7.

b(t) - Àà ((1 + — ) t - te)

2Ч (3) с где V — скорость движения частиц; с — скорость света; те — время распространения акустического сигнала от излучения до приема.

Уравнение (3) показывает, что принятый сигнал соответетвует по форме излученному, но задержанному в акустическом канал е. Од но времен но с эти м излучае мы и сигнал a(t) задерживается блоком 9 регулируемой задержки на время r3.

d(t) = a (t - r> ) (4), Сигналы s(t) и d(t) одновременно поступают на два входа коррелятора 12 и через фазовращатепи 10 и 12 на 90 на два входа коррелятора 13. На выходах корреляторов 12 и 13 образуются напряжения

R t(t) = A exp {- В â€” t - (ге rý))} х

2Ч х co$ (ао, (— t — (r, — r,)), 2Ч

Rz(t) - А ехр { — В â€” t — (r — т,))} х

2Ч х sin (No (— t (re Гз)), 2V (5) которые поступают на входы квадраторов

14 и 15 соответственно. На выходах последних образуются напряжения:

Формула изобретения

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий последовательно включенные генератор белого шума, модулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора гармонического колебания, первый усилитель и излучатель, а также последовательно включенные приемный элемент, второй усилитель и первый коррелятор, ;второй вход которого через блок регулируемой задержки соединен с выходом модулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него

g< (t)-А ехр {- В â€” t — (ге — r3))} х г г 2Ч г х со$ (щ, (— t — (re — тз))

2Ч с

5 г г 2V

Вг (t) = А exp { — S (— t — (те гз))}

Х $1П (Жз (— t — (Хе rç)) (6) которые поступают на два входа сумматора

10 16. На выходе последнего образуется напряжеwe (t) = 6 1г() + Вгг() =

= А ехр {- В â€” t — (Ге — r ))} {7) г 2Ч г

15 Это напряжение поступает на вход блока 17 извлечения квадратного корня, на выходе которого образуется напряжение

R(t) = А ехр { —  — t — (т е — rs))} (8)

2Ч г

20 в котором отсутствует "высокочастотное заполнение", то есть отсутствует зависимость от несущей частоты.

Таким образом, предлагаемь(й расходомер по сравнению с прототипом обеспечи25 вает повышение точности измерения скорости движущихся частиц в трубопроводе заданного диапазона.

Это достигается автокорреляционной квадратурной обработкой акустических сиг30 напав. (56) Хамидуллин В.К, Ультразвуковые контрольно-измерительные устройства и система. Л.: Машиностроение, 1989, с, 176, рис, 35 322 введены первый и второй фазовращатели, второй коррелятор, первый и второй квадраторы, сумматор и блок извлечения квад40 ратного корня, причем к выходу второго усилителя последовательно подключены первый фазовращатель, второй коррелятор, второй вход которого через второй фазовращатель соединен с выходом блока

45 регулируемой задержки, второй квадратор, сумматор, второй вход которого через первый квадратор соединен с выходом первого коррелятора, и блок извлечения квадратного корня.

50, 2003944

Ф г 7

Составитель В. Дикарев

Редактор Т. Лошкарева Техред M.Mîðãåíòàë Корректор IVI. Самборская

Заказ 3321

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 б

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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