Акустический измеритель скорости течения

 

Союз Советскм»

Соцмалмстммески»

Республик и 690392 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 15.08,77 (21) 2517179/18-10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

2 (51) М. Кл, G 01 P 5/08

Государстеенный нем»тот

СССР но делам нзооретеннй н открьтнй

Опубликовано 05,10.79. Бюллетень № 37

Дата опубликования описания 05.10.79 (53) УДК 5317:

:621.317.39 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. М. Кушнир н Ю. Н. Колтаков (71) Заявитель

Морской геофизический институт. АН СССР (54) АКУСТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ

ТЕЧЕНИЯ

Изобретение относится к технике измерения скорости текучих сред и может быть использовано для измерения скорости течения в океане . при проведении океанографических исследований.

Известен акустический измеритель скорости течения, основанный на циклическом методе измерения и содержащий две базы с установленными на них акустическими преобразователями (1).

Двухбазовые измерители имеют сложную ме- 10 ханическую часть. 3а счет разнесения баз в пространстве имеет место ошибка, обусловленная неоднородностью поля скорости звука, а наличие двух каналов создает взаимные помехи.

Известны также однобазовые акустические измерители скорости течения, содержащие два акустических преобразователя с периодической коммутацией направления распространения акустических сигналов (2).

Недостатки таких измерителей состоят в необходимости разделения во времени сравниваемых сигналов, что усложняет схему измерения и приводит к появлению погрешностей, обусловленных влиянием крутизны фронтов коммути . руемых импульсов.

Кроме того, известно вычислительное устройство, используемое для измерения расхода жидкости (3), содержащее два акустических преобразователя, два выходных счетчика, генератор опорной частоты, логические схемы и блок цифровой обработки. Скорость потока в нем определяется путем одновременной встречной передачи акустических сигналов от каждого преобразователя и заполнения двух счетчиков от генератора опорной частоты за время прохождения акустических сигналов до момента формирования импульсов соответствующими приемниками. Блок цифровой обработки содержит сменные модули, позволяющие изменять алгоритмы обработки. Выходной сигнал индикатора показывает скорость, направление потока и расход жидкости.

Недостатком устройства является его невысокая точность, обусловленная тем, что измерения скорости осуществляются за один цикл излучения и приема акустических сигналов.

690392

4 дом первого выходного счетчика 21, а выход четвертой схемы И 19 — со счетным входом второго выходного счетчика 22. Измеритель имеет запускающий вход A к два выхода Б и В, соединенные с выходамк триггеров выходных счетчиков 21 и 22, Акустический . измеритель скорости течений работает следующим обоазом.

11елью изобретения является повышение точности измерения.

Это достигается тем, что и предлагаемый акустический измеритель скорости течения âaåдены первая и вторая схемы ИЛИ, третья и четвертая схемы И, элемент задержки, дифференцирующая цепь, дифференцкрующая цепь с инвертированием сигнала, первый к второй счетчики, причем входы первого к второго передатчиков соединены соответственно с выходами первой и второй схем ИЛИ, входами первого и второго счетчика и с первымк входами первого к второго триггеров, вторые входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго счетчиков и к.первым входам третьей к четвертой схем И, второй вход третьей схемы И соед иен с выходом второго приемника, а второй вход четвертой схемы И соединен с выходом первого приемника, выход третьей схемы И подключен к первому входу первой схемы ИЛИ, второй вход которой соединен через дкфференцирующую цепь с элементом задержки к с дкфференцирующей цепью с инвертированием, выход которой подключен ко второму входу схемы ИЛИ, первый вход кото25 рой соединен с выходом четвертой схемы И.

На фиг. 1 показана схема акустического измерителя скорости течения, на фнг. 2 — временная диаграмма импульсов в отдельных топ<ах схемы.

Акустический измеритель скорости течения зо содержит два установленных на измерительной базе акустических преобразователя 1 и 2. С первым преобразователем соединены вход первого приемника 3, представляющего собой усклк г тель-формирователь сигналов, и выход первого передатчика 4, который представляет собой гене. ратор коротких импульсов, срабатывающий прк поступлении на его вход запускающего сигнала.

Со вторым преобразователем соответственнз соединены вход axapoго приемника 5 к второго передатчика б, аналогичные указанным выше.

Схема измерителя содержит также первую к вторую схемы ИЛИ 7, 8, первую к вторую схемы

И9, 10, элемент задержки 11, дкфференцкрующую цепь 12, дифференцкрующую цепь 13 с

45 инвертированием сигнала, первый счетчик 14 и второй счетчик 15, причем входами этих:четчиков служат счетные входы триггеров первых разрядов, а выходами — выходы триггеров по50 следних разрядов; первый к второй триггеры

16 и 17 с раздельными входами, причем выход первого триггера 6 соединен с первым входом третьей схемы И 18, а выход второго триггера 17 соединен с первым входом четвертсй

SS схемы И 19, вторые входы третьей к четвертой логических схсм И 18 к 19 соединены с выходом генератора 20 опорной частоты, выход третьей логической схемы И 18 соединен со счетным вхоБ начальный момент времени на запускающий вход А поступает импульсный сигнал с положительным перепедом, от которого запускается элемент задержки 11, формирующий прямоугольный импульс, продолжительностью Trr. Этот импульс подается на входы дкфференцкрующей це пи 12 и дифференцирующей цепи 13 с инвертированием сигнала, которые формируют узкие импульсы соответственно г;о переднему и заднему фронтам входного сигнала Тo ((фкг. 2, точки в, е). Сформированные узкие импульсы через первую и вторую схемы ИЛИ 7, 8 поступают на входы:, переда. ликов 4 к б, соответственно формирующих импульсы возбуждения акустических преобразователей 1 к 2. Сформированные акустические сигналы от преобразователя

1 и 2 распространяются со сдвигом по времени

Тв навстречу друг другу, причем один кз этих сигналов распространяется по течению, а второй — против течения. Когда акустические сигналы достигают преобразователей 1 к 2, они преобразуются в электрические импульсы,усиливаются, формируются приемниками 3, 5 к по,oаются на первые входы второй к первой схем

И 10и 9, соответственно (точкк ж, r на фкг.2).

На вторые входы этих логических схем И поступают сигналы от триггеров последних разрядов счетчиков 15, 14 лркчсм до заполнения счетчиков этк сигналы (з, к, фкг. 2) имеют полярность, "разрешавшую" прохождение импульсов с приемников 3, 5 через схемы 10, 9 соответственно. Сигналы с выходов схем И 9, 10 через схемы ИЛИ 7, 8 подаются на выходы передатчиков 4. б, формирующих сигналы возбуждения акусткчссккх преобразователей 1 и

2 соответственно. Этот цикл повторяется. Импульсные сигналы, поступающие на входы передатчиков 4, б, подаются также на счетные входы первого к второго счетчиков 14, 15. После заполнения половины емкости этих счетчиков триггеры последнкх разрядов меняют свое состояние, что приводит к изменению потенциалов на вторых входах второй к первой схем И 9, 10 и к запрету прохождения сигналов от приемников 3, 5 к передат.якам 4, 6. Таким образом, в схеме измерителя формкруется строго определенное число циклов прохождения акустических сигналов вдоль измерительной базы по течению и прознв него.

690392

Импульсные сигналы со счетных входов первого и второго счетчиков 14, 15 подаются на входы первого и второго триггеров 16, 17 с разделы ыми входами и переводят эти триперы в такое состояние, при котором на их выходах формируются потенциалы, разрешающие прохождение сигналов от генератора 20 опорной частоты через третью и четвертую схемы И 18, !9 на счетные входы первого и второго выходных счетчиков 21, 22 соответственно. Вторые входы первого и второго триггеров 16, 17 соединены с триггерами последних разрядов первого и второго счетчиков 14, 15. При изменении состояния этих триггеров (после заполнения половины емкости счетчиков 34, 15), изменяется состояние первого и второго триггеров с раздельными входами 16, 17, что приводит к формировашпо сигнала запрета на вторых входах треть- ей и четвертой схем И 18, 19 и остановке счета первого и второго выходных счетчиков 21,22, 2О

Таким образом на счетные входы первого и второго выходных счетчиков 21, 22 поступают импульсы от генератора опорной частоты 20 в течение интервалов времени, соответствующих заданному числу циклов прохождения акусти- 25 ческих сигналов вдоль и против скорости потока.

Полученные двоичные коды на первом и втором выходных счетчиках 21 и 22 снимаются ,с выходов Б и В и поступают на регистрацию 30 и отработку.

Двоичные коды Nq и N> сформированные на выходных счетчиках il, 22, равны:

nLf 35

Ni СЧ са

f4 = с-ч " 1о где 1. — длина измерительной базы (расстояние 4О между акустическими преобразователями), n— число циклов работы акустических преобразователей, равное половине емкости счетчиков 14, 15, f0 — частота генераторов опорной частоты 20. т — время задержки импульсов в тракте прием- 45 чик-передатчик, С вЂ” скорость звука, Ч вЂ” скорость течения, Величина скорости течения определяется через полученные значения кодов N, и N> следующим выражением:

ALE Ма- Ni

V=

2 и й,-(М,+Мь)И Х+(И q г ""

Как видно, величина скорости течения, выраженная через полученные значения кодов N> и М2, пропорциональна значению n — числу циклов работы акустических преобразователей. Это означает, что чувствительность предлагаемой схемы в и раз выше по сравнению с измерителями, где определяется разность времени прохожденияакустических сигналов эа каждый цикл измерения.

Вели пша задержки Тр которая предусмотрена в схеме измерителя, равна половине среднего времеш прохождешж акустического сигнала между акустическими преобразователями.

Это необходимо для того, чтобы моменты включения генератора и прихода очередного акустического сигнала на один и тот же акустический преобразователь были разделены во времени.

Если в начальньш MQMcHT интервал времени меж. ду излучением сигнала и приходом сигнала, излученного другим преобразователем, составляет

Тр, то в дальнейшем этот интервал будет уменьшаться нри каждом цикле на величину, равную .QV

В силэи с этим ииеболелтее число Иик.

С лов можно определить из следующего условия:

nV „ „

С 2С или n = С/2 V max.

Формула изобретения

Акустический измеритель скорости течения, содержащий первый и второй акустический преобразователи, соединенные соответственно с первым и вторым приемниками и первым и вто рым передатчиками, первый и второй триггер с раздельными входами, выходы которых соединены с первыми входами первой и второй схем

И, вторые входы которых связаны с генератором опорной частоты, а выходы подключены к первому и второму выходным счетчикам, о т л ич а ю шийся тсм, что, с целью повышения точности измерения, в него введены первая и вторая схема ИЛИ, третья и четвертая схемы И, элемент задержки, дифференцирующая цепь, дифференцируюшая цепь с инвертированием сигнала, первый и второй счетчики, причем входы первого и вгорого передатчиков соединены соответственно с выходами первой и второй схем

ИЛИ, входами первого и второго счетчиков и с первыми входами первого и второго триггеров, вторые входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго счетчиков и к первым входам третьей и четвертой схем И, второй вход третьей схемы И соединен с выходом второго приемника, а второй

690392 вход четвертой схемы И соединен с выходом первого приемника, выход третьей схемы И подключен к первому входу первой схемы ИЛИ, второй вход которой соединен через дифференцирующую цепь с злементом задержки и " дифференцирующей цепью с инвертированием, выход которой подключен ко второму входу второй схемы ИЛИ, первый вход которой соединен с выходом четвертой схемы И.

Исто яики информации принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США И 3282101, кл. 73 — 194, 5 опублик. 19бб.

2. Авторское свидетельство СССР И 347579, кл. G 01 Р 5/00, 1972.

3. Патент Великобритании N 1370588, кл. Н 4 D, опублик. 1974 (прототип).

690392

Э ° °

O Э ° в е °вЂ”

Составитель М. Хаустов

Техред М.Петко Корректор М. Селехман

Редактор Л. Бибер

Тираж 1090 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5955/41

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4