Ультразвуковой измеритель скорости течений

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик р11987393 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 300781 (23) 3265480/18-10 с присоединением заявки М вЂ”(23) Приоритет

Опубликовано 070183. Бюллетень М1

Р М Кд з

G 01 F 1/66

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

f33) УДК 681.121 (088. 8) Дата опубликования описания 0 701.83 (72) Авторы изобретения

Т.К. Исмаилов, A M Измайлов и В,М, Гуревич

s и

Особое конструкторское бюро Института кос Йчеаких. исследований природных ресурсов AH Азерб джанской ССР" (71) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ТЕЧЕНИИ

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 зондирующих импульсов, схему ИЛИ, измерительный блок и регистратор. В устройстве повышена помехоустойчивость эа счет устранения срыва автоциркуляции во время действия внешней помехи и устранена зависимость показаний от скорости звука в контролируемой среде (lg.

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 разности частот двух управляемых генераторов, периоды следования импульсов которых автоматически устанавливаются кратными времени распространения ультразвуковых импульсов в направлении потока и против него.устройство содержит измерительный участок с двумя приемо-передающими преобразователями, коммутатор, дискриминатор времени, формирователь зондирующих сигналов, первый и второй дифференциальные интеграторы, первый и второй управляемые генераторы, первый и второй триггеры, первый и второй частотные дискриминаторы, трехвходовую схему совпадения, блок выделения разностной частоты и индикатор.

Известное устройство обладает повышенной чувствительностью эа счет.

ЗО внутреннего умножения выходной час987393

10!

5 пМ й1 где f„ f

?5

65 тоты н и раз (где n — разрядность делителей частоты в дифференциальных интеграторах) (.2 7.

Недостатком известного устройства является низкая 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 импульсон и делитель, причем первый и второй выходы распределителя подключены к входам формирователя возбуждаю их импульсов, третий выход распределителя подключен к первому входу временного дискриминатора, а к-й к входу первого коммутатора и к треть 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 дна приемопередающих преобразователя 1 и 2, погруженных н 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 и подсоединен к входу распределителя 11 импульсов. Первый и второй выходы распределителя 11 соединены с формирователем 4 возбуждающих импульсов, третий ныход 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 интеграторам 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 раэностной частоты, выход которого подключен к индикатору 18, Устройство работает в два такта, которые чередуются при возникновении,импульса на к-м выходе распределителя 11. Частота смены тактов составляет

1 частоты управляемых генераторов; разрядность делителя 10 частоты; разрядность распределителя 11 импульсов.

В такте по течению к-й импульс 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 возбуждающие 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 составляет и Т„, где Т =1/f — 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 раэ аттенюатором 7 (где m — коэффициент аттенюации) и поступает на опорный вход компаратора 8, При этом порог компарации второго во времени приемного импульса 20 равен а„/m. Второй но времени приемный импульс 20 направляется коммутатором 5 на информационный вход компаратора 8.

При отсутствии внешней помехи амплитуды первого и второго приемных

987393 сигналов 20 равны, поэтому время распространения второго зондирующего импульса определяется

Т =1 + — а сэ1п =t + — агсз4п -1.,/

Р1 время от момент воздействия второго во времени возбуждающего импульса до момента вступления второго приемного сигнала.

10 где

Выходной импульс компаратора 8, задержанный относительно вступления второго приемного сигнала 20 на вре.л и 1

15 мяо"Е „= — drcsin —,поступает на первый ( вход дискриминатора 12 времени, на второй вход которого поступает импульс с третьего выхода распреде,лителя.

В такте против течения работа 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 де- 55 литель 10 частоту управляемого генератора 16, на вход пикового детектора 6 и компаратора 8 поступают импульсы с преобразователя 1, а импульсные воздействия с дискриминатора 12 поступают на входы А2 и В2 дифференциального интегратора 14, изменяющего, частоту управляемого генератора 16 до установившегося значения.

Дискриминатор 12 сопоставляет временное расположение фронтов им.пульсов 21 и 22 с выхода компаратора

8 и с третьего выхода распределителя 25

11 соответственно и вырабатывает импульсные воздействия на входах Al или Вl дифференциального интегратора

13, которые изменяет свое выходное напряжение 23 и следовательно часто- 30 ту управляемого генератора 15 до установившегося значения, когда время распространения зондирующего импульса по течению равно периоду импульсов на выходе делителя 10 35 (длительности импульса на любом выходе распределителя), составляющего и-Т„ . Ha фиг.2 (21,22) показан случай, когда период делителя 10 частоты меньше времени распространения, передний фронт выходного импульса компаратора 8 отстает от переднего фронта третьего импульса с распределителя 11, выходное напряжение дифференциального интегратора 13 понижается, что способствует снижению 45 частоты управляемого генератора 15 и увеличению периода выходной частоты делителя 10.

В этом такте время распространения второго зондирующего импульса равно

cf л 1 . рд а

Т = t + — arcs(и = t + -атсв1и

Р 2 ш с 1 2 ию т где t > — время от момента воздействия второго во времени возбуждающего импульса до момента 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 компарации, 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, à t -й — к входу первого коммутатора и к третьим

987393

ВНИИПИ Заказ 10279/26 Тираж 641 Подписное филиал ППП "Патент"., г. Ужгород, ул. Проектная,4 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 5 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.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ь 526827, кл. С 01 Р 5/00, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 769337, кл. G 01 F 1/66, 1978 (прототип).