CN104428636A - 一种在被控介质中传输信号的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在被控介质中传输信号的方法，包括以下步骤：产生参考信号；通过至少一个发射电路在被控介质中正方向传输产生的参考信号；通过至少一个接收电路接收在被控介质中正方向传输的信号；通过至少一个接收电路在被控介质中反方向传输产生的参考信号；通过至少一个发射电路接收在被控介质中反方向传输的信号从而确保信号通过被控介质。在被控介质中传输信号的方法确保产生通过被控介质的具有高保真度的信号。

Description

一种在被控介质中传输信号的方法
提出的技术涉及测量方法，可以用于测量在管道中在被控介质中传输的信号。此技术的测量系统具有更高的同一性，因而提高了测量管道中被控介质参数的精准度。
已知的现有技术，如苏联发明人证书编号为1026015的技术，存在以下重要缺陷：
-产生原始超声波信号，
-通过至少一个第一电路，在管道中在被控介质中正方向传输产生的原始超声波信号；
-通过至少一个第一电路，接收在管道中在被控介质中正方向传输的超声波信号；
-通过至少一个第二电路，在管道中在被控介质中反方向传输产生的原始超声波信号；
-通过至少一个第二电路，接收在管道中在被控介质中反方向传输的超声波信号；
上述技术和提出的技术的共同点是：
-产生原始信号；
-通过至少一个电路，在被控介质中正方向传输产生的原始信号；
-通过至少一个电路，接收在被控介质中正方向传输的信号；
-在被控介质中反方向传输产生的原始信号；
-接收反方向通过被控介质的信号；
另一项已知的类似技术是关于用于石油生产的多相流量计的，由V.P.Derevenchook，E.G.Savin等人提出(“用于矿床开发的所有阶段的水力井分析的现代技术”会议记录。托木斯克，2008年五月13-15日)，这项技术应用了一种在被控介质中传输无线电信号的方法，方法分为以下几步：
-产生原始无线电信号；
-通过至少一个电路，在被控介质中正方向传输产生的原始无线电信号；
-通过至少一个电路，接收在被控介质中正方向传输的信号；
-通过至少一个电路，在被控介质中反方向传输产生的原始无线电信号；以及
-通过至少一个电路，接收在被控介质中反方向传输的信号。
现有技术文献中介绍的技术和提出的技术的共同点是：
-产生原始信号；
-通过至少一个电路，在被控介质中正方向传输产生的原始信号；
-通过至少一个电路，接收在被控介质中正方向传输的信号；
-在被控介质中反方向传输产生的原始信号；以及
-接收在被控介质中反方向传输的信号。
被认为和提出的技术最类似的技术(在www.ktkprom.ru上参见FLOWSIC-100系统)包含了一个在被控介质中传输信号的方法，方法为：
-产生原始超声波信号；
-通过至少一个电路，在被控介质中正方向传输产生的原始超声波信号；
-通过至少一个电路，接收在管道中在被控介质中正方向传输的超声波信号；
-通过至少一个电路，在管道中在被控介质中反方向传输产生的原始超声波信号；以及
-通过至少一个电路，接收在管道中在被控介质中反方向传输的超声波信号。
提出的技术和最类似的技术的共同点是：
-产生原始信号；
-通过至少一个电路，在被控介质中正方向传输产生的原始信号；
-通过至少一个电路，接收在被控介质中正方向传输的信号；
-在被控介质中反方向传输产生的原始信号；以及
-接收在被控介质中反方向传输的信号。
上述所有的已有技术都不能达到的技术成果是排除传输超声波、无线电及其它类似信号的过程中施加在电路上的电子元件不匹配，从而能在管道中在被控介质中传输高度相同的信号。
已有的技术不能达到此成果的原因是提供不同的电路(由不同的电子元件构成)传输超声波、无线电和其它信号，这些元件的不匹配对超声波、无线电和其它信号的传输及电信号参数造成重大影响，因为即使是同类型的电子元件，也没有两个电子元件具有完全相同的参数。
基于已有的相似技术，目前备受关注的任务是排除在电路上传输不同信号的过程中施加的电子元件不匹配，由此提供在管道中在被控介质中传输的高度相同的信号。
通过提供一种在被控介质中传输信号的方法，即可达到上述技术成果。这种方法包含的步骤有：产生原始信号，通过至少一个电路，在被控介质中正方向传输产生的原始信号，接收在被控介质中正方向传输的信号，通过至少一个电路，在被控介质中反方向传输产生的原始信号，以及接收在被控介质中反方向传输的信号。反方向传输产生的原始信号和接收在被控介质中反方向传输的信号是在与用于在正方向上传输和接收信号的电路相同的电路上进行的。
如上所述，通过相同的电路在正方向和反方向(顺和逆流动方向)传输产生的原始信号(可以是无线电，超声波或是其它信号)并接收这些通过被控介质的信号，可以保证传输不受电子元件参数不匹配影响的原始信号，从而达到高度同一性，由此达到非常精准测量管道中的体积流率，因而表明达到上述的技术成果。
回顾了关于已有技术的出版物，发现这之中没有一个出版物包括已有技术的特点和被提出申请专利技术的特性，这保证提出的技术满足新颖性和创造性的标准。
提出的在被控介质中传输信号的方法的技术实质在于以下：
-产生原始信号；
-通过至少一个(传输)电路，在被控介质中正方向传输产生的原始信号；
-从至少一个(接收)电路接收在被控介质中正方向传输的信号；
-通过至少一个(接收)电路，在被控介质中反方向传输产生的原始信号；
-从至少一个(传输)电路接收在被控介质中反方向传输的信号。
下面结合附图介绍提出的在被控介质中传输信号的方法。在附图中：
图1是示例图，说明提出的在被控介质中传输信号的方法应用于在管道中在被控介质中传输超声波信号的设备。
图2是图1中控制单元的示意图，以及
图3是流程图，说明使超声波信号在管道中在被控介质中传输的设备的操作。
图解说明了提出的方法的使超声波信号在管道中在被控介质中传输的设备包括：
超声波信号发生器1；
去耦器2，其输入端与发生器1的输出端相连；
门电路-第一3(N1)，第二4(N2)，第三5(N3)，第四6(N4)通过其第一端口7，8，9，10分别与去耦器2的输出端相连；
超声压电换能器M1：第一M111和第二M112安装在具有被控介质的管道上，通过其各自的端口13和14分别与门电路3和门电路5的相应第二端口15和16相连，即：第一超声压电换能器M111的端口13与第一门电路3的第二端口15相连，第二超声压电换能器M112的端口14与第三门电路5的第二端口16相连；
超声压电换能器M2：第三M217和第四M218安装在具有被控介质的管道上，通过其相应端口19和20分别与门电路4和门电路6的相应第二端口21和22相连，即：第三超声压电换能器M217的端口19与第二门电路4的第二端口21相连，第四超声压电换能器M218的端口20与第四门电路6的第二端口22相连；
控制单元23通过其相应输出端分别连接到相应门电路N1-N4的控制端口，即：控制单元23的第一输出端24连接第一门电路3的控制端口25，控制单元23的第二输出端26连接第二门电路4的控制端口27，控制单元23的第三输出端28连接第三门电路5的控制端口29，控制单元23的第四输出端30连接第四门电路6的控制端口31；而控制单元23的第五输出端32连接超声波信号发生器1的输入端；
放大器33通过其输入端与去耦器2的输出端相连。
图2中展示的控制单元23包括：
矩形脉冲形成器34；
选通脉冲形成器35通过其输入端与矩形脉冲形成器34的输出端相连；
第一异或电路36通过其第一输入端37与选通脉冲形成器35的第一输出端38相连，选通脉冲形成器35藉由其端口39(控制单元23的第五输出端)与超声波信号发生器1的输入端相连；
第二异或电路40通过其第一输入端41与选通脉冲形成器35的第一输出端38相连，第二异或电路40通过其第二输入端42与选通脉冲形成器35的第二输出端43相连；
第一反相器44通过其输入端与选通脉冲形成器35的第二输出端43相连，第一反相器44通过其输出端与第一异或电路36的第二输入端45相连；
第二反相器46通过其输入端与选通脉冲形成器35的第三输出端47相连；
第一与电路48通过其第一输入端49与第一异或电路36的输出端相连，第一与电路48通过其第二输入端50与第二反相器46的输出端相连，第一与门电路48通过其输出端51与第一门电路3的控制输入端25相连；
第二与电路52通过其第一输入端53与第二异或电路40的输出端相连，第二与电路52通过其第二输入端54与第二反相器46的输出端相连，第二与电路52通过其输出端55与第二门电路4的控制输入端27相连；
第三异或电路56通过其第一输入端57与选通脉冲形成器35的第一输出端38相连，第三异或电路56通过其第二输入端58与第一反相器44的输出端相连；
第三与电路59通过其第一输入端60与第三异或电路56的输出端相连，第三与电路59通过其第二输入端61与选通脉冲形成器35的第三输出端47相连，第三与电路59通过其输出端62与第三门电路5的控制输入端29相连；
第四异或电路63通过其第一输入端64与选通脉冲形成器35的第一输出端38相连，第四异或电路63通过其第二输入端65与选通脉冲形成器35的第二输出端43相连；
第四与电路66通过其第一输入端67与第四异或电路63的输出端相连，第四与电路66通过其第二输入端68与选通脉冲形成器35的第三输出端47相连，第四与电路66通过其输出端69与第四门电路6的控制输入端31相连。
超声波信号发生器可以包括俄罗斯专利编号2367912中公开的那种超声波信号发生器。
去耦器2可以包括在U.Tietze和Ch.Schenk在“电子电路：设计和应用手册”(俄语译本，莫斯科，Mir出版社，1982，第76页)中描述的缓冲放大器。
矩形脉冲形成器34可以包括在V.L.Shilo在“Popular Digital Microcircuits”，莫斯科，无线电和通讯，1987，第218页中公开的反相器触发电路。
选通脉冲形成器35可以包括在“逻辑集成电路KP1533，1554”，莫斯科，Binom出版社，1993，第375页中描述的二进制计数器KP1554ИЕ 10。
图解说明了提出的方法的使超声波信号在管道中在被控介质中传输的设备包括的所有其它电路在技术上都为人所熟知，并在关于电子和计算机工程的众多出版物中都有所介绍。
图3中的流程图说明使超声波信号在管道中在被控介质中传输的设备的操作，包括：
在矩形脉冲形成器34的输出端的脉冲的流程图(a)；
在选通脉冲形成器35的输出端的脉冲A0，，A1，A2的流程图(b)、(c)和(d)；
在去耦器2的输出端的超声波信号的流程图(e)；
在门电路3，4，5和6的控制端口25，27，29和31的信号的流程图(f)，(g)，(h)和(i)，(f)用于第一门电路3，(g)用于第二门电路4，(h)用于第三门电路5，(i)用于第四门电路6，控制信号S1，S2，S3和S4为在借助第一信道(由超声波信号发生器1，去耦器2，第一门电路3，第一超声压电换能器11，第二超声压电换能器17，第二门电路4和放大器33构成)和第二信道(由超声波信号发生器1，去耦器2，第三门电路5，第三超声压电换能器112，第四超声压电换能器18，第四门电路6，和放大器33构成)传输和接收超声波信号时，沿顺和逆流动方向在管道中在被控介质中传输超声波信号分配时隙；
在对于第一和第二信道顺和逆管道中被控介质的流动方向传输超声波信号时在超声压电换能器11、12、17和18的端口的流程图(j)、(k)、(l)和(m)。
在放大器33的输出端的超声波信号的流程图(n)。
在用于说明使超声波信号在管道中在被控介质中传输的方法的设备操作时，在矩形脉冲形成器34的输出端形成为矩形脉冲的控制信号(流程图(a))到达选通脉冲形成器35的输入端。在选通脉冲形成器35的第一输出端38(A0)产生的是信号A0，在第二输出端43(A1)产生的是信号A1，在第三输出端47(A3)产生的是信号A3(流程图(b)，(c)和(d))。
脉冲信号A0从选通脉冲形成器35的第一输出端38到达第一异或电路36的第一输入端37以及端口39(控制单元23的第五输出端32)，而脉冲信号A1从选通脉冲形成器35的第二输出端43经由第一反相器44，到达第一异或电路36的第二输入端45。脉冲信号从电路36的输出端到达第一与电路48的第一输入端49，而从选通脉冲形成器35的第三输出端47通过第二反相器46到达电路48的第二输入端50的是脉冲信号根据等式 进行处理后，其中A0为在选通脉冲形成器35的第一输出端38的脉冲信号，为来自选通脉冲形成器35的第二输出端43的反转脉冲信号，为来自选通脉冲形成器35的第三输出端47的反转的脉冲信号，在第一与电路48的输出端(即端口51，控制单元23的第一输出端24)生成控制第一门电路3的信号S1(图3，流程图(f))。
脉冲信号A0从选通脉冲形成器35的第一输出端38到达第二异或电路40的第一输入端41，脉冲信号A1从选通脉冲形成器35的第二输出端43到达第二异或电路40的第二输入端42，来自其输出端的脉冲信号被提供给第二与电路52的第一输入端53。从选通脉冲形成器35的第三输出端47通过第二反相器46到达第二与电路52的第二输入端54的是脉冲信号
由此，根据等式其中A0是在选通脉冲形成器35的第一输出端38的脉冲信号，A1是来自选通脉冲形成器35的第二输出端43的脉冲信号，是来自选通脉冲形成器35的第三输出端47的反转的脉冲信号，在第二与电路52的输出端(即端口55，控制单元23的第一输出端26)生成控制第二门电路4的信号S2(图3，流程图(g))。
脉冲信号A0从选通脉冲形成器35的第一输出端38到达第三异或电路56的第一输入端57，脉冲信号是从选通脉冲形成器35的第二输出端43经由第一反相器44到达第三异或电路56的第二输入端58，来自其输出端的脉冲信号被提供给第三与电路59的第一输入端60。从选通脉冲形成器35的第三输出端47到达第三与电路59的第二输入端61的是脉冲信号A2。
由此，根据等式其中A0为在选通脉冲形成器35的第一输出端38的脉冲信号，为来自选通脉冲形成器35的第二输出端43的反转的脉冲信号，A2为来自选通脉冲形成器35的第三输出端47的脉冲信号，在第三与电路59的输出端(即端口62，控制单元23的第三输出端28)生成控制第三门电路5的信号S3(图3，流程图(h))。
另外，脉冲信号A0从选通脉冲形成器35的第一输出端38到达第四异或电路63的第一输入端64，脉冲信号A1从选通脉冲形成器35的第二输出端43到达第四异或电路63的第二输入端65，来自其输出端的脉冲信号被提供给第四与电路66的第一输入端67。从选通脉冲形成器35的第三输出端47到达第四与电路66的第二输入端68的是脉冲信号A2。
由此，根据等式其中A0为在选通脉冲形成器35的第一输出端38的脉冲信号，A1为在选通脉冲形成器35的第二输出端43的脉冲信号，A2为在选通脉冲形成器35的第三输出端47的脉冲信号，在第四与电路66的输出端(即端口69，控制单元23的第四输出端30)生成控制第四门电路6的信号S4(图3，流程图(i))。
当控制信号从控制单元23的第五输出端32(端口39)到达超声波信号发生器1的输入端时，发生器1提供短的“探测”脉冲(图3，流程图(e))，“探测”脉冲通过去耦器2被放大，保证发生器1的输出阻抗与第一至第四门电路3-6的输入阻抗以及放大器33的输入阻抗相匹配。
根据从控制单元23的第一输出端24(端口51)到达第一门电路3的控制输入端25的控制信号S1，第一门电路3的触点关闭，“探测”信号到达第一超声压电换能器11的端口13。第一超声压电换能器11将短的“探测”信号转变为超声波信号(图3，流程图(j)和(k))，并将超声波信号顺管道中被控介质流动方向发送至第二超声压电换能器17。此时，在控制单元23的第一输出端24的控制信号与第一门电路3的控制输入端25相分离，并且第一门电路3的触点打开。
然后，来自控制单元23的第二输出端26(端口55)的控制信号S2到达第二门电路4的控制输入端27。其关闭第二门电路4的触点，保证电信号(电信号由第二超声压电换能器17转换之前顺管道中被控介质流动方向传输的超声波信号而来)提供至放大器33的输入端，并随后经由放大器33提供至用于使超声波信号在管道中在被控介质中传输的设备的输出端(图3，流程图(n))。
之后，根据从控制单元23的第五输出端32(端口39)到达超声波信号发生器1的输入端的控制信号，由超声波信号发生器1产生另一“探测”信号(图3，流程图(e))，此“探测”信号经由第二门电路4的关闭的触点到达第二超声压电换能器17。第二超声压电换能器17将此“探测”信号转变为超声波信号(图3，流程图(j)和(k))，并将超声波信号逆管道中被控介质流动方向发送至第一超声压电换能器11。此时，在控制单元23的第二输出端26的控制信号与第二门电路4的控制输入端27相分离，并且第二门电路4的触点打开。
然后，来自控制单元23的第一输出端24(端口51)的控制信号S1到达第一门电路3的控制输出端25。控制信号S1关闭第一门电路3的触点，保证电信号(电信号由第一超声压电换能器11转换之前逆管道中被控介质流动方向传输的超声波信号而来)提供至放大器33的输入端，并随后经由放大器33提供至用于使超声波信号在管道中在被控介质中传输的设备的输出端(图3，流程图(n))。
以上讨论的是用于使超声波信号在管道中在被控介质中传输的设备在第一信道中顺和逆被控介质的流动方向如何操作的方式。第二信道操作方式相似，图3的流程图(d)显示了第二信道时间间隔，图3的流程图(c)显示了超声波信号在第一和第二信道中顺和逆流动方向传输的时间间隔，而图3的流程图(b)显示了发生接收超声波信号(即在第一和第二信道中顺和逆被控介质的流动方向传输的超声波信号)的时间间隔。
流程图(j)和(k)显示在第一信道中顺和逆被控介质的流动方向传输超声波信号，流程图(l)和(m)显示在第二信道中顺和逆被控介质的流动方向传输超声波信号。
提出的方法的重要特点是在每个信道中经过相同的电子元件地在第一和第二信道中顺和逆管道中被控介质的流动方向传输最终到达放大器33的输入端的超声波信号。这消除了由于电子元件参数的不匹配而影响这些信号的问题。
由以上关于实现提出的在管道中在被控介质中传递信号的方法的设备的讨论可知，由于每次产生的信号沿顺和逆管道中被控介质流动方向传输的时候都使用相同的电路，实际上消除了电子元件参数的不匹配对这些信号的影响。这样反过来也能提高测量的精准度(比如当测量管道中被控介质的体积流率的时候)。

Claims (1)

1.一种在被控介质中传输信号的方法，包括以下步骤：
-产生原始信号；
-通过至少一个电路，在被控介质中正方向传输产生的原始信号；
-通过至少一个电路，接收在被控介质中正方向传输的信号；
-在被控介质中反方向传输产生的原始信号；
-接收在被控介质中反方向传输的信号；
-所述的反方向传输产生的原始信号和所述的接收在被控介质中反方向传输的信号是使用相同的电路执行的，
其特征在于所述的反方向传输产生的原始信号和所述的接收在被控介质中反方向传输的信号在每次在正方向和反方向传输信号时都使用相同的电路执行。
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