CS260192B1 - Zariadenie na ultrazvukové číslicové meranie směru a rýchlosti prfidenia plynného alebo kvapalného média v rovině - Google Patents

Description

Vynález sa týká zariadenia na ultrazvukové. číslicové meranie směru a rychlosti rovinného prúdenia plynného alebo kvapalnóho média využitím ultrazvukovej impulznej vlny.

Klasické merače prúdenia, používané v meteorologii, využívajú pohybovú energiu prúdiacebo média na oláčanie propelera šálkového alebo listového tvaru, pričom směr prúdenia Je určovaný pomocou směrového křidélka. Ich přesnost je závislá od stupňa opotrebenla mechanicky pohyblivých súčastí a navýše majú poměrně vysoký práh merania. Niektoré konštrukcie používajú sondu s ocbladzovaním vyhrievaného odporového drótu alebo vrstvy. Umožňujú merať rýchlosť prúdenia ale nie jeho směr.

Novšie merače využívajú unášanie ultrazvukovej vlny prúdiacim médiom. Ide o vysielanie rovinnej ultrazvukovej vlny, směrované) do úzkého zvázku. V prvých zariadeniach tohto typu sa meria rýchlosť šírenia ultrazvuku pre každú súradnicu v dvoch opačných smeroch pomocou osobitného páru vysielacieho meniča a prijímacieho měniče. Pre meranie rovinného prúdenia je teda potřebných osem elektroakustických meničov. V iposledných konštrukciách sa používajú recipročně meniče, ktoré menia elektrický signál na akustické vlnenie a tiež akustické vlnenie na elektrický signál. Na meranie rovinného prúdenia sa počet meničov zníži na štyri. Nevýhodou uvedených a im podobných spósobov, napr. s odrazenými vlnami, je silné nelineárna a so vzrastom rýchlosti prúdenia narastajúca chyba merania. Pri váčších rýchlostiach prúdenia sa výraznejšie uplatňujú i přídavné chyby, spdsobené znosom směrovaného ultrazvukového zvázku mimo aktívnej polohy prijímacieho meniča.

Uvedené nevýhody odstraňuje a technický problém rieši ultrazvukový číslicový merač směru a rýchlosti prúdenia plynného alebo kvapalného média v rovině podía vynálezu, ktorý pozostáva zo· sondy tvorenej štyrmi válcovými, prstencovými, gulovými alebo miniatúrnymi elektroakustickými meničmi a z elektronického· obvodu tvořeného zosilňovačmi, časovačmi, počítadlami, generátorem impulzov mernej frekvencie, riadiacim obvodom, jednotkou spracovania, budiacim obvodom a prepínačom s ovládačom, ktorého podstatou je, že prvý a druhý elektroakustický přijímací měnič sú umiestnené svojimi stredmi na osiach x, y, pravouhlej súradnicovej sústavy v horizontálnej rovině, v počiatku ktorej je svojim stredom umiestnený třetí elektroakustický měnič a v prvom kvadrante roviny xy je umiestnený štvrtý elektroakustický měnič, ktorý je spolu s třetím meničom recípročný. Prvý a druhý měnič sú pomocou svoriek připojené priamo na vstupy prvého a druhého zosilňovača, kým třetí a čtvrtý měnič sú připojené cez dvojpólový přepínač riadený ovládačom na vstup tretieho zosilňovača a na výstup budiaceho obvodu. Výstupy zosilňovačov sú připojené na nulovacie vstupy časovačov, ktorých nastavovacie vstupy sú spojené s prvým budiacim výstupom riadiaceho obvodu. Jeho druhý budiaci výstup je spojený so vstupom budiaceho obvodu. Prvý nulovací výstup riadiaceho obvodu je spojený s pomocnými nulovacími vstupmi časovačov, ktorých výstupy sú připojené ku hradlovacím vstupom počítadiel. Ich počítacie vstupy sú spojené s výstupom generátora impulzov mernej frekvencie a ich pomocné nulovacie vstupy sú spojené s druhým nulovacím výstupom riadiaceho obvodu. Synchronizačný výstup riadiaceho obvodu je spojený so synchronizačným vstupom jednotky spracovania, ktorej údajové vstupy sú spojené s údajovými výstupmi počítadiel a údajové výstupy jednotky spracovania sú spojené so svorkou informácie o rýchlosti prúdenia a so svorkou informácie o smere prúdenia. Svorka štartu merania je spojená so startovacím vstupom riadiaceho obvodu.

Výhodou zariadenia podl'a vynálezu je, že na bezkontaktně číslicové meranie rovinného vektora prúdenia vyžaduje len dva recipročně meniče a dva prijímacie meniče. Vyslelané ultrazvuková vlna je sférická, nemůže teda dójsť k chybě merania vplyvom znosu. Zariadenie naviac poskytuje možnost merať rovinné súradnice polohy štvrtého elektroakustického meniča, pričom výpočtový algoritmus umožňuje plné korigovat vplyv zmien parametrov média skalárneho charakteru i vektorového charakteru a tak docieliť zvýšenie přesnosti merania.

Na priloženom výkrese je na obr. 1 znázorněné geometrické rozloženie meničov v rovině xy a na obr. 2 je uvedená bloková schéma zapojenia elektronických obvodov merača.

Ako je znázorněné na obr. 1, prvý elektroakustický měnič 1 je umiestnený svojím stredom na súradnej osi x a druhý elektroakustický měnič 2 na osi y pravouhlej rovinnej súradnej sústavy. Vyhovujúci tvar meničov je válcový, prstencový alebo gulový; móže však ísť aj o meniče kvázibodové, t. j. s rovinnou aktívnou plochou technicky zanedbatelných rozmerov voči vzájomným vzdialenostiam meničov. Prvý recipročný měnič 3 je umiestnený v počiatku súradnej sústavy a druhý recipročný měnič 4 v prvom kvadrante roviny xy vnútri rovnoběžníka, ktorého vrcholy sú tvořené počiatkom súradnej sústavy a stredmi přijímacích meničov 1 a 2. Recipročně meniče móžu byť tvaru valca, prstenca alebo gule a móžu byť elektrostatické, piezoelektrické alebo magnetostrikčné. Svorkami 5, 6, 7, 8 je meracia sonda připojená k elektronickému obvodu merača.

Z obr. 2 je zřejmé, že měnič 1, 2 sú připojené ku zodpovedajúcim vstupom prvého zosilňovača 9 a druhého zosilňovača 10. Recipročně meniče 3, 4 sú cez dvojpólový přepínač 13, riadený cvládačom 14 připojené na třetí zosilňovač 11 a na výstup budiaceho obvodu 12. Riadiaci obvod 18 so štartovacou svorkou 19 je budiacimi výstupmi připojený ku ovládačů 14 a ku časovačem 15, 16, 17.'Časovače sú bistabilné preklápacie obvody, spojené svojimi vstupmi s výstupmi zosilňovačov 9, 10, 11 a svojimi výstupmi spojené s hradlovacími vstupy počítadiel 20, 21, 22, ktorých počítacie vstupy sú připojené k výstupu generátora impulzov mernej frekvencie 23. Údajové výstupy počítadiel sú spojené s údajovými vstupmi jednotky spracovania 24, ktorej údajové výstupy sú spojené so svorkou 25 Informácie o smere prúdenia a so svorkou 26 informácie o rýchlosti prúdenia média. Nulovacie výstupy riadiaceho obvodu 18 sú spojené s pomocnými nulovacími vstupmi časovačov 15, 16, 17 a počítadiel 20, 21, 22. Synchronizačný výstup riadiaceho obvodu 18 je spojený so synchronizačným vstupom jednotky spracovania 24.

Činnost zariadenia je nasledovná:

Přivedením Štartovacieho impulzu ua svorku 19 sa začne prvý takt merania, v ktorom riadiaci obvod 18 spustí budiaci obvod 12 a ten vybudí druhý recipročný měnič 4, ktorý vyšle ultrazvuková Impulznú sférická vlnu. Súčasne riadiaci obvod 18 nastaví časovače 15, 16, 17 a ich výstupy odhradlujú počítadlá 20, 21, 22, takže začnú počítat impulzy mernej frekvencie. Pri dopade čela tej časti sférickéj ultrazvukovej vlny, ktorá sa šíři v rovině xy, na aktivně povrchy elektroakustických meničov 1, 2, 3 sú prostredníctvom zosilňovačov 9, 10, 11 nulované časovače 15, 16, 17 a počítadlá 20, 21, 22 přestáná počítat. Vysláním synchronizačného impulzu na jednotku spracovania 24 sú obsahy počítadiel 20, 21, 22 přesunuté do památi jednotky spracovania 24. Potom riadiaci obvod 18 vynuluje časovače 15, 16, 17 a počítadlá 20, 21, 22 a pomocou ovládača 14 přepne dvojpólový přepínač 13. Automaticky je spustený druhý takt merania, v ktorom si recipročně meniče 3 a 4 vymenia funkcie vzhladom na prvý takt. Obsahy počítadiel 20, 21, 22 po druhom takte sú přesunuté na iné pamaťové miesta jednotky spracovania 24. Tým je vlastně meranie ukončené a automaticky je spustené vyhodnotenie údajov. Jednotka spracovania 24 pódia voipred zadaného algoritmu vypočítá směr a rýchlosť prúdenia média v rovině xy na základe obsahov počítadiel z oboch taktov merania, ktoré reprezentujú rýchlosti šírenia ultrazvukovej vlny, uná260132 šanej prúdiacim médiom. Po skončení výpočtu sú výsledky k dispozícii na svorke 25 informácie o smere prúdenia a na svorke 26 informácie o rýchlosti prúdenia.

Popísané rozloženie elektroakustických meničov a štruktúra elektronického obvodu umožňuje jednoduchých spósobom využit zariadenie podlá vynálezu na meranie polohy druhého recipročného meniča 4 v rovině xy, ak sa tento vyhotoví ako· pohyblivý a upraví sa výpočtový algoritmus. Přitom algoritmus výpočtu súradníc meniča 4 umožňuje plné korigovat vplyv zmien parametrov média skalárneho charakteru, napr. teploty a navýše i vplyv parametra vektorového charakteru, t. j. prúdenia, čím je docielená vyššia přesnost merania.

Merač bol vyhotovený s válcovými elektrostatickými meničmi, rozloženými podlá obr. 1 a overený pri meraní prúdenia vzduchu.

Zariadenie podTa vynálezu je možné využit v meteorologii, hydrológii, vojenskej technike, digitalizácii výkresov a máp a inde.

Claims (2)

1. Zariadenie na ultrazvukové číslicové meranie směru a rýchlosti prúdenia plynného alebo kvapalného média v rovině, pozostávajúce zo sondy tvorenej štyrmi válcovými, prstencovými, gulOvými alebo miniatúrnymi elektroakustickými meničmi a z elektronického obvodu tvořeného zosilňovačmi, časovačmi, počítadlami, generátorom impulzov mernej frekvencie, riadiacim obvodom, jednotkou spracovania, budiacim obvodom a prepínačom s ovládačom, vyznačujúce sa tým, že prvý a druhý elektroakustický přijímací měnič (1, 2) sú umiestnené svojimi stredmi na osiach x, y pravouhlej súradnicovej sústavy v horizontálnej rovině, v počiatku ktorej je svojím stredom umiestnený třetí elektroakustický měnič (3) a v prvom kvadrante súradnicovej sústavy x, y je umiestnený štvrtý elektroakustický měnič (4), ktorý je spolu s třetím meničom (3) recipročný, pričom prvý a druhý měnič (1,
2. 2) sú svorkami (5, 6) spojené so vstupmi zosilňovačov (9, 10), třetí a štvrtý měnič (3, 4) sú svorkami (7, 8) připojené cez dvojpólový přepínač (13), riadený ovládačom (14), na vstup zosilňovača (11) a na výstup budiaceho obvodu (12), výstupy zoVYNALEZU silňovačov (9, 10, 11) sú připojené na nulovacie vstupy časovačov (15, 16, 17), nastavovacie vstupy ktorých sú spojené s prvým budiacim výstupom riadiaceho obvodu (18), ktorého druhý budiaci výstup je spojený so vstupom budiaceho obvodu (12), prvý nulovací výstup riadiaceho obvodu (18) je spojený s pomocnými nulovacími vstupmi časovačov (15, 16, 17), ktorých výstupy sú připojené ku hradlovacím vstupom počítadiel (20, 21, 22), ktorých počítacie vstupy sú spojené s výstupom generátora impulzov mernej frekvencie (23), pričom pomocné nulovacie vstupy počítadiel (20, 21, 22) sú spojené s druhým nulovacím výstupom riadiaceho obvodu (18), ktorého synchronizačný výstup je spojený so synchronizačným vstupom jednotky spracovania (24), ktorej údajové vstupy sú spojené s údajovými výstupmi počítadiel (20, 21, 22] a údajové výstupy jednotky spracovania (24) stí spojené so· svorkou (25) informácie o smere prúdenia a so svorkou (26) informácie o rýchlostl prúdenia média v rovině, pričom svorka (19) štartu merania je spojená so startovacím vstupom riadiaceho obvodu (18).