DE2322749C3 - Schaltungsanordnung zum Ermitteln der Strömungsgeschwindigkeit nach der Ultraschallmethode - Google Patents

Description

H. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Ausgangssignal aus dem Empfangsverstärker (33) ansprechende Schaltung einen Nulldurchgangsvergleicher (34) in Parallelschaltung mit dem Niedrigpegeldetektor (35) zur Aufnahme der abgefühlten in elektrische Impulse umgewandelten Schallimpulse sowie ein durch den Empfangsverstärker zur Wirkung zu bringendes und von dem Nulldurchgangsvergleicher zu triggerndes Tor (42) aufweist (F i g. 1 b).

J2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Niedrigpegeldetektor (35) einen ersten und zweiten Feldeffekttransistör (137, 138) eine kapazitive Kopplung (C) zwischen der Gate-Elektrode des ersten FET (137) und der Drain-Elektrode des zweiten FET (138), eine kapazitive Kopplung (C) zwischen der Gate-Elektrode des zweiten FET (138) und der Drain-Elektrode des ersten FET(137), eine positive Spannungsquelle, je einen Widerstand (R) zwischen der positiven Spannung und den Drain-Elektroden und je einen Widerstand (R') zwischen der positiven Spannung und den Gate-Elektroden, wobei ein invertiertes Signal an die Gate-Elektrode des ersten FET und ein nicht invertiertes Signal an die Gate-Elektrode des zweiten FET gelegt ist, und einen als Emitterfolgeglied geschalteten Transistor (141) aufweist und daß eine gemeinsame Verbindung zwischen den Source-Elektroden des ersten und des zweiten FET und der Basis des Emitterfolgers vorgesehen ist, so daß alle Impulse aus den invertierten und den nicht invertierten Signalen in einer Polarität an dem Ausgang des Emitterfolgers auftreten (F ig. 4).

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Fehlersicherheitsalarmschaltung (/4.8,Fi g. 8), bestehend aus einer wiederholt auslösbaren Vorrichtung, die in Abhängigkeit von dem Wechsel von früh auf spät bzw. von spät auf früh des gesendeten Impulses anspricht und einen Ausgangsimpuls mit einer vorbestimmten Verweilzeit derart bildet, daß der Ausgangsimpuls so lange aufrecht erhalten bleibt, wie eine Änderung innerhalb der Verweilzeit auftritt.

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anlegen von Schallimpulsen in abwechselnde Zeitspannen an den ersten und zweiten Schallwandler (14,18) ein durch einen VCO-Impuls betätigter Sendeimpulsgenerator (13), ein Sendeimpulsverstärker (24), ein Integrator (81)' zur automatischen Verstärkungsregelung des Sendeimpulses in Abhängigkeit von dem Signal aus dem automatischen Gegentaktverstärker und ein Alarmvergleicher (82), der auf das Ausgangssignal aus dem Sendeimpulsverstärker anspricht, vorgesehen sind, so daß der Verstärkungsgrad des Sendeverstärkers hoch genug gehalten wird, um ein angemessenes Empfangssignal und eine Alarmgabe, wenn der Verstärkungsgrad einen Höchstwert erreicht, zu gewährleisten (F i g. 1 b, 3).

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Ermitteln der Strömungsgeschwindigkeit nach der Ultraschallmethode, bei der über eine Meßstrecke abwechselnd Schallimpulse in zueinander entgegengesetzten Richtungen gesendet bzw. empfangen werden und bei der Phasendetektoren zum Ermitteln der Verschiebung zwischen zueinandergehörenden Sende- und Empfangsschallimpulsen vorgesehen sind, welche die Frequenzen spannungsgesteuerter Oszillatoren beeinflussen und bei der Frequenzdifferenzen gebildet werden.

Das Prinzip einer solchen Schaltungsanordnung ist bereits bekannt (vgl. die Arbeit »Flow Measurement with a new ultrasonic flowmeter«, veröffentlicht im Rahmen des »Flow Symposium 1971«, insbesondere deren Fig. 2).

Die grundsätzlichen Möglichkeiten, mittels Ultraschall Strömungsgeschwindigkeiten zu messen, waren bereits in dem Aufsatz Carlos Knapp »Geschwindigkeits- und Mengenmessung strömender Flüssigkeiten mittels Ultraschall«, erschienen in »Voith Forschung und Konstruktion«, Heft 3, August 1958, eingehend beschrieben und erörtert. Danach war es bereits bekannt, über eine Meßstrecke abwechselnd Schallimpulse in zueinander entgegengesetzten Richtungen zu senden bzw. zu empfangen und die Laufzeit- bzw. Phasendifferenz zu messen, so daß, wenn die Senderichtung in kurzen Abständen gewechselt wird. Änderungen des Mediums, insbesondere der Temperatur, keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben, sofern sie so langsam geschehen, daß wenigstens einmal in jeder Richtung innerhalb einer Änderungsperiode gemessen werden kann. In der Arbeit wird ausgeführt, daß die Genauigkeit der ganzen Messung im wesentlichen durch die Exaktheit, mit der die mittlere Schallgeschwindigkeit im Meßquerschnitt bestimmt werden kann, begrenzt ist, und daß die Messung mit nur einem Kanal überhaupt erst durch die Idee möglich wurde, die Senderichtung in schnellem Wechsel dauernd zu ändern, so daß sich Strömungen auf beide Signale gleich auswirken und dadurch ausgeglichen werden.

Es ist ferner eine Schaltungsanordnung zur Strömungsmessung mittels Ultraschall bekannt, bei der über eine Meßstrecke abwechselnd Schallimpulse in zueinander entgegengesetzten Richtungen gesendet und empfangen werden und der Laufzeitunterschied der in entgegengesetzte Richtung gesendeten Schallimpulse mittels einer für beide Richtungen gemeinsamen Auswerteschaltung, die von einem Taktgeber umgeschaltet wird, in der Weise festgestellt wird, daß der jeweils empfangene Schallimpuls bei Sperrung von Impulsen mit zu niedrigem Pegel in Kombination mit einem Bezugsimpuls ausgewertet wird (DT-OS 20 10 742).

Gegenüber den bekannten, zum Ermitteln der Strömungsgeschwindigkei· nach der Ultraschallmethode dienenden Schaltungsanordnungen mit zwei Meßstrecken (vgl. die USA.-Patentschrift 34 20 102) haben die nur eine Meßstrecke mit Richtungsumschaltung aufweisenden Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Gattung den Vorzug, daß die sonst bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten auftre'ender Probleme des »Mitziehens benachbarter Frequenzen« überwunden sind; außerdem entfallen die Justageprobleme bezüglich der gegenseitigen Einstellung zweier Meßstrecken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Gattung

dadurch noch weiter zu verbessern, daß der Auswerte-Schaltungsaufwand nicht mehr für beide Meßrichtungen je einmal zu erbringen ist; vor allem soll die Meßgenauigkeit erhöht werden, die bisher noch dadurch beeinträchtigt war, daß in jeder Richtung über längere Zeit gemessen wurde, so daß beim Umschalten für die Vergleichsmessung in Gegenrichtung sich die Gegebenheiten in der Meßstreckc unter Umständen schon wieder geändert haben konnten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Richtungswechsel nach jedem gesendeten Schallimpuls vorgenommen wird und daß gleichzeitig mit jedem gesendeten Schallimpuls ein verzögerter Bezugsimpuls ausgelöst wird, der eines der beiden Eingangssignale eines einzigen vorhandene'·, Phasendetektors ist, dessen anderes Eingangssignal dazugehörige empfangene Schallimpuls ist, dem ein ein/ig vorhandener spannungsgesteuerter Oszillator nachgeschaltet ist, dessen Ausgang im Takte des Richtungswechsels umgeschaltet wird.

Es wird also dieselbe Auswertcschaltung für beide Meßrichtungen herangezogen und in jede Richtung immer nur ein einziger Ultraschallimpuls ausgesendet, woraufhin jeweils auf die Gegenrichtung umgeschaltet wird.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unleransprüchcn.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.
Fig. la zeigt ein Blockschcma,
Fig. Ib ein Blockschcma für die Verarbeitung der gesendeten und empfangenen Signale,

F i g. 2 ein Blockschcma des Datcnzählungs-Sieuerabschnius,

Fig.3 ein Blockschcma des Datcnzählungs-Reduktionsabschnitts;

Fig.4 ist ein Schallschcma einer Ausfiihrungsform des N icderpegclvollwellcndeteklors;

F i g. 5 zeigt ein Impulsdiagramm zur Veranschaulichung der Zeitbczichungen des Teiler- und Zählungssieucrsignals;

F i g. 6a zeigt ein Impulsdiagramm zur Veranschaulichung der zeitlichen Beziehungen beim Verarbeiten der empfangenen Impulse;

Fig.6b zeigt ein Impulsdiagramm zur Veranschaulichung der Verarbeitung der empfangenen Impulse für strömende Medien mit Streusloffen;

I"ig. 7a ist ein Impulsdiagramm, welches das An· sprcehsignal für eine frühe tatsachliche Zeit der Signulunkunfi veranschaulicht·,

Fig.7b ist ein Impulsdiagramm, welches das Ansprcchsignal für eine spllte unsachliche Zeil der Signalankunfi veranschaulicht;

Fig.8 ist ein Schallschcma des Signiilgleiehlaufstcucrabschnitts;

FI g. 9 zeigt ein Schallschcma des Vcrarbcitungsab· schnius für empfangene Signale.

Die hier beschriebene Ausführungsform der Schaltungsanordnung weist einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) IO auf. Dieser liefert Impulse an einen Dutenzllhlkrcis II, der die an ihn gelangenden Impulse für eine vorbcstimmic Zeit /.UhIi₁ um eine Information über die Strömung des Mediums zu bilden, Aus FI g, la ist /u ersehen, daß der Ausgangsimpuls aus dem VCO to zur Bildung eines ersten und eines zweiten Impulses dienl, welche verglichen werden, um eine Steuerspannung für den VCO 10 zu liefern, Der erste Impuls wird erzeugt, wenn eine ZUhlcrsicucrvorrichlung 12 durch einen Ausgangsimpuls des VCO betätigt wird. Der Ausgangsimpuls aus der Zählersteuervorrichtung 12 löst einen Sendeimpulsgenerator 13 aus. Ein erster Wandler 14 ist in der Wandung 15 einer Leitung oder eines Kanals für das strömende Medium angebracht und steht mit dem strömenden Medium 16 in Verbindung. Der von dem Generator 13 gelieferte Impuls wird an den Schallwandler 14 gelegt, und die dem Medium 16 aufgedrückte Schallenergic 17 pflanzt sich durch das

ίο Medium 16 fort und wird von einem zweiten Sehallwandler 18, der in Verbindung mit dem Medium 16 steht, empfangen. Der zweite Sehallwandler 18 ist in der Wandung 15 der Mediumleitung in Strömungsrichtung gesehen, oberhalb oder unterhalb des ersten Wandlers 14 angeordnet. Somit läuft die sich durch das Medium 16 fortpflanzende Schallenergie 17 in einer solchen Richtung, daß eine Komponente der Fortpflanzungsrichtung parallel zu einer Komponente der Mediumströmungsiichtung verläuft. Je nach der Richtung der Strömung werden die durch das Medium übertragenen Schallimpulse beschleunigt oder gehemmt, so daß ihre Laufzeiten entgegen der Strömung und mit der Strömung verschieden sind. Die Energie des empfangenen Schallimpulses wird einem Empfängerkreis 19 und von da aus als erster Impuls einem Ankunftszeitkreis 20 zugeleitet.

Durch Teilen des VCO-lmpulscs, der nach der Erzeugung des ersten Impulses empfangen wurde, wird ein zweiter Impuls oder Bezugsimpuls gebildet. Ein Impulsteiler 21 erzeugt diesen eine gegebene Zahl von VCO-Impulsen nach dem gesendeten Impuls, was eine vorbestimmte Verzögerung ergibt. Die Verzögerungszeit ist also eine Funktion der Ausgangsfrequenz des VCO 10; eine höhere Frequenz ergibt eine kürzere Verzögerung und umgekehrt eine niedrigere Frequenz eine längere Verzögerung. Der verzögerte Impuls wird als Bezugsimpuls dem Ankunftszeitkreis 20 zugeführt, der auch den direkt empfangenen Impuls als ersten Impuls aufgenommen hat. Der Kreis 20 bewirkt als Phasendcicktor einen Zeitphascnvcrglcich zwischen dem direkt vom Sehallwandler 18 empfangenen Impuls und dem verzögerten Impuls, und es wird eine resultierende einheitliche Fchlcrspannung an den Eingang des VCO 10 abgegeben, um die Ausgangsl're-

quenz des VCO 10 zu ändern und den durch den Teiler 21 eingeführten Bezugsimpuls dazu zu bringen, daß er zeitlich mit dem direkt empfangenen Impuls zusammenfällt. Auf diese Weise werden fortgesetzt die verzögerten Impulse in zeitlicher Koinzidenz mit den verarbeiie-

jo ten empfangenen Impulsen gehalten. Die Ausgangsimpulsc des VCO werden für eine vorbestimmtc Zeitspanne gczilhlt, während die verzögerten und die direkt empfangenen Impulse, in Koinzidenz gehalten zum Vergleich mit dem ImpulszUhlwert gespeichert

werden, der erhalten wird, wenn Schallenergic in dci entgegengesetzten Richtung durch das Medium gescri· dot wird. Die Zeil, während welcher Zllhlungcr gesammelt und in einer besonderen Schaltung aufge zeichnet werden, schwankt von einem Bruchteil ciriei Sekunde bis zu mehreren Sekunden, je nach der physikalischen Eigenschaften der Mediumlcitung um den Puramctern des Mediums selbst.

Der erste und zweite Sehallwandler 14 und 18 sine identisch gleich und können solche sein wie sie in de 6s bereits genannten USA.-Patentschrift 34 20102 bc schrieben sind. Durch Verwendung passender Scheiteln richtungen werden sie abwechselnd als Sender und al Empftlnger eingesetzt. Eine Schaltvorrichtung 9 welctv

zum Umschalten der Schallwandler zwischen Sende- und Empfangsbetrieb dient, sorgt dafür, daß die Schallsendung abwechselnd entgegen und mit der Strömungsrichtung erfolgt. Die Schallfrequenz beim Senden in Gegenrichtung zur Strömung unterscheidet sich wegen der Differenz der Laufzeiten von der Schallfrequenz beim Senden in der Strömungsrichtung. Die Differenz der Schallfrequenzen in beiden Richtungen ist somit ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit. Der Datenzählkreis 11 überwacht die Differenz der Zahl der für eine vorbestimmte Zeit aufgezeichneten VCO-lmpulse für die beiden Senderichtungen und wandelt die Differenzzählung um in eine Anzeige der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums.

In Fig. Ib sind die hauptsächlichen Bestandteile der Schaltungsanordnung mehr im einzelnen dargestellt und es ist die gegenseitige Beziehung zwischen dem Umschalten der Schallwandler, dem verarbeiteten empfangenen Impuls, dem verzögerten Impuls, dem Impulsvergleich und der Steuerung des VCO veran- ϊο schaulicht. Beispielsweise kann für ein Rohr mit 4 Zoll Durchmesser der VCO 10 einen Ausgangsfrequenzbereich von 1 -3 MHz haben. Für Rohre mit größerem Durchmesser ist der VCO-Ausgangsfrequenzbereich entsprechend niedriger, und umgekehrt für kleinere Rohrdurchmesser der Bereich entsprechend höher zu wählen. Der aus dem VCO 10 kommende Impuls wird dem Impulsieiler 21 und der Zählersteucrvorrichtung 12 zugeführt. Die aus der Zählersteuervorrichtung 12 kommenden digitalen Ausgangsimpulsc cntgegcngesetztcr Beschaffenheit werden dem Impulsieiler 21 und dem Sendeimpulsgencrator 13 zugeleitet. Der Ausgang aus dem Teiler 21 ist außerdem verbunden mit einem Impulsaustastgenerator 22, der eine Auslastung oder Unwirksammachung für die Verwcilzcit der impulse bewirkt. Der Ausgang aus dem Impulsaustastgcncrator 22 ist an die Zählstcucrvomchmng 12 rückgekoppelt. Der Ausgang aus dem Teiler 21 ist auch mit einem Impulsverzögerungsgenerator 23 verbunden. Der zeitverzögerte Ausgangsimpuls aus dem Impulsverzögerungsgcncrator 23 wird an den Ankunfiszeitkreis 20 gelegt. Dieser kann eine Dunldntcn-Rip-Flop-Schaltung mit lmpulsflankentriggerung enthalten. Der Ankunftszeilkreis 20 bildet einen Eingangsimpuls für den fehlersichcren Alarmkreis 25.

Der Ausgangsimpuls aus dem Sendeimpiilsgcnenitor 13 wird durch den Sendeverstärker 24 verstärkt und dann entweder über den Schaller K 1 oder den Schalter K 2 geleitet. Wenn die Schaltvorrichtung K 1 geschlossen ist, ist die Schaltvorrichtung K 2 offen. Bei so geschlossenem Schalter K 1 wird der Sendeimpuls dem ersten Schnllwandlcr 14 zugeleitet, der einen Schallimpuls 17 durch das strömende Medium 16 sendet. Der zweite in Verbindung mit dem Medium 16 stehende Schallwundler 18 empfangt den Impuls 17 und leitet ihn S3 über den anderen geschlossenen Kontakt von K 1 zu dem Empfangsverstlirker 33, der ihn in eine Gcgcntttkl· form bringt. Der Gcgenlnkt-Ausgnngsimpuls aus dem Empfangsvcrstttrker33 wird an den Nulldurchgangsvcrgleicher 34 und einen Nicderpcgcldetoklor 35 geleitet. <« der ebenfalls einen Ausgangsimpuls abgibt. Der Ausgangsimpuls aus dem Detektor 33 wird einem (integrierenden) automatischen Verstarkungsrcglcr 36 zugeführt. Der Ausgang uus dem Vcrsttlrkungsregler ist wiederum an den Empfangsverstttrker 33 gelegt. Der «S Ausgang aus dem Nicderpogeldctektor 35 ist auch an einen Differentiator 39 gelegt, der wiederum einen Empfangsimpulsspannungsvcrglclcher 40 speist.

Der Ausgang des Empfangsimpulsspannungsvergleichers 40 kann durch eine Schaltvorrichtung mit der Rückstellklemme 41 eines Empfangsimpulstors 42 verbunden sein. Das Empfangsimpulstor 42 kann eine Dualdaten-Flip-Flop-Schaltung mit Flankentriggerung sein. Der Ausgang aus dem Vergleicher 34 ist mit der Triggerklemme des Tors 42 verbunden. Der Ausgang aus dem Tor 42 ist zum Zeitvergleich des ersten Impulses mit dem von dem Teiler 21 kommenden verzögerten Bezugsimpuls an den Ankunftszeitkreis 20 gelegt.

Wahlweise kann statt dessen der Empfangsimpuls über die Schalteinrichtung an die Klemme 45 geführt werden. In dieser Weise wird der Ausgang aus dem Empfangsimpulsspannungsvergleicher 40 direkt, unter Umgehung des Tors 42, mit dem Ankunftszeilkreis 20 zum Vergleich mit dem von dem Teiler 21 kommenden verzögerten Bezugsimpuls verbunden.

Der Ankunftszeitkreis 20 vergleicht die Ankunftszeit der verarbeiteten empfangenen Impulse und der verzögerten Bezugsimpulse und leitet das Ausgangssignal aus der Konstantladungsabgabevorrichtung 46, wenn der verarbeitete empfangene Impuls spät ist, an den invertierenden Eingang eines Konstantladungsverstärkei's und an den nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 47, wenn der verarbeitete empfangene Impuls frühzeitig ist. Der Ausgang aus dem Konstantladungsvcrstärker 47 wird mit dem Eingang eines Integrators 48 verbunden. Der Ausgang des Integrators 48 wird je nach Polarität der Impulse aus dem Konstantladungsverstärker 47 über den einen oder den anderen Weg dem Eingang des VCO 10 zugeleitet, um die Ausgangsfrequenz und damit die von dem Teiler 21 bewirkte Verzögerung zu steuern. Der Ausgang aus dem VCO 10 ist außerdem, wie oben beschrieben, an den Datenzählkreis 11 gelegt.

Der Datenzählkrcis 11 ist im einzelnen in F i g. 2 und J dargestellt. Er dient zum Empfangen, Eichen und Zahlen der Ausgangsimpulse aus dem VCO 10, wenn die verzögerten Impulse und die empfangenen Impulse zeitlich phasenverriegelt worden sind. Er dient außerdem zur Verarbeitung und Darstellung der Zählung in ihrer endgültigen Form sowie zur Bildung einer zusätzlichen Fchlwirkungsalarmanzcige sowie einer SlrömungsrichUingsiinzcigc. Der Ausgang des VCO 10 ist mit einem Tor 51 verbunden, das an einen Datcnzahlungsieilcr 52 angeschlossen ist. Eine Taktschaltung 53 ist mil einer Schaltung 54 mit variabler Zeitbasis verbunden, der bei der vorliegenden Ausführungsform eine Zählkapazität von 10 Millionen hat. Die Zeitbasis 54 ist durch eine Programmiervorriehtung 57 variabel gemacht, die sie anfänglich mit einer vorbestimmten Zählung auffüllt. Der Ausgang aus der variablen Zeitbasis 54 ist mit einem Zühlungsenddetektor 58 verbunden, der wiederum mit einem Zllhlungscndimpulsgcnerator 59 verbunden ist. Der Impulsgenerator 59 leitet seine Impulse zu einer die variable Zeitbasis rcgelendcn Vorrichtung 60, um die variable Zeitbasis 34 unwirksam zu machen oder auszuschalten. Der Impulsgenerator 59 ist außerdem mit einer Regel- oder Steuervorrichtung 63 für den Datcnzahlungstciler verbunden, um gleichzeitig den DatenzUhlungsteilcr 52 unwirksam zu machen oder auszuschalten. Der Datenzahlungstcllcr 52 ist wiederum mit dem Regler 60 für eine variable Zeitbasis verbunden, um den variablen Zcltbusiszllhler 54 am Ende des Impulses aus dem Impulsgenerator 59 zur Wirkung zu bringen.

Ein anderer Ausgang des Impulsgenerator 59 führt

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zu dem Auf/Ab-Zählungsregler 64. Der Ausgang dieses Reglers wird zu einer Relaissteuerung 65 geführt, welche das Schließen und öffnen der in Fig. Ib dargestellten Steuerschalter K 1 und K 2 bestimmt. Der Ausgang aus dem Auf/Ab-Zählungsregler 64 wird auch einem Zählerverriegelungsimpulsgenerator 66 zugeleitet. Ein Zählungslöschimpulsgenerator 69 ist mit einem der Ausgänge aus dem Zählerverriegelungsimpulsgenerator 66 verbunden und wird auf der Nachlaufflanke des Zählerverriegelungsimpulses getriggert. Ein Test/Betrieb-Wahlschaltkreis 70 ist mit dem Zählungsendimpulsgenerator 59 und dem Auf/Ab-Zählungsregler 64 verbunden, um diese auf ihren Anfangszustand zurückzustellen, wenn von der Test- auf die Betriebs-Arbeitsweise übergegangen wird. Erforderlichenfalls kann wahlweise eine Drucker-Synchronisiervorrichtung 71 vorgesehen werden.

Fig. 3 zeigt ein Blockschema der Hauptkomponenten in dem Datenzählreduzierabschnitt des Datenzählkreises 11. Hier werden die Auf- und Abzahlungen empfangen und es wird ein Diffcrenzzählwert gebildet. Es ist eine Strömungsrichtungsanzeige in der Leitung vorgesehen, wenn ein Alarmsignal durch eine maximale Verstärkung an dem Sendeverstärker 24 betätigt wird, das eine abnormal niedrige empfangene Signalstärke anzeigt. Es ist ein Dekadenzählregister 72 mit einer Zählkapazität von 10 000 bei dieser Ausführungsform vorgesehen. Außerdem ist in dieser Ausführungsform ein binäres Zählregister 75 mit einer 12-Bit-Zählkapazität vorgesehen. Die Impulse aus dem Ausgang des Daienzählungsteilers 52 werden sowohl dem Datenregister 72 als auch dem binären Register 75 zugeführt. Für die Zählungsregister 72 und 75 sind jeweils eine Dekadensperre 76 und eine ßinärsperre 77 vorgesehen. Der Ausgang aus dem Zählerspcrrimpulsgenerator 66 ist mit beiden Sperrsehaluingen 76 und 77 verbunden. Die Klemmen 78 sind ebenfalls mit den beiden Sperrschaltungen 76 und 77 verbunden, um allgemeine Zugangspunkte für die Ausgangssignalc zu schaffen.

Der Ausgang aus dem automatischen integrierenden Ilmpfangsverstärkungsregler 36 wird dem Eingang des automatischen integrierenden Sendeverstärkungsrcglers (AGC) 81 zugeführt. Sein Ausgang ist mit dem VerstärkungM'Cglereingang des Verstärkers 24 für die gesendeten Impulse und außerdem mit einem Niedrigsignalaliirmspannuiigsvergleicher 82 verbunden, der seinerseits an eine visuelle Ablesetafel 83 angeschlossen ist. Bei dieser Ausführungsform erscheint die Niedrigsignalalarnuin/i'ige als ein Buchslabe »A« in dem Atueigel'eld links auf der Tafel 83, wenn die empfangene Signnlstllrke so niedrig ist, dnß der Scndcvcrstttrkcr 24 bei seiner höchsten Verstärkung arbeiten muß,

Eine Übcrschußanzcigcvorriehtung 84 ist mit dem Dckudonregisier 72 verbunden. Der Übcrsehußanzeiger 84 wird betätigt, wenn die Abzllhlung die Aufzllhlung SS übertrifft, wodurch^ eine rücklüufige Strömung angezeigt wird. Der Überschußunzciger 84 isl mit der visuellen Ableselnfcl 83 verbunden. Bei dieser Ausführungsform erscheint eine Ziffer »I« in dem Anzcigcfeld links uuf der Tu fei 83, wenn die Strömung in der Leitung *° rückläufig gegenüber der als normal angenommenen Strömungsrlchtung ist.

Die binllre Sperre 77 ist mit einem Digital/Analog-Umformer 87 verbunden. Der Aniilogwerttiusgung ttus dem Umformer 87 Ist mit einem Slgnulkonditionlc· *5 rungskrcis 88 verbunden, der die gewünschte Form und Höhe des Ausgangsimpulses bildet.

Wenn die Relaissteuerung 65 In FI g. 2 die Kontakle

K2 in Fig. Ib schließt und die Kontakte Ki öffnet, richtet der zweite Schallwandler 18 als Sender einen Schallimpuls 31 wie angegeben durch das strömende Medium 16, der von dem ersten Schallwandler 14 empfangen wird. Die beschriebenen Schaltungsanordnungen erfüllen insoweit die gleiche Funktion ohne Rücksicht darauf, ob der erste oder der zweite Wandler 14 bzw. 18 in jeweils einem Zeitpunkt als Sender oder als Empfänger arbeitet.

Es soll nun die Arbeitsweise dieser Schaltungsanordnung betrachtet und die Erzeugung der durch den Teiler 21 und die dazugehörige Schaltung eingeführten Verzögerung erörtert werden. Der Zweck besteht darin, ein Mittel zur Steuerung der Ausgangsfrequenz des VCO 10 zu schaffen. Der Ausgangsimpuls 89 aus dem VCO 10 ist in Fig.5 zu sehen. Bei diesem Beispiel verändert eine Vorderflanke an dem VCO-Ausgangsimpuls 89.7 den ersten und zweiten Digitalausgangszustand 90 bzw. 93 an der Zählsteuervorrichtung 12. Das Schalten in den zweiten Ausgangszustand 93 bringt den Teiler 21 zur Wirkung, und es wird eine Zählung von 256 VCO-Ausgangsimpulsen 89 auf der hinteren Flanke des VCO-lmpulses 89;) eingeleitet, welche die Übergänge in die Zustände 90 und 93 verursacht. Die 256 VCO-lmpulszählung entspricht einer Zeitverzögerung von 256 Perioden des VCO-Ausgangsimpulses 89. Der Teiler 21 ergibt einen Ausgangswert 94, der auf einen Zählwert von 128 ansteigt und auf einen Zählwert von 256 abfällt. Das Schalten des Teilcrausgangswcrts 94 trigger! den Ausgangsimpuls 95 aus dem Impulsaustastgenerator 22. Der Austastimpuls 95 wird der Zählsteuervorrichtung 12 zugeführt und stellt den ersten und zweiten Zählsteuervorrichtungsausgangszustanci 90 und 93 zurück. Der Impuls 95 setzt auch die Zählsteuervorrichtung 12 für seine Verweilzeit oder Ruhezeit außer Wirkung, so daß die Ausgangszustände 90 und 93 nicht wieder verändert werden können bis der Impuls beendigt ist. Die Rückstellung des ersten Zählsteuervorrichtungsausgangs/.ustandes 90 trigger! den Verzögerungsimpulsgenerator 23, der ein Ausgangssignal 96 bildet. Das finde des Impulses 96 triggert eine Zustandsveränclerung an den beiden Ausgängen 99 und 100 aus der flankengetriggerten Vorrichtung A 5 (F i g. 8) in dem Ankunfts/eitkreis 20. Die Verweil- oder Ruhezeit der Impulse 96 bewirkt somit eine feste Zeitverzögerung für die Ausgangssignale 49 und 100, und zwar zusätzlich zu den 25b Perioden des VCO-Ausgnngssignals 89, Die Impulse 99 und 100 stellen die verzögerten Impulse dar, die bei der Ankunftszeubosiimmung benutzt werden, Der Anstieg in dem ersten Zllhlsteuervorrichtungsausgiingszustand 90 triggert auch den Sendeimpulsgenerutor 13, um den Sendeimpuls 101 zu bilden. Der gleiche Anstieg des ersten Zllhlsiouervorrichiungsausgangssignals 90 triggert auch eine Kippschaltung (A 15 in Fig.8), welche einen Empftlngorüburwachungsimpuls 102 erzeugt, der den verarbeiteten cmpfungencn Impuls 106 kurz vor dom Ankunftszeiikrcis 20 un der Vorrichtung A 14 In Fig.8 sperrt. Der empfangene Impuls 105 weist unechte oder Rausehsignale 105Λ auf, wus auf die Energicuusbrcitung über Bauteile oder unerwünschte elektrische Erregung zurückzuführen Ist, die von dom gesendeten Impuls 101 herrührt. Diese Sperrung geschieht zu dem Zweck der Verhinderung eines Auftretens unechter Eingungssignule 105/4 um Elngung des Ankunftszeltkreises 20, wahrend Daten uufgenom· men werden. Der verarbeitete empfangene Impuls 106 wird durchlaufen gelassen, wenn der Impuls 102 an der

Vorrichtung A14 nicht anwesend ist, und wird anschließend dem Ankunftszeitkreis 20 zugeführt. Die Vorderflankc des ersten Zählsteucrvorrichtungsausgangsimpulses 90 veranlaßt auch einen Rückstellimpuls 107, der dem Ankunftszeitkreis 20 zugeführt wird, die flankengetriggerten Ankunftszeitausgangssignale oder die verzögerten Impulse 99 und 100 in ihren Normalzustand zurückzubringen.

Die F i g. 6a und 9 zeigen ein Impulsdiagrumm für den die empfangenen Impulse verarbeitenden Kreis und ein Schaltschema für den entsprechenden Abschnitt der Schaltungsanordnung. Ein verarbeitetes empfangenes Signal 120 wird mit den verzögerten Impulsen 99 und 100 in seiner zeitlichen Phase verglichen, und das Vergleichsergebnis dient zur Steuerung der Ausgangsfrequenz des VCO 10. Der empfangene Impuls 105 wird mit dem Empfangsverstärker 33 gekoppelt. Der Empfangsverstärker 33 arbeitet im Gegentakt und bildet ein nichtinvertiertes Ausgangssignal 108 und ein invertiertes Ausgangssignal 111. Die Ausgangssignale 108 und Ul werden dem Nicdrigpcgelvollwellcndetektor 35 zugeführt, der das geglättete und gleichgerichtete Ausgangssignal 112 in der anschließend gezeigten Formgebung hervorbringt. Das invertierte Ausgangs signal 111 wird über den Kondensator C5, wie F i g. 9 zeigt, der Drain-Elektrode des P-Kanal-Junction-FET Q1 zugeführt. Das Gate von Q1 befindet sich auf Erdpotential und bringt Q 1 in einen für an den Drain gelegte positive Spannungen leitenden Zustand. Der erste ins Positive gehende Impuls in dem invertierten Ausgangssignal Ul ist, wie zu sehen ist, der /weile Impuls in der Folge in dem ungeglätteten gleichgerichteten empfangenen Impuls 113. Die Source-Elektrode von Q 1 wird an die Basis eines als Emitterfolgeglied geschalteten Transistors (?3, wie er in F i g.^c) zu sehen ist, gelegt. Der nichlinverticrtc empfangene Energieimpuls 108 ist durch den Kondensator C6 an den Drain des P-Kanal-)unction-FET ζ)2 gekoppelt. Das Gate von Q2 ist ebenfalls auf Erdpotential gebracht und die Source ist mit der Source von Q 1 und daher auch mit der Basis des als Emiticrfolgcglicd gcsehaltelen Transistors Q).) verbunden. Da Q2 ebenfalls in einen Zustand der Leitfähigkeit für ins Positive gehende Impulse, tue an dem Drain auftreten, gebracht ist, ist der erste Impuls in dem nichtinvertierten empfangenen linpuls/ug 108 der erste Impuls in der Folge ties ungeglitiioten gleichgerichteten empfangenen Impulses 113. Ein (tlälUingskondcnsator C15 ist in dein Busiskras des Erniucrfolgeiianxisiors Ql angeordnet, um dus Ausgangssignal 112 aus dem Niedrigpegelvollwellendctektor 35 zu bilden.

Dits Dctektorausgungssignal 112 wird dem Differentiator 39 zugeführt. Die mnximulc Nachführgeschwindigkeil des Differentiators 39 wirdsorgfültig so eingestellt, daß sie kleiner ist als die Ändcrungsge- $5 sehwindigkcit der Kurvenform des Doiektorausgangssignals 112 bis mindestens zwei Umlcnkpunkte in dem Detektoruusgangssignal 112 aufgetreten sind. Unter diesen Umstunden erzeugt der Differentiator 39 das Aiisgiingsslgmil 114. Der Spunruingsverglcichor 40 wird so eingestellt, duß er ein Ausgangssignal 117 hervorbringt, das an dem mit (₍/ in Fig.6 markierten Punkt «uftritt, Dadurch wird eine Zeitverzögerung von dem mit /1 bezeichneten ersten Sehallpunkl aus dem Beginn des Ausgangssignals 117 bei td auferlegt. Sowohl die &5 Zeitverzögerung aus dein ersten Schultpiinki als auch die Verweil- oder Ruhezeit des Ausgungslmpulses 117 sind wie ersichtlich Funktionen der muxlmulen Naehführgeschwindigkeit des Differentiators 39 und der Spannungseinstellung an dem Vergleicher 40. Der Detektor 35, der Differentiator 39 und der Vergleichet· 40 für die empfangenen Impulse umfassen die Haupikomponcnten in dem verbesserten Triggerkreis.

In dem Fall eines strömenden Mediums, das vergleichsweise rein ist und nicht zu viele auf die Energieimpulse wirkende Streuteilchen enthält, wird das Vergleicherausgangssignal 117 über eine Schalteinrichtung zu der Klemme 41 an dem Tor 42 für das empfangene Signal in Fig. Ib geführt. Der Nulldurchgangsvergleicher 34 erzeugt ein Ausgangssigna! 118, das aus einer Reihe von Rechteckimpulsen von gleicher Frequenz wie der empfangene Impuls 105 besieht. Das Tor 42 ist eine flankcngetriggerte Vorrichtung und erzeugt, wenn es durch den Impuls 117 zur Wirkung gebracht ist, ein Torausgangssignal 119 bei der Ankunft der ersten vorderen Flanke des Nulldurchgangsvergleichcrausgangssignals 118, das nach der vorderen Flanke des zeitverzögerten Ausgangssignals 117 ankommt. Der durchgelassene Impuls 119 wird dem Ankunftszeilkreis 20 zugeführt.

Der durchgelasscne Impuls 119 wird dem Eingang des Impulsformers A 9, der in Fig. 8 zu sehen ist und eine Kippschaltung darstellt, zugeführt. Es sind ein ins Positive gehender Impuls 120 und ein ins Negative gehender Impuls 123 vorhanden. Der positive Impuls aus dem Impulsformer A 9 wird mit der eine konstante Spannung abgebenden Vorrichtung A 10 verbunden, die einen ins Negative gehenden Impuls 124 an ihrem \usgang erzeugt. Der l.adungsabgeberimpuls 124 wird auf einem Wege zu der Impulsformervomehmng ,\ 4 geleitet, um die ins Positive und ins Negative gehendi/ii Impulse 120 und 123 zu beendigen. Der Impuls 123 erhält so eine Impulsbreite, die der Laufzeit des Impulses 120 durch den Ladungsabgeber ,·\ 10 und zurück zu dem Impulsformer A 9 entspricht. Der Impuls 123 stellt dann den empfangenen Impuls mit der dem Ausgangssignal 117 aus dem Vergleicher 40 auferlegten Zeitverzögerung dar und entspricht der tatsächlichen Ankunftszeit zuzüglich der Verzögerung des verarbeiteten empfangenen Impulses 106.

In dem Falle, daß das strömende Mediu.n einen genügend großen Anteil an Sireuteilchen enthält, um die Energicausbreitung durch das Medium diffus /u machen, wird das empfangene Signal verhältnismäßig schwach und es enthält dann ein beträchtliches Phasenrauschen. Unter solchen Bedingungen wird das verzögerte Ausgangssignal 117 aus dein Vergleichet¹ direkt über eine Schaltvorrichtung an die Klemme 45 des Ankunftszeitkrcises 20 gelegt und bewirkt direkt die Abgabe positiver und negativer Impulse 120 bzw, 123 aus dem Impulsformer, wie in F i g. 6b zu sehen ist. Der übrige Teil der Signalverarbeitung bleibt unverändert. Es ist aber ersichtlich, daß diese letztere Alternative ein stabiles synthetisiertes und verzögertes empfangenes Signal ergibt, das nicht den Fehlern unterworfen ist, die durch übermäßiges Phiiscimtusehen in dem Nulldurchgungsvcrglcichcruusgangssignul 118 sonst eingeführt würden.

Der Ankunftszeitkreis 20 enthüll eine flunkengmr«»»· gerte Vorrichtung A 5, FI g. 8, welche Ausgangssignuie 99 und 100 hervorbringt. Die Fig.7a und 7b veranschaulichen die Einzelheiten der Funktion des Ankunftszeitkreises, Der ins Negative gehende Impuls 12J aus dem Impulsformer A9 in Fig,8 wird wie ersichtlich in der in Fl g, 7a abgebildeten Taktgebungskelle zelllich frühzeitig verglichen mit dem Ausgangs-

signal 99 des flankengetriggerten Ankunftszeitkreises. Zu demjenigen Zeitpunkt, zu welchem das Signal 123 an den beiden NOR-Toren A 4 eintrifft, befindet sich das obere Tor des Paares in einem Zustand der Leitfähigkeit, wobei beide Toreingangssignale gleich Null sind. Das untere NOR-Tor des Torpaares A 4 ist durch einen »!«-Zustand an einer seiner Eingangsklemmen gesperrt. Somit veranlaßt der frühzeitige Impuls, daß ein »!«-Zustand am Ausgang des oberen Tores A4 und dem Eingang des oberen NOR-Tores des Paares A 13 auftritt. Das untere NOR-Tor des Paares A 4 hat einen Ausgangszustand Null, der mit dem Eingang des unteren Tores A 13 verbunden ist Ein Nullzustand an dem Ausgang des oberen Tores A 13, der mit dem Eingang des unteren Tores A 13 verbunden ist, ergibt einen »1 «-Zustand am Ausgang des unteren Tores A 13. Dieser wiederum wird an den Eingang des oberen Tors A 13 gelegt, das zusammen mit dem Eingangswert Null aus dem unteren Tor A 4 einen Ausgangswert Null am oberen Tor A 7 hervorbringt. Der frühzeitige Impuls verursacht so, daß der Konstantladungsimpuls 124, gleichfalls in einem Nullzustand, am Ausgang des oberen NOR-Tors A 7 als der Impuls 125 auftritt, der dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 47 zugeführt wird. Der nichtinvertierte verstärkte Impuls 126 wird an den Eingang des Integrators 48 gelegt, der wiederum veranlaßt, daß die Integratorausgangsspannung 129 fällt. Der spezielle bei dieser Ausführungsform verwendete VCO 10 hat eine Frequenzbeziehung, die umgekehrt verläuft wie die Eingangsspannung. Infolgedessen verursacht ein Abfall der Eingangsspannung des VCO 10 einen Anstieg der Ausgangsfrequenz 130, welche die Zeitspanne verkürzt, die zum Zählen von 256 Impulsen erforderlich ist, und damit auch die Gesamtverzögerung verkürzt, die dem Impuls 99 auferlegt wird, so daß dieser zeitlich mit dem empfangenen Impuls 123 zusammenfällt.

Umgekehrt als in der Darstellung von F i g. 7b befindet sich, wenn der empfangene Impuls 123 zeitlich später liegt als die Ausgangssignale 99 und 100 aus der flankengetriggerten Vorrichtung A 5, das unter NOR-Tor des Paares A 4 in F i g. 8 in einem wirksamen Zustand, wobei an beiden Eingängen und Leitungen ein Nullzustand herrscht. Dadurch werden in einer ähnlichen Weise wie oben beschrieben beide Eingangsklemmen des unteren NOR-Tores in dem Paar Λ 7 in Fig. 8 in einen Nullzustand versetzt, in dem sie die konstante Ladung 131 an den invertierenden Eingang des Verstärkers 47 leiten. Die invertierte und verstärkte konstante Ladung 132 wird dann dem Integrator 48 zugeführt und veranlaßt ein Ansteigen von dessen Ausgangsimpuls 135. Der Anstieg des Ausgangsimpulses 135 aus dem Integrator, der als Eingangsimpuls an den VCO 10 gelangt, erniedrigt die Frequenz der Oszillatorausgangsimpulse 136. Dadurch wird die vordere Flanke des Ausgangsimpulses 100 aus dem Ankunftszeitkreis 20 in zeitliche Koinzidenz mit dem Ausgangsimpuls 123 aus dem Impulsformer A 9 gebracht.

Ein Punkt in der Schaltung am Eingang zu dem oberen NOR-Tor des Paares A 13 von F i g. 8 ändert wie ersichtlich seinen Zustand jedesmal, wenn der geformte Impuls 123 von früh nach spät oder von spät nach früh geht. Diese Zustandsänderung ist mit dem Eingang einer erneut triggerbaren Kippschaltung A8 in Fig.8 verbunden, weiche den Alarmkreis 25 (Fig. Ib) sperrt. Die Ruhe- oder Verweilzeit des Ausgangsimpulses wird bestimmt durch die Werte der Komponenten R 7 und C6 in F i g. 8. Solange wie Änderungen hinsichtlich de: Früh- oder Spätzustandes bei kleineren Zeitspanner auftreten als der Ruhe- oder Verweilzeit der Ausgangs impulse entspricht, wird die Vorrichtung A 8 erneui getriggert und das Alarmsignal in dem getriggerter oder »Auf«-Zustand gehalten. Dies bedeutet eine fehlersichere Alarmgabe. Das Niedrigzustand-Ausgangssignal aus der Vorrichtung A 8 wird mit einen-NOR-Tor 51, Fig. 2 verbunden, das es ihm ermöglicht die Ausgangsimpulse 89 des spannungsgesteuerter Oszillators zu dem Datenzählungsteiler 52 durchzulassen.

Das Ausgangssignal 117 aus dem Vergleicher 40, das die vorbestimmte Zeitverzögerung einschließt, welche die durch die Impulse 96 auferlegte Verzögerung in die verzögerten Impulse 99 und 100 passend einführt, kann mit dem Eingang des intergrierenden automatischen Empfangsversiärkungsreglers 36 verbunden sein. Bei dieser Ausführungsform aber ist der Ausgang 112 aus dem Detektor 35 mit dem Eingang des intergrierenden automatischen Empfangsverstärkungsreglers 36 verbunden. Die Ergebnisse sind im wesentlichen die gleichen. Der Integrator 36 hat eine Eingangsvorspannung, welche eine Drift der Integratorausgangsspannung auf einen Wert zur Folge hat, der eine hohe Verstärkung in dem Empfangsverstärker 33 erzeugt Die Detektorausgangsimpulse 112 haben daher eine anfänglich hohe Amplitude und ergeben nach Integra tion durch den Integrator 36 ein Integratorausgangssignal, das wiederum den Verstärkungsgrad de; Empfangsverstärkers senkt, bis die Vorspannung unc die Detektorimpulse 112 das Ausgangssignal aus derr Integrator 36 auf einen stabilen Punkt abgleichen. Dei stetige Verstärkungsgrad des Empfangsverstärkers 32 wird durch die Vorspannungseinstellung am Integratoi 36 bestimmt. Der Zweck der Empfänger-AGC besteh darin, den Empfangsverstärker 33 vom Triggern durch Rauschsignale abzuhalten, wenn der Verstärkungsgrac zu hoch ist, und ein Abfallen auf einen so niedriger Verstärkungsgrad zu verhindern, daß der Niedrigpegel detektorausgang 112 unterhalb der maximalen Nach führgeschwindigkeit des Differentiators 39 liegt.

Das Ausgangssignal aus dem AGC-Integrator 36 arr Empfänger wird auch einem AGC-Integrator 81 für der Sendeverstärker24zugeführt(Fig. Ib). Der AGC-Inte grator 81 am Sender hat eine bedeutend langsamer« Ansprechzeit als der AGC-Integrator 36 am Empfänger um Schwingungen zwischen den Verstärkungssteuer schleifen von Sender und Empfänger auszuschließen Eine Eingangsvorspannung wird auch in den Integratoi 81 eingeführt, damit sich eine Ausgangsspannung ergibt die den Sendeverstärker 24 auf einen hohen Verstär kungsgrad einstellt Wenn ein ausreichendes empfange nes Signal vorhanden ist, liefert der Empfänger-AGC 3( eine Spannung an den Sender-AGC 81, der di< eingeführte Vorspannung ausgleicht. Wenn aber nur eit besonders niedriges empfangenes Signal vorhanden ist stellt der Sender-AGC 81 den Verstärkungsgrad an Sendeverstärker 24 auf einen höheren Pegel, bis da empfangene Signal genügend verstärkt wird, so daß de Ausgangswert aus dem Empfänger-AGC 36 wieder di< Eingangsvorspannung am Integrator 81 einstellt. Wire der Verstärker 24 in einen Zustand maximale Verstärkung geregelt, so wird ein Ausgangssignal au: dem Spannungsvergleicher 82 hervorgebracht. Da: Ausgangssignal aus dem Vergleicher 82 stellt einet Alarmzustand auf Grund der mit maximalem Verstär kungsgrad am Sender empfangenen Energie dar un<

(O

wird mit der visuellen Ablesetafel 83 verbunden, um ein Warnsignal zu geben.

Die durch den Alarmkreis 25 geschaffene Alarmanzeige kann unter verschiedenartigen Störungsbedingungen auftreten. Wenn z. B. die das strömende Medium 16 führende Leitung nicht genügend voll durchströmt wird, um Sender und Empfänger 14 bzw. 18 in die Strömung eintauchen, kann das Empfangssignal ungenügend sein, so daß die Schaltung nicht arbeitet. Es treten keine Zustandsänderung an dem Eingang der beiden NOR-Tore A 13 in Fig. 8 auf. Dies bedeutet, daß die Schaltung nicht arbeitet. Wenn aus irgendeinem Grunde das Signal an diesem Punkt beständig frühzeitig oder beständig spät ist, wird die Kippschaltung A 8, Fig. 8, nicht erneut getriggert, ihre Vcrweilzeit läuft aus, der Digitalzustand am Ausgang der Alarmanzeigevorrichtung fäll! ab, verursacht, daß die visuelle Anzeigetafel 83 in ihrem linken Anzeigeabschnitt den Buchstaben A zeigt, was auf eine Betriebsstörung hindeutet und der Digitalzustand der mit dem Tor 51 am spannungsgcsteuerten Oszillator verbunden ist steigt an und blockiert die VCO-lmpulse 89 an diesem Punkt.

In F i g. 4 ist eine andere Schaltung für den Niedrigrausch-Niedrigpegcldetektor 35 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform wird das umgekehrte Gegentaktausgangssignal aus dem Verstärker 33 an die Gate-Elektrode des ersten P-Kanal-]unction-FET 137 gelegt. Das Gate ist kapazitiv mit der Drain-Elektrode des zweiten P-Kanal-)unction-FET 138 gekoppelt. Da ein positiver Impuls diese Vorrichtung sperrt, schaltet ein positiver Impuls an dem Tor des ersten |unction-FET 137 diese Vorrichtung aus, wogegen der gleiche Impuls, verbunden mit der Drain-Elektrode des zweiten FET über den Kondensator den zweiten FET in den leitenden Zustand versetzt. Der negative Impuls aus dem nicht invertierenden Ausgang des Gegentaktver stärkers, der gleichzeitig an das Tor des zweiten P-Kanal-FET 138 angelegt wird, verstärkt diese Leitfähigkeit. Das Gate des zweiten lunction-FET 138 ist auch kapazitiv mit dem Drain des ersten Junktion-FET 137 gekoppelt. Infolgedessen schaltet der unmittelbar folgende positive Impuls an dem Gate des zweiten FET 138 diese Vorrichtung ab, bringt den Drain des ersten FET 137 hoch und bringt den ersten FET 137 in einen in noch verstärktem Maße leitenden Zustand. Die volle Welle wird somit gleichgerichtet. Die Source-Elektroden beider FET 137 und 138 werden parallel geschaltet und an die Basis eines Emitterfolgers 141 geführt. Dessen Ausgangssignal ist im wesentlichen dasjenige, das in den; Puls 112, F i g. 6a, zu sehen war.

Es wurden erfindungsgemäße Schaltungsanordnungc-n wie vorstehend beschrieben dazu benutzt, die Strömungsgeschwindigkeiten von Frischwasser, Seewasser und flüssigem Brennstoff in Rohrleitungen verschiedener Abmessungen zu messen. Mehrere Hauptabschnitte der Schaltung sind in Fig.8-11 schematisch wiedergegeben.

Fig.8 zeigt ciie VCO-Steuerschaltung, welche die VCO-Ausgangsfrequen/ liefert, die die zu zählenden Impulse liefert. Die erste Entscheidung, daß die Schaltung arbeitet und in Bereitschaft zur Zählung ist, wird in diesem Teil der Schaltung getroffen. F i g. 9 zeigt die Schaltung für den Empfang der durch das strömende Medium fortgeleiteten Impulse und für die Verarbeitung der Impulse entsprechend Fig.6a und 6b, um eine wohldefinierte Ankunftszeit der empfangenen Impulse zum Vergleich mit den verzögerten Impulsen m schaffen.

Eine in Übereinstimmung mit dem Vorstehenden gebaute Schaltung ergab eine Messung der durchschnittlichen Geschwindigkeit mit einer Genauigkeit, die besser war als 0,25% der vollen Skala. Unbekannte Geschwindigkeitsprofiländerungen beeinträchtigen die Genauigkeit der geeichten volumetrischen Strömungsgeschwindigkeit. Eine Eigenschaft von primärer Wichtigkeit ist die Mediumgeschwindigkeitsauflösung von 0,24384 cm/s (0,008 feet/second). Diese Möglichkeiten der Schaltung wurden bei stark veränderten Bedingungen, darunter insbesondere bei Durchfluß von Frischwasser durch eine Rohrleitung mit einem Durchmesser von 4 Zoll, bei Durchfluß von Seewasser durch eine Rohrleitung mit einem Durchmesser von 8 Fuß und bei Durchfluß von flüssigem Brennstoff (Öl) durch eine Rohrleitung mit einem Durchmesser von 12 Z'.oll bestätigt.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Ermitteln der Strömungsgeschwindigkeit nach der Ultraschallmethode, bei der über eine Meßstrecke abwechselnd Schallimpulse in zueinander entgegengesetzten Richtungen gesendet bzw. empfangen werden und bei der Phasendetektoren zum Ermitteln der Verschiebung zwischen zueinandergehörenden Sende- und Empfangsschallimpulsen vorgesehen sind, welche die Frequenzen spannungsgesteuerter Oszillatoren (VCO) beeinflussen und bei der Frequenzdifferenzen gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtungswechsel nach jedem gesendeten Schallimpuls vorgenommen wird und daß gleichzeitig mit jedem gesendeten Schallimpuls ein verzögerter Bezugsimpuls ausgelöst wird, der eines der beiden Eingangssignale eines einzigen vorhandenen Phasendetektors (20) ist, dessen anderes Eingangssignal der zugehörige empfangene Schallimpuls ist, dem ein einzig vorhandener VCO (10) nachgeschaltet ist, dessen Ausgang im Takte des Richtungswechsels umgeschaltet wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Frequenz des VCO (10) eine Schaltung vorgesehen ist, welche eine Vorrichtung (21) zur Erzeugung des verzögerten Bezugsimpulses nach einer vorbestimmten Zahl von Perioden des Ausgangsimpulses aus dem VCO im Anschluß an die Sendung eines Schallimpulses und eine Vorrichtung (20) zum Zeitvergleich des gesendeten Schallimpulses und des Bezugsimpulses umfaßt, durch welche die Steuerspannung des VCO auf Grund des Vergleichsergebnisses derart beeinflußt wird, daß die Frequenz des VCO geändert wird, bis der Bezugsimpuls und der gesendete Schallimpuls in zeitliche Koinzidenz gelangen (F i g. 1 a).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des verarbeiteten empfangenen Impulses (106) dem verzögerten Bezugsimpuls (90) ein zweiter Impuls (96) zeitlich nachgeschaltet ist, dessen Dauer kleiner ist als die Verzögerungszeit des verzögerten Bezugsimpulses (F i g. 5).

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüehe 1 -3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12, 21) zur Erzeugung des verzögerten Bezugsimpulses (90) ein Impulsteiler (21) ist, dem der aus dem VCO (10) kommende Impuls (89) zugeführt wird und der eine erste Impulserzeugervorrichtung, die durch ein Ausgangssignal des Impulsteilers nach einer vorbestimmten Zahl von VCO-Impulsen den verzögerten Bezugsimpuls abgibt, und eine zweite Impulserzeugervorrichtung (23) aufweist, die von dem verzögerten Bezugsimpuls derart gesteuert wird, daß ein zweiter Impuls (td in 96) ausgelöst wird, der den Bezugsimpuls um einige VCO-Perioden verlängert(Fig. Ib,5).

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichlung zum Zeitvergleich des gesendeten Schallimpulses und des Bezugsimpulses (Phasendetektor) einen bei Ankunft des gesendeten Schallimpulses ansprechenden Ankunftszeitkreis (20), eine mit dessen Ausgang verbundene Vorrichtung (46) zur Abgabe eines Konstantladungsimpulses, einen daran angeschlossenen Konstantladungsverstärker (47) mit einem invertierenden und einem nicht invertierenden Eingang, von denen der eine zur Aufnahme eines spät und der andere zur Aufnahme eines frühzeitig gesendeten Impulses dient, und einen an diesen angeschlossenen Integrator (48), dessen Ausgang mit dem VCO (10) verbunden ist, umfaßt, dem die Konstantladungsimpulse unterschiedlicher Polarität zugeführt werden, so daß die Frequenz des VCO auf Grund eines frühzeitig gesendeten Impulses ansteigt und auf Grund eines spät gesendeten Impulses abfällt (F i g. 1 b).

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang des VCO (10) zur Bestimmung der Differenz der Impulsperiodenzahlen für Laufzeiten entgegen dem Strom und mit dem Strom eine Datenzählschaltung (11) verbunden ist, die eine variable Zeitbasisschaltung (54), welche eine definierte Zeitspanne für die Zählung entgegen und mit dem Strom liefert, eine Vorrichtung (60) zum Unwirksammachen der variablen Zeitbasis zwischen den. Laufzeiten, ein Dekadenregister (72), ein binäres Register (75), einen an die variable Zeitbasis und die Register angeschlossenen Auf/Ab-Zählungsregler (64) zum Unwirksammachen der Zeitbasis und Wechseln der Sende- und Empfangsarbeitsweise der Schallwandler (14, 18) zwischen den Laufzeiten sowie zum direkten Wechseln der Auf- und Ab-Zählung von Perioden während wechselnder Zählperioden aufweist (F i g. 2,3).

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Zeitbasisschaltung einen kristallgesteuerten Oszillator (59) zur Bildung einer Taktfrequenz, ein Zählregister (58), das ein Ausgangssignal liefert, wenn es gefüllt ist und die Taktfrequenz an den Eingang gelegt ist, und eine Programmschaltung (57) zum Laden des Registers mit einer vorbestimmten Anfangszählung aufweist, so daß eine vorbestimmte Zeitspanne vom Beginn der Zählung bis zu dem Zeitpunkt erhalten wird, zu dem ein Ausgangssignal aus dem Register geliefert wird (F i g. 2).

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 —7, dadurch gekennzeichnet, daß der für beide Senderichtungen gemeinsamen Empfangseinrichtung (19) für die von den Schallwandlern (14, 18) gesendeten bzw. empfangenen Schallimpulse ein Signaldetektor nachgeschaltet ist, der einen Nulldurchgang bestimmt, der der Dauer des zweiten Impulses (96) entspricht, der dem Bezugsimpuls (90) zeitlich nachgeschaltet ist (F i g.).

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 -8, dadurch gekennzeichnet, daß die für beide Senderichtungen gemeinsame Empfangseinrichtung (19) für die von den Schallwandlern (14, 18) gesendeten bzw. empfangenen Schallimpulse eine Verstärkerschaltung (33) zur Bildung einer Gegentaktform des jeweils empfangenen Schallimpulses, einen an den Ausgang dieser Verstärkerschaltung gelegten Niedrigpegeldetektor (35), einen auf das Verarbeiten des Detektorsignals bei maximaler Nachführgeschwindigkeit eingestellten Differentiator (39), einen Empfangsimpulsspannungsvergleicher (40) zur Lieferung eines Ausgangsinipulses (117) mit einer Zeitverzögerung (l\ — td) gegenüber dem ersten Schaltpunkt (t\) mit dem Differentiatoreingangssignal (114), einen Impulsformerkreis (47) und einen den geformten Impuls aufnehmenden Integrator (48) aufweist, der als VCO-Frequenz-

-eg!erdient(Fig. Ib,6a).

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangueinrichtung weiterhin eine Schaltung (36) zur automatischen Verstärkungsregelung zwecks Aufrechterhaltung einer gewünschten Amplitudenhöhe der Gegenlaktform des Impulses aufweist (F i g. 1 b).