DE2333971A1

DE2333971A1 - Verfahren zur messung der stroemungsgeschwindigkeit eines mediums und der fortpflanzungsgeschwindigkeit von schall

Info

Publication number: DE2333971A1
Application number: DE19732333971
Authority: DE
Inventors: Alvin Brown
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1973-07-04
Filing date: 1973-07-04
Publication date: 1975-02-13
Also published as: DE2333971B2

Description

ING. FRANZ WERDERMANN ί Ο 7 ·*,

Patentanwalt 2 HAMBURG 13 ' *· '· '*

PATENTANWALT

INNOCENTIASTRASSE 30 TELEFON 452139

S. 73 126 Wdm/Wa

Saratoga Systems, Inc. Cupertino, Kalif. (V.St.A.)

Verfahren und Einrichtung zur Messung der Strömungsgkeit eines Mediums sowie der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Schall«

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Die Erfindung bezieht, sich auf eine Einrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums sowie zur Messung der Portpflanzungsgeschwindigkeit von Schall in einem Medium. Dabei wird mindestens ein Paar von mit dem Medium in Verbindung stehenden Ultraschallenergiewandlern benutzt, die sowohl als Sender wie auch als Empfänger arbeiten können» Es werden dabei Daten gewonnen, die eine Anzeige der Geschwindigkeit der Schallfortpflanzung durch das strömende Medium sowie der Strömungsoharakteristik des Mediums ergeben.

Es ist bereits bekannt, Ultraschallwandler in Verbindung mit einem strömenden Medium zu verwenden. Viele bekannten Systeme dienen zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit^ der Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit oder beider Geschwindigkeiten. Im allgemeinen erfordern diese Systeme Je einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) für beide Richtungen

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der Übertragung durch das strömende Medium um je eine der Geschwindigkeit des Schalles entgegen der Strömung und mit der Strömung proportionale Frequenz zu bilden. Bei manchen Systemen ist eine Schaltvorrichtung vorgesehen derart, daß nur ein VCO für die Sendungen oder Übertragungen in beiden Richtungen dienen kann. Bei anderen Systemen wird eine 90 Phasenverschiebung zwischen dem empfangenen Signal und dem gesendeten Signal hergestellt und das Ausgangssignal aus einem VCO durch einen Phasendetektor kontrolliert. Andere Verfahren wiederum benutzen das strömende Medium als das frequenzbestimmende Element in einem schwingenden oder nach dem "ring around"Arbeitenden System·

Gewöhnlich treten bei den vorstehend genannten Arten von Meßsystemen Schwierigkeiten hinsichtlich des Verlusts an Information bei langsamen Strömungsgeschwindigkeiten auf, insbesondere wenn zwei Oszillatoren verwendet werden, oder hinsichtlich des Erfordernisses von mehr als einem Paar Wandler, wenn es darauf ankommt, entgegen der Strömungsricbt ung und mit der Strömungsrichfc ung zu senden, oder hinsichtlich der Notwendigkeit unhandlicher Schaltvorrichtungen oder sogar mehrerer dieser Probleme.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem strömenden Medium sowohl eine Messung der Geschwindigkeit der Sohallfortpflanzung als auch eine Messung der Strömung möglichst genau, in einem weiten Bereich und mit besonders

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geringem Aufwand zu ermöglichen. Dazu gehört insbesondere, daß eine möglichst kleine Zahl von Wandlern erforderlich ist. Es soll insbesondere eine AusfUhrungsform geschaffen werden, bei welcher die der Schallgeschwindigkeit und der Strömung proportionalen Frequenzen künstlich hergestellt werden, ohne dabei VCO zu verwenden, um den Gegenstrom- und Mitstromsendezeiten umgekehrt proportionale Frequenzen zu bilden. Es soll ferner ein System der zur Rede stehenden Art geschaffen werden, bei dem für eine fortlaufende Richtung der Strömungsanzeige gesorgt ist. Das neue Meßsystem soll für jedes ein geschlossenes Rohr oder einen offenen Kanal beliebiger Größe durchfließende Medium benutzbar sein, wobei eine konstante Phasenbeziehung zwischen allen Steuer- und Datensignalen aufrecht erhalten bleibt. Dabei soll eine feine Auflösung oder hohe Genauigkeit der Messung bis herab zur Strömungsgeschwindigkeit null erreichbar sein. Das Meßsystem soll auch in beiden Richtungen verwendbar sein. Es soll ein System mit einem bezüglich der Zeit geeichten Ausgangssignal geschaffen werden, das eine Anzeige der Gesamtströmung und/oder der Strömungsgeschwindigkeit bewirkt. Störungen durch Echowirkung infolge früher gesendeter Impulse in dem strömenden Medium sollen die Genauigkeit des Meß- bzw. Anzeigeergebnisses nicht beeinträchtigen.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein Sendeimpuls

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und ein Bezugsimpuls erzeugt werden, der Sendeimpuls abwechselnd entgegen und mit der Richtung der Strömung des Mediums gerichtet, empfangen und die Phase des empfangenen Impulses und des Bezugsimpulses verglichen und ein von dem Phasenvergleich abhängiges Signal erzeugt wird, daß ferner auf das phasenabhängige Signal ansprechende, den Schallgeschwindigkeiten entgegen und mit dem Strom proportionale Signale erzeugt werden, die proportionalen Signale summiert werden und mit der Summe ein spannungsgesteuerter Oszillator gesteuert wird, daß eine die proportionalen Signale benutzende Datenfrequenz erzeugt und mit der Oszillatorfrequenz kombiniert wird, um Gegenstrom- und Mitstromschallgeschwindigkeitssignale künstlich herzustellen, daß auf diese Schallgeschwindigkeitssignale ansprechende Steuersignale erzeugt werden, die dazu dienen, eine konstante Zeitbegrenzung zwischen sämtlichen Systemsignalen für veränderliche Mediumeigenschaften und Strömungswege von verschiedener Abmessung aufrecht zu erhalten.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabenstellung und noch weiterer Aufgaben kann einSystem zur Ultraschallgeschwindigkeitsmessung und Strömungsmessung verwendet werden, das zur Überwachung der Strömungsgeschwindigkeit und des Ströwungsvolumens sowie zur Schallgeschwindlgkeitsenergie*uebreitung in Flüssigkeiten dienen, die in geschlossenen Leitungen oder offenen Kanälen strömen. Zu dem

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System gehören Einrichtungen zur Erzeugung von Signalen, die abwechselnd in Richtungen entgegen dem Strom und mit dem Strom diirch das strömende Medium gesendet werden sowie Einrichtungen zum Smpfangen der so gesendeten Signale. Es sind Einrichtungen zur Formung der empfangenen Signale und zur Erzeugung eines Bezugssignals vorgesehen, das zum Phasenvergleich mit dem geformten empfangenen Signal dient. Es werden Signalpegel erzeugt, die auf die Phaseribeziehung ansprechen bzw. von ihr abhängig sind und den Schallgeschwindigkeiten in Richtung stromauf und in Richtung stromab proportional sind. Die proportionalen Signalpegel werden dazu benutzt, den Schallgeschwindigkeiten in Richtung stromauf und in Richtung stromab proportionale Frequenzen zu erzeugen. Es sind Steuereinrichtungen vorgesehen, die auf die der Stromaufrichtung und der'Stromabrichtung entsprechenden Frequenzen ansprechen und dadurch die wechselnde Arbeitsweise senden/empfangen, steuern. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um die der Stromaufrichtung und Stromabrichtung entsprechenden Frequenzen zu kombinieren, so daß Summen- und Differenzfrequenzen erhalten werden, die eine Anzeige für die Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit in dem strömenden Medium bzw. dessen Strömung anzuzeigen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise naher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschema des Systems Fig. 2 ein weiter ins einzelne gehendes Blockschema des Systems einschließlich der künstlichen

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Herstellung der Frequenzen,

Fig. 3 ist ein Blockschema des Sende- bzw. Empfangsabschnitts des Systems,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Schaltung des Sende- bzw. Empfangsabschnitts,

Fig. 5 ist ein Blockschema des Detektorabschnitts des Systems,

Fig. β ein Schaltschema des Detektorabschnitts, Fig. 7 ein Blockschema des Steuerabschnitts und

Fig. 8 ein Schaltschema des Steuerabschnitts des Systems,

Fig. 9 ist ein Blockschema des Abschnitts für die Frequenzsysteme,

Fig.10 ein dazugehöriges Schaltschema,

Fig«Il ist ein Blockschema des zur Zeiteichung dienenden Abschnitts des Systems und

Fig.12 eine den zeitlichen Ablauf.der Signale in dem Steuerabschnitt des Systems als Diagramm wiedergebende Kurvengruppe (timing chain diagram = den zeitlichen Verlauf veranschaulichendes Kettendiagramm),

Fig.Ij5 ist ein zeitliches Kettendiagramm der Datenfrequenz und der Steuersignale in dem Frequenzsyntheseabschnitt des Systems,

Fig.l4 ist ein zeitliches Kettendiagramm zur Veranschaulichung der Multiplikation der Datenfrequenz in dem Frequenzsyntheseabschnitt des Systems,

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Pig. 15 ist ein zeitliches Kettendiagramm, das die

Teilung der hochfrequenten VCO Ausgangsfrequenz in dem Frequenzsyntheseabschnitt des Systems veranschaulicht,

Fig. 16 ist ein detailiertes Blockschema eines Systems mit spannungsgesteuerten Oszillatoren zur Frequenzerzeugung, ■

Es handelt sich bei dieser Erfindung um eine Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums» die zugleich eine Anzeige für die Geschwindigkeit der Schallfortpflanzung durch das strömende Medium ergibt· Zu dem System gehören mindestens zwei vorzugsweise piezo-elektrische Ultraschallwandler, die in Verbindung mit dem strömenden Medium angeordnet sind, in welchem die Messung durchgeführt werden soll. Bei einer Ausführungsform ist eine direkte Synthese einer der Strömung des Mediums proportionalen Datenfrequenz und einer der Geschwindigkeit des Schalls in den Medium proportionalen Frequenz mittels eines einzigen spannungsgesteuerten 0«zilLators vorgesehen. Die künstlich hergestellten Signale werden von Signalen abgeleitet, die proportional den Schallenergiedurchgangszeiten durch das Medium in Richtung stromauf und in Richtung stromab sind,die Datenfrequenz und die Oszillatorfrequenz werden kombiniert, wobei übliche Verfahren zur Abtrennung des oberen und des unteren Seltenbandes, GegentaktModulatoren und lineare Frequenzmischer benutzt werden.

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Das Ergebnis sind Frequenzen, die proportional den Schallgeschwindigkeiten stromauf und stromab durch das Medium sind und diese werden zur Steuerung der Senderichtung, zur Auswahl der richtigen Wandler für den Empfang und zur Synthese der Schallgeschwindigkeits- und Strömungsdatenfrequenz benutzt.

Gemäß Fig. 1 enthält das System ein Sende/Empfangsnetzwerk 15, in welchem die Wahlschaltvorgänge erfolgen, die für eine abwechselnde Wirkung der Wandler als Sender und als Empfänger bzw, als Empfänger und Sender bewirken. Das empfangene Signal wird von dem Sende/Empfangsnetzwerk 15 einem Detektornetzwerk 16 zugeleitet· Das Detektornetzwerk 16 formt die empfangenen Impulse in einer Art und Weise wie sie in der hiermit zusammenhängenden Anmeldung P 2j5 22 749.8 der Anmelderin angegeben ist. Ein Steuernetzwerk 17 erzeugt einen Bezugsimpuls, der dem Detektornetzwerk 16 zugeführt wird. In dem Detektornetzwerk 16 wird ein Phasenvergleich zwischen dem empfangenen Impuls und dem Bezugsimpuls durchgeführt und ein Signal, dessen Polarität durch die relative Frühzeitigkeit oder Spätzeitigkeit des empfangenen Impulses bestimmt wird, wird dem Steuernetzwerk 17 zugeleitet, Das Steuernetzwerk 17 führt eine Summation der früheren bzw, späteren Signale durch. Diese werden einem Frequenzsynthesenetzwerk 18 zugeleitet. Das Synthesenetzwerk 18,dessen Wirkungsweise auf der Summation beruht, bildet Frequenzen, die den Schallfortpflanzungsgeschwindigkeiten in Richtung

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stromaufwärts und stromabwärts proportional sind« Diese Frequenzen werden dem Steuernetzwerk 17 zugeführt, um Steuersignale zu bilden, welche die Sendeempfangsumschaltung, die in dem Sende/Smpfangsnetzwerk 15 durchgeführt wird, in die richtige Folge bringen. Die Steuersignale aus dem Steuernetzwerk 17 werden außerdem mit dem Detektornetzwerk 16 verbunden, das für die richtige Signalfolge für den Phasenvergleich zwischen dem empfangenen Signal und dem Bezugssignal sowie für eine automatische Verstärkungsregelung und für eine "kein Signal-"Alarmanzeige sorgt. Die Summierungen der Früh/Spätsignale aus dem Steuernetzwerk 17 werden in dem Frequenzsynthesenetzwerk 18 direkt benutzt, um die Ausgangsfrequenz eines spannungsgesteuerten Oszillators 19 zu steuern und eine Datenfrequenz zu erzeugen. Am Ausgang des VCO 19 ergibt eine Frequenz, die proportional ist der Schallgeschwindigkeit in dem strömenden Medium. Die Datenfrequenz ist proportional der Strömung. Ein Zeiteichkreis 20 empfängt die Datenfrequenz und wandelt diese um in die Gesamtströmung oder -strömungsgeschwindigkeit, wie es bei Sichtanzeigern erwünscht ist, die auf das Ausgangssignal aus dem Zeiteichkreis 20 ansprechen·

In Fig. J5 ist der Sende/Empfangsabschnitt 15 des Systems als Blockschaltbild dargestellt. Dieser Abschnitt der Gesamtschaltung leitet einen Sendeimpuls an einen Wandler und nimmt das Empfangssignal aus dem anderen Wandler in einen zu einem

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bestimmten Verstärker führenden Kanal auf. Ein Aufwärts/Abwärts -Eingangssignal aus dem Steuerkreis 17 dient zur Erzeugung eines Impulses aus entweder der einen oder der anderen Ein-Schußsendevorrichtung 21 bzw. 22. Ein Abgleichspotentiometer 23 ist mit beiden Sendeimpulsgeneratoren 21 und 22 verbunden, um fUr eine gleichmäßige Sendeimpulsbreite zu sorgen. Das gleiche Aufwärts/Abwärtssignal wählt die Stellung des Analogschalters 24, der wiederum abwechselnd den ersten oder zweiten Empfangsverstärker 25 bzw. 2.6 mit dem Empfangssignalbearbeitungsnetzwerk in dem Detektor 16 verbindet. Der Oszillatorschwingkreis 27 ist vorgesehen, um das Empfangssignal aus den Empfängern 25 oder 26 anzuheben bzw. zu verstärken, bevor es dem Detektorkreis ΐβ zugeführt wird. Der Inverter 28 bildet das Abwärtssignal, da nur das Aufwärtssignal aus dem Steuerkreis 17 mit dem Sender/Empfängerkreis 15 verbunden wird. Die Sendeimpulsgeneratoren 21 und 22 sind mit dem Eingang der Hochspannungssendeimpulsverstärker 29 bzw. 32 verbunden. Der Sendeverstärker 29 ist, wie ersichtlich, mit dem Wandler 33 und der Sendeverstärker 32 mit dem Wandler 34 in der Wandung des Rohrs 35 verbunden.

Der Spannungsvergleicher 39 wird ebenfalls abwechselnd mit dem Ausgang des Empfangsverstärkers 25 bzw. 26 verbunden und richtet ein Ausgangssignal an einen Hoch-Niedrig-Signalsperrkreis 40, der auch ein positives Sendesignal aus dem Steuerabschnitt 17 empfängt. Ein Integrator 41 empfängt

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das Ausgangssignal des Sperrkreises 40 und treibt einen Hochspannungsregler 44, um den Amplitudenerfordernissen zu entsprechen, die für das Empfangssignal an dem Vergleicher 39 bestehen. Das Ausgangssignal aus dem Integrator 41 wird auch einem Vergleicher 45 zugeführt, der eine Alarmanzeige für einen vorbestimmten Sendeimpuls-Hochspannungspegel liefert und einen niedrigen empfangenen Impulspegel sowie eine etwaige Störung anzeigt.

In Fig. 5 ist ein Blockschema des Detektorabschnitts l6 des Systems zu sehen. Dieser Abschnitt der Schaltung empfängt das durch das strömende Medium gesendete Signal bearbeitet es und trifft eine Früh- oder Spät-Empfangsentscheidung für den empfangenen Impuls, wenn er mit einer Bezugsgröße verglichen wird. Der Verstärker 46 empfängt das durchgehende vom ersten oder zweiten Empfangsverstärker 25 bzw· 26 kommende Signal je nach der Einstellung des Analogschalters 24 in dem Sende/Empfangskreis 25. Der automatische Verstärkungsregler 47 paßt das Ausgangssignal aus dem Verstärker 46 an einen vorbestimmten Pegel an. Der automatische Verstärkungsregler 47 enthält einen Kontrollvergleicher 48 und einen Integrator 49* der ein Ausgangssignal liefert, das den Verstärkungsgrad des Verstärkers 46 nach oben tisLbt, wenn es sich nicht auf dem vorbestimmten Pegel am Vergleicher 48 befindet, oder ihn auf diesen Pegel herabsetzt, wenn er den vorbestimmten Pegelwert Überschreitet. Der Vergleicher 48 ist auf den Hoch-Hiedrig-Detektor 50 ge-

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richtet, der mit einem Integratortor 51 verbunden ist· Das Tor 51 liefert ein Eingangssignal entweder an den invertierenden oder an den nicht invertierenden Eingang am Integrator 49.

Der Ausgang aus dem Verstärker 46 ist mit dem Niedrigpegeldetektor 52 verbunden, der einen Verstärker 52a enthält. Der Ausgang des Verstärkers 52a ist auf einen Verstärkungsvergleicher 48 in der AGC-Schleife (automatische Verstärkungsregelung) für den Verstärker 46 gerichtet. Der Detektor 52, der Verstärker 52a, ein Differentiator 53 und ein Vergleicher 54 sind in Reihe geschaltet und bilden die Hauptkomponenten eines Triggerkreises wie er in der erwähnten früheren Anmeldung angegeben ist.

Ein Überbrückungsvergleicher 57 empfängt gleichfalls das Ausgangssignal aus dem Verstärker 46 und ist mit einem Tor 58 verbunden· Ein NAND-Tor 59 ist so geschaltet, daß es das Tor 58 einstellt und hat zwei Eingänge» Der erste Eingang empfängt das Triggersignal aus dem Vergleicher 54, der zweite ist eine Endverbindung über einen Empfangsartenschalter 60, dessen Stellung bestimmt, ob das Ausgangssignal aus dem Überbrückungsvergleicher 57 oder das Ausgangssignal aus dem Triggerkreisvergleicher 54 als das empfangene und aufbereitete Signal benutzt wird. Das Tor 58 ist mit einem Ladungsabgeber 61 und einem Vergleichstor 62 verbunden· Eine Einsohußvorrichtung (Multivibrator) 6?

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verzögert den Bezugsimpuls um die Einschußimpulsbreite und liefert ihn dann an das Tor 62 über ein Bezugsimpulstor zum Vergleich mit dem empfangenen Signal aus dem Tor 58, '

Das Schutzsignal aus dem Steuerabschnitt 17 ist mit einem Empfangssignal-AGC-Rückstellvergleicher 65 verbunden· Es ist auch mit einem Ladungsabgeber 6l und einem Vergleicher 54 verbunden, um diese drei Vorrichtungen während der Verweilzeit des Schutzimpulses zu hemmen. Das Schutzsignal wird invertiert und dem Eingang eines "Kein Signal"-Tors 66 sowie dem Ladungsabgeber 6l zugeführt. Ein Früh/Spät-Tor 67 empfängt das Ausgangssignal aus dem Tor 62 und dem Ladungsabgeber 6l. Es wird ein Impuls entweder an einem Früh- oder an einem Spät-Ausgang aus dem Tor 67 gebildet, je nach Frühzeitigkeit baw. Spätzeitigkeit des empfangenen Impulses.

Der Sendeimpuls aus dem Steuerabschnitt 17 befähigt das Tor 64 sowie den Hoch-Niedrigdetektor 50 und ein zusätzliches Tor 67. Das zusätzliche Tor 68 wird durch ein Signal aus dem Tor 58 zurückgestellt und erzeugt ein Ausgangssignal, der das "Kein Signal"-Tor 66 steuert·

Der Steuerabschnitt 17 des Systems sorgt allgemein für die Erzeugung des Sendeirapulssignals, eines Teils der Verzögerungszeit und danach die Erzeugung des Bezugsimpulses, die Erzeugung des Empfängerschutzsignals, der Auf/Absteuersignale und der Integratorausgangssignale, die als

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Steuersignale in dem Synthesekreis 18 benutzt werden. In Pig,' 7 ist ein Blockschema für den Steuerabschnitt 17 gezeigt. Aus dem Detektorabschnitt 16 werden Signale empfangen, welche die Frühzeitigkeit oder Spätzeitigkeit der empfangenen Impulse angeben. Sperrkreise 69 und ¹JO werden abwechselnd durch einen Auf/Abmult!vibrator 71 zur Wirkung gebracht, um ein Signal in Abhängigkeit davon, ob das empfangene Signal früh oder spät ist, weiterzuleiten. Ein Signal aus dem Sperrkreis 69 wird entweder mit dem invertierenden oder dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 72 verbunden, der ein Ausgangssignal an einen ersten Integrator 735 liefert. In ähnlicher Weise wird ein aus dem Sperrkreis 70 erzeugtes Signal mit dem invertierenden oder dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 75 verbunden, der wiederum ein Eingangssignal zu einem zweiten Integrator 76 liefert. Der Ausgang aus beiden Integratoren 73 und 76 wird dem Synthesekreis 18 zugeleitet.

Die normale Arbeitsweise der Schaltung erfordert fortlaufende Änderungen des Zustande beider Sperrkreise 69 und 70, die durch den Summierungs- und Alarmkreis 77 überwacht werden. Wenn einer oder beide Sperrkreise 69* 70 aufhören ihren Zufcand für eine bestimmte Zeitdauer zu ändern, wird eine Alarmanzeige durch den Alarmkreis 77 gebildet.

Der Steuerabschnitt 17 empfängt ferner zwei Frequenzen aua dem Synthesekreis l8, die dem Schaltkreis 78 zugeführt

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werden, der eine Einpol/fooppelpolumschaltfunktion erfüllt· Der Schaltkreis 78 empfängt auch Eingangssignale aus dem Auf/Ab-Steuermultivibrator 71. Das "Auf"-Signal aus dem Auf/Ab-Kreis 71 wird auch dem Sender/Empfängerkreis 15 zur Steuerung des Analogschalters 2h zugeleitet.

Der Schaltkreis 78 ist mit dem Sendeimpulsgenerator 82 und außerdem mit dem Teilerkreis 85 verbunden· Der Teilerkreis 85 ist mit dem Bezugsimpulsgenerator 84 und einem Impulsgenerator 87 verbunden. Der Impulsgenerator 87 ist wiederum mit dem Schutzimpulsgenerator 88 verbunden, der ein Schutzsignal und ein Eingangssignal für den Auf/Ab-Steuerkreis 71 zur Verfugung stellt. Der Empfängerschutzkreis 88 liefert auch das eine Eingangssignal zu einem Tor 89, das mit einem Wiederholgeschwindigkeits-Impulsgenerator 90 verbunden ist. Der Impulsgenerator 90 ist so geschaltet, daß er den Sendeimpulsgenerator 82 steuern kann.

Ein Signal aus dem Empfängerschutzkreis 88 ist mit dem Detektorabschnitt 16 verbunden und das Signal aus dem Bezugsimpulsgenerator 84 wird sowohl dem Empfängerkreis als auch dem Sender/Empfängerabschnitt 15 zugeführt. Die beiden Signale aus dem Sendeimpulsgenerator sind von entgegengesetzter Polarität. Der niedrige Sendeimpuls wird dem Detektorkreis l6 zugeführt und der hohe Sendeimpuls dem Sender/Empfängerkreis 15·

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Fig· 9 zeigt ein Blockschema des Frequenzsyntheseabsohnitts l8 des Systems» Entsprechend einem an sich bekannten Verfahren zur Abtrennung des oberen und unteren Seitenbandes, Qegentaktmodulatlon sowie der Anwendung einer linearen Frequenzmischung werden Frequenzen künstlich hergestellt, die den Fortpflanzungsgeschwindigkeiten in Richtung gegen den Strom und mit dem Strom proportional sind« Ein erster und ein zweiter Integrator 73 und f6 aus dem Steuerkreis 17 werden wiederum abgebildet· Die Integratoren 73 und sind mit einem Summierkreis 93 verbunden, der einen Mittelwert der beiden Integratorausgangswerte einem Integrator 94 zuliefert· Der Integrator 94 wirkt als Steuersignalgenerator für den Hochfrequenz-VCO 19· Der Teilerkreis 96 empfängt das Ausgangs signal des Hochfrequenz-VCO 19 und erzeugt zwei Signale, die 90° phasenverschoben sind bei einem Viertel der Frequenz des Oszillators 19« Diese Rechteokwellensignale, die hier als Slnus-Theta und Cosinus-Rieta bezeichnet werden sollen, werden den Gegentaktmodulatoren 99 bzw· 100 zugeführt·

Die Signale aus dem ersten und zweiten Integrator 73 und 74 werden über Schalter 101 Schnellintegratoren 102 und 10^ zugeführt, deren Ausgänge werden Modulatoren 99 bzw· 100 zugeleitet· Die Ausgangssignale aus diesen Modulatoren werden durch Potentiometer 105 bzw· I06 abgeglichen«

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Die Ausgänge aus den Schnellintegratoren 102 und werden außerdem Vergleichern 107 und 108 zugeführt, die einen Rechteckwellenausgang bei der Ausgangsfrequenz und der Phasenlage der Schnellintegratoren 102 und 103 hervorbringen. Die Ausgänge aus den Vergleichern 107 und 108 werden dazu benutzt, Steuerschalter 110 bzw· 111 zu betätigen· Die Schalter 101 werden durch diese Steuerung so eingestellt, daß trapezartige Wellenformen mit 90° Phasenverschiebung an den Ausgängen der Schnellintegratoren 102 und 103 gebildet werden, die hier als sin 0 bzw· cos 0 bezeichnet werden.

Die ausbalancierten oder im Gegentakt modulierten Ausgangssignale aus den Modulatoren 99, 100 werden linearen Fre^-quenzmischern 112 zugeführt, die wiederum in vorbestimmten Kombinationen mit Tiefpaßfilterschaltungen 113 und Il4 verbunden sind· Die Ausgangsfrequenzen aus den Filtern 113 und 114 sind proportional den Schallfortpflanzungsgeschwindigkeiten in Richtung gegen den Strom bzw· mit dem Strom, was nachstehend noch näher erläutert wird. Diese beiden Frequenzen werden dem Steuerkreis 17 als künstlich hergestellte oder Synthese-Ausgangssignale aus dem ersten und zweiten spannungsgesteuerten Oszillator zugeführt»

Die Ausgänge aus den Vergleichern 107 und 108 sind mit einem FluflrlehtungephÄeendetektortor 117 verbunden.

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das wiederum ein Eingangssignal mit einem ausschließlichen .OR-Tor 118 liefert. Das Tor 118 liefert ein Ausgangssignal, das eine Anzeige der Plußrichtung ergibt. Die Ausgangssignale aus den Vergleichern 107 und 108 werden auch einem Multiplikatorkreis 119 zugeführt, der ein Ausgangssignal vom Vierfachen der Vergleicherausgangsfrequenz liefert. Eine Ein-Schuß-Vorrichtung 120 empfängt den Ausgang aus dem Vervielfacher oder Multiplikator 119 und bildet ein Datenfrequenzausgangssignal mit einer konstanten Ladung in jedem Ausgangsimpuls.

Die Datenfrequenz aus der Ein-Schuß-Vorrichtung 120 ist wie schon erwähnt proportional der Strömung. Verschiedene Einrichtungen, durch welche die Datenfrequenz auf eine lesbare Form reduziert wird, sind in Fig. 11 wiedergegeben. Zunächst ist hier die allgemein bekannte Schaltungsweise vorhanden, wie sie in einem Digital/Analogwertumsetzer 123 vorgesehen ist. Zweitens stellen die Datenfrequenzimpulse beabsichtigterweise eine konstante Ladung pro Impuls zur Verfugung, so daß sie dazu benutzt werden können, einen Frequenz/Analogwertumformer 124 zu betreiben. Eine solche Frequenz/Analogvorrichtung kann die Form eines D'Arsonval-Meßgeräts annehmen, das. eine mechanische Betätigungsbewegung aufgrund der Datenfrequenzimpulse ausführt, die durch die Trägheit der Mechanik des Meßgeräts gefiltert und gegllttet sind. Eine dritte Einrichtung zur Herabsetzung der Datenfrequenz erfolgt durch die Injektion der Zeiteichung·

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Pig· 11 zeigt einen nur ablesenden Gedäohtnisspeicher 125, der eine Programmkorrektur hat und mit einem Addierer 126 verbunden ist. Der Addierer 126 ist mit einem der Eingänge einer Verriegelungssohaltung oder Sperrsohaltung 129 verbunden. Die Sperrsohaltung 129 empfängt auch die Datenfrequenz aus der Ein-Schuß-Vorriohtung 120· Der Ausgang des Addierers 126 wird über die Sperrsohaltung 129 durch einen. Datenfrequenz impuls auf einen Sammler IJO übertragen. Der Ausgang des Sammlers IJO ist zu dem Addierer 126 zurückgeführt.

Nach Sammlung einer vorbestimmten Zahl von Impulsen erzeugt der Sammler IJO einen Trägerimpuls, der zu der Schaltung gesandt werden kann, die entweder eine Strömungsgeschwindigkeitsinformation oder eine Gesamtströmungsinformation liefert. Bei der Schaltungsart, die eine Strömungsgeschwindigkeitsinformation liefert, wird der Trägerimpuls einem Auf/Abzähler IJl zugeführt. Ein Eingangssignal aus einem Taktgeber 132 wird dem Auf/Abzähler 131 zugeführt. Ein Leihausgang und ein Trägerausgang sind von dem Auf/Abzähler 131 aus mit einem Strömungsgeschwindigkeitsanzeiger 135 verbunden. Der Leihausgang ist mit dem Eingang einer Flip-Flop- oder Multivibratoreinrichtung 136 verbunden. Die Ausgänge aus der Flip-Flop-Einrichtung 136 werden dem Strömungsgesohwlndlgkeltsanzelger 135 und einem ausschließlichen OR-Tor 137 zugeführt. Ein anderer Eingang zu dem OR-Tor 137 wird τοπ dem Ausgang des aueeohließlichen

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OR-Tor Il8 in Pig. 9 gespeist· Der Ausgang des Tors 137 wird an den Zähler I3I gelegt, so daß dieser Auf- oder Abrechnungen durchführt.

Falls die Strömungsinformation in Werten der summierten Gesamtströmung gewünscht wird, werden die Trägerimpulse aus dem Sammler IjJO einem zweiten Auf/Abzähler I38 zugeführt. Ein Gesamtströmungsanzeiger ]Al, eine Flip-Flop-Schaltung 142 und ein ausschließliches OR-Tor IA3 sind dann in genau der gleichen Weise verbunden wie sie vorstehend für die Strömungsgeschwindigkeitsanzeige beschrieben wurde. Bei dem zweiten Zähler I38 ist eine Rückstellfunktion vorgesehen, um eine Löschung früherer Zählungen vor Beginn einer neuen Gesamtaufrechnung zu bewirken. In Fig. 2 sind ein detailiertes Blockschema des gesamten Systems und die gegenseitigen Verbindungen seiner Hauptabschnitte zu sehen.

Die Arbeitsweise des Systems ist folgende: Ganz allgemein wird ein Sendesignal erzeugt, entgegen der Strömung gesendet, empfangen,durch Aufbereitung bearbeitet und zur Auslösung eines Sendesignals benutzt, das in Richtung mit der Strömung gesendet wird. Dieser Vorgang wird wiederholt, indem abwechselnd entgegen und mit der Strömung gesendet wird. Auf diese Weise entstehen Gegenstrom- und Mitstromsendewiederholgeschwindigkeiten, welche proportional sind den Frequenzen, die nachstehend als Gegenstrom- und Mitstromfrequenzen bezeichnet werden. Anhand von Fig. 3 soll die Erzeugung und der Empfang eines gesendeten Impulses

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erörtert werden. Angenommen, daß die Auf/Absteuerung aus dem Steuerabschnitt 17 die Sender-Ein-Sohuß-Vorrlchtung 21 wählt, so wird ein ins Positive gehender Rechteckimpuls an den Eingang des Sendeverstärkers 29 gelegt, ein ins Negative gehender Impuls aus der mit Hochspannung geregelten Quelle 44 wird auf den stromaufwärts angeordneten Wandler 33 in der Rohrwand 35 gerichtet. Die Dioden Dl und D2, siehe Fig. 4, erfüllen eine wichtige das Empfängerrauschen isolierende Punktion. In der beschriebenen Schaltung haben sie ein Anschlußpotential von 0,7 Volt, das vor Beginn der Leitfähigkeit überwunden werden muß. Jegliches Rauschen aus der Energiequelle 44 und dem übrigen Teil der Senderschaltung liegt unterhalb von 0,7 Volt.

Die auf das strömende Medium übertragene Energie wird von dem stromabseitigen Wandler 3^ empfangen und dem Eingang des EmpfangsVerstärkers 25 zugeführt. Der gleiohe Auf/steuerimpuls, der die Sender-Ein-Schuß-Vorrichtung 21 wählte, steuert auch die Analogsohalt-Steuerung 24 so, daß der Schalter am Ausgang des Empfangsverstärkers 25 geschlossen wird, während der Schalter am Ausgang des Empfangsverstärkera 26 im geöffneten Zustand gehalten wird. Somit wird der empfangene Impuls aus dem Verstärker 25 dem Tank- oder Oszillatorsohwingkreis 27 zugeführt, der auch unerwünschte Frequenzkomponenten in dem empfangenen Impuls nach Art eines Bandfilters unterdrückt. Der empfangene Impuls wird dann dem Empfänger 46 in

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dem Detektorabschnitt l6 zugeleitet.

Das empfangene Signal wird auch aus dem Oszillatorschwingkreis 27 zu einem Empfangsimpuls-Amplitudendetektor 59 geführt, der ein Spannungsvergleicher ist. Der Vergleicher 39 ist mit der Hoch/Niedrig-Signalsperre 40 verbunden, welche den Integrator 4l steuert* Der Integrator 41 steuert den Ausgangspegel des Hochspannungsreglers 44, der die Hochspannungssendeimpulse bildet. Dadurch wird eine AGC-Schleife gebildet, in der eine konstante Höhe der Empfangsimpulse eingestellt und aufrecht erhalten wird·

Der Ausgang des Integrators 4l wirkt auch in einen Vergleicher 45 hinein, der ein Ausgangssignal bildet, wenn der gesendete Impuls eine vorbestimmte Höhe erreicht. Der Ausgang des Vergleichers 45 betätigt einen Alarm, wenn ein hoher Pegel des übertragenen Impulses durch die AGC-Schleife infolge eines niedrigen empfangenen Impulspegels erzeugt wird, was ein Indiz für eine wahrscheinliche Störung in dem System ist.

Nachdem ein Impuls in Richtung stromabwärts gesendet ist, wählt die Auf/Absteuerung aus dem Steuerabschnitt 17 eine Sender-Ein-Schuß-Vorrichtung 22, um ein Eingangssignal an den Sendeverstärker 32 zu legen, der wiederum einen ine Negative gehenden Sendeimpuls hoher Spannung für den Wandler 24 erzeugt. Die Energie wird etwa in Richtung

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stromaufwärts gesendet und von dem Wandler 33 empfangen. Das empfangene Signal wird dem Empfangsverstärker 26 zugeleitet und gelangt Über den Schalter an den Ausgang des Verstärkers 26, der durch das gleiche Signal geschlossen ist, welches die Sender-Ein-Schuß-Vorrichtung 22 wählte, um das Sendesignal zu erzeugen. Der übrige Teil des Sende/ Empfangskreises funktioniert ebenso, ganz gleich, ob der Wandler 33 oder der Wandler J>k als Empfänger wirkt·

Es sei nunmehr der Detektorabschnitt 16 anhand von Fig. 4 betrachtet. Das empfangene Signal aus dem Sende/ Empfangsabschnitt 15 wird an den Eingang des Verstärkers 46 gelegt. Das empfangene Signal wird aufbereitet und an das Tor 58 gelegt, wie dies in der schon erwähnten frUheren Anmeldung erläutert wird· Der Empfangsartenschalter l6 liefert ein niedriges Eingangssignal an das NAND-Tor 59# wenn dieses mit Erde verbunden ist. Das Tor 59 bietet unter dieser Voraussetzung einen ständigen "Auf"-Zustand dar, so daß der Eingang des Tors 58 in seinen einen Zustand gestellt wird. Das Ausgangssignal aus dem Vergleicher 54 stellt das Tor 58 zurück und der nächste Impuls aus dem Überbrückungsvergl.eicher 57 zündet das Tor 58· Im Falle, daß strömende Medien zu viel Phasenrauschen in das Ausgangssignal des Überbrückungsvergleichers 57 injizieren, wird der Empfangsartschalter 60 geöffnet· Dadurch wird ein "Hoch"-Zustand an den einen Eingang des NAND-Tors 59 gebracht, wodurch es ermöglicht wird, ein niedriges Ausgangssignal zu dem eingestellten Eingang

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des Tors 58 jedesmal dann zu senden, wenn der Vergleicher 54 einen Impuls erzeugt. Der Impuls aus dem Vergleicher 54, der mit dem zurückgestellten Teil des Tors 58 verbunden ist, leitet das Ausgangssignal aus dem Tor 58 in·diesem Falle direkt ein.

Das Ausgangssignal aus dem Tor 58 entspricht der Ankunftszeit des empfangenen Impulses und wird dem Tor 62 zum Vergleich mit der Ankunftszeit des Bezugsimpulses aus dem Kontrollabschnitt 17 zugeführt. Der Bezugsimpuls wird durch einen ins Negative gehenden Impuls aus der Ein-Schuß-Vorrichtung 6j5 verzögert, die ein Eingangssignal an das Bezugsimpulstor 64 liefert. Das Tor 64 wird durch den Niedrig-Sendeimpuls aus dem Steuerabschnitt 17 zurückgestellt und zündet beim Ansteigen des Verzögerungsimpulses aus der Ein-Schuß-Vorrichtung 63, um den verzögerten Bezugsimpuls dem Vergleichertor 62 zuzuführen. Die Verzögerung wird sorgfältig eingestellt, so daß sie mit der Verzögerung zusammenpaßt, die dem verzögerten.Impuls auferlegt wird wie dies in der schon erwähnten früheren Anmeldung angegeben ist. Der empfangene Impuls aus dem Tor 58 wird auch dem Ladungsabgeber 6l zugeleitet· Der Ladungsabgeber erzeugt einen Impuls mit einer Breite, die sich von dem Ende des empfangenen Impulses bis zum Beginn des nächsten Schutzimpulses aus dem Steuerabschnitt 17 erstreckt· Das Früh/ Spät-Tor 67 enthält zwei NOR-Tore, welche die Ausgangssignale aus dem Vergleichertor 62 und dem Ladungsabgeber 6l .empfangen und ein Signal entweder an einer Früh- oder

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einer Spät-Ausgangsklemme bilden. Die Eingänge zu dem Tor 6? sind so verbunden, daß ein nach unten gehendes Signal an dem Früh-Ausgang erscheint, wenn das empfangene Signal an dem Vergleichertor 62 vor dem Bezugsimpuls aus dem Tor 6·!· eintrifft. Umgekehrt erscheint ein nach unten gehendes Gi.^ial an dem Spät-Ausgang des Tors 6¹J, wenn der empfangene Impuls später ist als der Bezugsimpuls„

Der Niedrig-Sendeimpuls wird auch zum Zurückstellen des zusätzlichen Tors 68 benutzt, das dann durch das Ausgangssignal aus dem Tor 58 gezündet wird. Der Hoch-Ausgangszustand des Tores 68 wird dem NO-Signaltor 66 zugeführt. Ein Ausrang aus dem NO-Signaltor 66 wird durch das Signal aus dem Tor 68 in einem Niedrig-Zustand gehalten. Der invertierte Schutzirapuls hält das gleiche Ausgangssignal aus dem Tor 66 niedrig, während das Tor 68 zurückgestellt wird« Ein ständiges Niedrig-Ausgangssignal aus dem Tor 66 bedeutet eine Anzeige für ein mit normaler Arbeitsweise empfangenes Signal und umgekehrt bedeutet ein Hoch-Ausgangssignal aus dem Tor 66. eine wahrscheinliche Störung, da die empfangenen Ausgangssignale nicht von dem Tor 58 erzeugt werden.

Der Niedrig-Sendeimpuls bewirkt auch die Rückstellung des Hoch/Niedrig-Detektors 50, Die Ausgangssignale aus dem Detektorverstarker 52a werden dem AGC-Steuervergleicher 48 und dem AGC-Rückstellvergleicher 65 zugeführt· Der Aus-

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BAD ORIGiNAL

gang des Steuervergleichers 43 ist mit dem Niedri[^/Hoch-Detektor 50 verbunden. Die Bezugsspannung an dem Steuervergleicher 48 ist kleiner als diejenige an dem Rückstellvergleicher 65. Wenn das Ausgangssignal aus dem Detektorverstärker 52a höher ist als das in dem Steuervergleicher 48 eingestellte Bezugssignal, erzeugt es ein an den Hoch/ Niedrig-Detektor 50 gerichtetes Signale Der Hoch/iliedrig-Detektor 50 liefert sein Ausgangssignal an das Integratortor 51 β Der Ausgang aus dem Tor 51 ist mit dem Eingang des Integrators 49 verbunden, wodurch sich ein Verstärkungsregelsignal aus dem Integrator 49 ergibt, das den Verstärkungsgrad des Verstärkers 46 verkleinert» Wenn der Ausgang aus dem Detektorverstärker 52a den eingestellten Bezugswert in dem Rückstellvergleicher 65 überschreitet, wird ein Ausgangssignal produziert, das, wenn es dem Integratortor 51 zugeführt wird, ein Ausgangssignal aus dem Tor 51 erzeugt, das den Integrator 49 ständig in einer solchen Richtung treibt, daß der Verstärkungsgrad des Verstärkers 46 vermindert wird. Dieser letztere Vorgang stellt eine Überlagerung für die Steuervergleicherfunktion dar* Das Integratortor 51 ist so eingestellt, daß der Verstärker 46 auf einen Zustand hohen Verstärkungsgrades gedruckt wird, bis er anderweitig durch den Steuervergleicher 48 oder den Rückstellvergleicher 65 dirigiert wird.

Es soll nunmehr die Arbeitsweise des SteuerabschnJ 17 anhand von Fig. 7 erörtert werden. Die Sperren 69 u

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enthalten je zwei Paare von NOR-Toren. Ein Früh- oder Spät-Signal, das aus dem Detektorabschnitt 16 kommt, hat die Form eines nach unten gehenden Impulses. Somit bringt eine Aufwärts-Anzeige aus der Auf/Ab-Steuerung 71, die tatsächlich ein Niedrig-Zustand ist, das erste Paar von NOR-Toren in der Sperre 69 zur Wirkung, während das gleichzeitige Hoch-Signal aus der Auf/Ab-Steuerung 71 zur Sperre 70 hin das erste Paar der darin enthaltenen NOR-Tore blockiert. Die Sperre 69 befindet sich nun in einem Zustand zur Leitung entweder eines Frühimpulses oder eines Spätimpulses zum Verstärker 72. Ein Frühimpuls wird an den invertierenden Eingang des Verstärkers 72 geleitet, ein Spätimpuls an den nicht invertierenden Eingang. Das Ausgangssignal aus dem Verstärker 72 wird an den invertierenden Eingang des Integrators 73 geleitet und bringt die Intergratorausgangsspannung zum Ansteigen im Falle eines früh empfangenen Impulses und zum Abfallen im Falle eines spät empfangenen Impulses.

Die Ausgangssignale aus dem ersten Paar von NOR-Toren in der Sperre 69 werden auch einem zweiten Paar darin enthaltener NOR-Tore derart zugeführt, daß ihre Ausgangszustände jedesmal geändert werden, wenn ein übergang zwischen einem Frühimpuls und einem Spätimpuls durch die Sperre 69 erfolgt. Die Sperre 70 funktioniert in gleichartiger Weise wie die Sperre 69, sie sendet einen Früh- oder Spätimpuls zu dem invertierenden bzw. nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 75, der wiederum ein Ausgangssignal erzeugt, das

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den Integrator 76 auf die gleiche Art und Weise antreibt, wie es für den Integrator 73 oben beschrieben wurde. Die Sperre 70 bewirkt auch eine ständige Zustandsänderung aus einem darin enthaltenen zweiten Satz von NOR-Toren, wenn ein konstanter übergang zwischen Früh- und Spätimpulsen erfolgt, die durch den Integrator 76 hindurchgehen. Die Zustandsänderungen aus den Sperren 69 und 70 als Ergebnis eines Früh/Spät-überganges werden beide einem Summations- und Alarmstromkreis 77 zugeleitet. Der Alarmkreis 77 enthält eine zurücktriggerbare Ein-Schuß-Vorrlchtung, die eine Alarmanzeige so lange ständig in einem "Auf'-Zustand hält wie beide Sperren 69 und 70 Zustandsänderungen in der Ein-Schuß-Periode der zurücktriggerbaren Vorrichtung hervorbringen. Im Falle, daß entweder die Sperre 69 oder die Sperre 70 keine Zustandsänderungen in einer solchen Periode hervorbringt, fällt das Alarmausgangssignal auf einen Niedrig-Zustand, wodurch eine Störung in dem System angezeigt wird.

In Fig. 12 ist eine zeitliche Kurvenbildkette für einen Teil des Steuerabschnitts 17 wiedergegeben. Eine Taktgebungsfrequenz 144 ist als relativ hohe Frequenz dargestellt, sie ist die künstlich hergestellte Frequenz f. oder fp, die in dem Syntheseabschnitt 18 erzeugt und mit dem Schaltkreis 78 verbunden wird. Der Schaltkreis 78 läßt entweder f^ oder f₂ durchgehen, je nach dem Zustand der Auf/Absteuerung 71. Wenn z.B. die Auf/Absteuerung 71 sich in dem Auf-Wahlzustand befindet, so läßt sie t^ durch den Schaltkreis 78 hindurch

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und blockiert f-, f\ wird dem Taktgeberkreiseingang des Teilers 83 zugeführt. Ein Wiederholgeschwindigkeitsimpuls 47 wird durch den Teilerkreis 83 erzeugt, der eine Periode von 128 Taktimpulsen hat. Ein zweiter Teilerausgangsimpuls iß erhebt sich am Ende der 128 Taktimpulse und fällt am Ende von 256 Taktimpulsen ab. Der zweite Te Heraus gangs impuls 148 wird mit dem Schutz- und Auf/Abeinleitungsimpulsgenerator 87 verbunden. Der Impulsgenerator 87 zündet beim Anstieg des Teilerausgangs 148 und endigt bei dem nachfolgenden Anstieg des Impulses 148, um den Impuls 149 zu bilden. Der Impuls 149 wird mit dem Schutz- und Auf/Abimpulsgenerator 88 verbunden. Der Impulsgenerator 88 bildet Ausgangsimpulse 150 und 153 beim Abfall des Impulses 149. Der Impuls I50 wird dem einen Eingang des Tors 89 zugeliefert· Der zweite Teilerausgangsimpuls 148.wird dem Bezugsimpulsgenerator 84 zugeführt und erzeugt ein Paar von Ausgangsimpulsen 154, 155 beim Abfall des Impulses 148. Der Impule 144 wird dem Sende/Empfangsabschnitt 15 zugeführt, um den Vergleicher während seiner Verweilzeit zur Wirkung zu bringen und die Hoch/Niedrigsignalsperre 40 zu erregen. Der Impuls 154 wird auch mit dem Detektorabschnitt 16 verbunden, wo er bearbeitet und hinsichtlich seiner Zeitphase mit dem verarbeiteten empfangenen Impuls verglichen wird. Der Impuls 155 aus dem Bezugsimpulsgenerator 84 wird auf den zweiten Eingang des Tors 89 gerichtet. Der Impuls 150 kehrt auf einen niedrigen Zustand zurück, während der Impuls 155 sich in einem niedrigen Zustand befindet und ein Signal aus dem NOR-Tor

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89 erzeugt, daß das Wiederholgeschwindigkeitstor 90 zurückstellt, welches wiederum beim nächsten Anstieg des Wiederholgesehwindigkeitsimpulses 147 zündet. Das Ausgangssignal aus dem Tor 90 ist als die Spitze 156 dargestellt und mit dem Sendeimpulsgenerator 182 verbunden. Ein Niedrig-Sendeimpuls 159 und ein Hoch-Sendeimpuls l60 erscheinen unmittelbar an den Ausgängen des Sendeimpulsgenerator 82. Der Niedrigsendeimpuls 159 stellt unmittelbar die Teiler 83 zurück und beginnt eine neue Folge für den Wiederholgeschwindigkeitsimpuls 147 und den Ausgangsimpuls 148 am zweiten Teiler. Er stellt auch den Schutz- und Auf/Ab-Anfangsimpuls 149 sowie die Hoch/Niedrig-Bezugsimpulse 154 und 155 auf ihre Normalzustände zurück.

Der Auf/Ab-Impuls 153 wird mit der Auf/Ab-Steuerung 71 verbunden· Der Impuls 153 steigt vor dem Zeitpunkt der Erzeugung der Sendeimpulse 159 und I60. an. Dadurch werden die Ausgangssteuerzustände an der Auf/Ab-Steuerung 71 geändert, wi· dies durch den Aufwärts-Steuerimpuls I6I und den Abwärtssteuerimpuls 162 gezeigt wird. Somit wird die Auf/Ab-Steuerung 71 herumgedreht, um die richtigen Schalter zu betätigen und einen Wechsel der Senderichtung zu ermöglichen, bevor der nachfolgende Sendeimpuls I60 erzeugt wird.

Der Wlederholgeschwindigkeitsimpuls 147 wurde ausgewählt, um mit einer bestimmten Geschwindigkeit bezogen auf die Takt-

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frequenz f^ oder f_? zurückzulaufen zu dem Zweck, einen Sendeimpuls 16O an einem Zeitpunkt zu liefern, wenn Echos in dem strömenden Medium aufgrund der vorhergegangenen Sendeimpulse einen minimalen Wert haben. Bei dieser Ausführungsform befinden sich die Sendeimpulse, in einem Zeitabstand vom 2,75-fachen der Zeitspanne, die für die Energieimpulse erforderlich ist, um durch das Medium fortgepflanzt zu werden. Es ist zu sehen, daß sämtliche in Fig. 12 dargestellten Impulse wenngleich sie alle hinsichtlich ihrer Breite oder Rücklaufzeit verschieden sind, genau im selben Verhältnis zueinander in dieser Hinsicht verbleiben, da sie alle direkt oder indirekt durch die Taktfrequenzen f^ oder f₂ beherrscht werden. So wird dieselbe Schaltung benutzt und es werden dieselben Impulsbeziehungen erhalten für Rohre kleinen oder großen Durchmessers oder für Medien mit in weitem Maßstab verschiedenen Schallgeschwindigkeiten.

Die Funktionseigenschaften des Syntheseabschnitts 18 des Systems sollen anhand von Fig. 9 erläutert werden. Die beiden Integratoren 73 und 76 aus dem Steuerabschnitt 17 liefern Eingangssignale an die Summenschaltung 93· Solange die Ausbreitungsgeschwindigkeit in dem Medium nicht durch irgendeine Änderung der Mediumeigenschaften geändert wird, schwanken die Ausgangssignale der Integratoren 73 und 76 in gleicher Weise in entgegengesetzten Richtungen. Ihr Mittelwert bleibt also konstant gleich null und der Ausgang der Summenschaltung 93 liefert keinen Antrieb für

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den Integrator 94, Tritt aber eine Änderung der Mediumschallgeechwindlgkeit auf, so liefert einer der Integratoren 73 oder 76 ein größeres Ausgangssignal in einer Richtung als es bei dem anderen in der entgegengesetzten Richtung der Fall ist. Dies ergibt einen Anstieg bzw. eine Änderung des Mittelwerts aus dem Summenstromkreis 93, so daß ein Antrieb für den Integrator 94 geliefert wird. Der Integrator 94 zeigt dann eine Änderung seines Ausgangssignals, das zu dem Eingang erst Hochfrequenz VCO 19 geliefert wird und dessen Ausgangsfrequenz ändert. Die Ausgangsfrequenz des VCO 19 ist konstant für konstante Ausbreitungs- oder Portpflanzungsgeβchwindigkeiten in dem strömenden Medium. Sie steigt aber an für höhere Portpflanzungsgeschwindigkeiten und fällt bei niedrigeren Portpflanzungsgeschwindigkeiten. Sie ist daher eine der Portpflanzungsgeschwindigkeit in dem strömenden Medium proportionale Größe.

In Fig. 15 ist die Ausgangsfrequenz I65 aus dem VCO gezeigt. Die Frequenz I65 wird einem Frequenzteiler 96 zugeliefert, wo die Frequenz I65 um den Paktor 4 reduziert und zwei Ausgangsfrequenzen in Quadratur, d.h. phasenverschoben erzeugt werden. Die Frequenzteilung und Quadratur wird auf folgende Weise erhalten. Ein in dem Teiler 96 enthaltener flankengetriggerter Multivibrator empfängt die Frequenz I65 und erzeugt Ausgangssignale von entgegengesetzter Polarität 166 und I67, die beim Anstieg des Impulses I65 eingeleitet und beendet wird. Der Impuls I67 wird einem

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zweiten flankengetriggerten Multivibrator in dem Teiler zugeleitet, der die Impulse I68 und I7I beim Anstieg des Impulses I67 erzeugt. Der Impuls I66 wird einem dritten flankengetriggerten Multivibrator in dem Teiler 96 zugeleitet, der beim Anstieg des Impulses 166 gezündet wird und Ausgangssignale 172 und 173 hervorbringt. Die Ausgangssignale 168 und 172 sind um 90° phasenverschoben. Der Impuls 168 kann als cos 0 und der Impuls 172 als sin 0 bezeichnet werden. Die von den flankengetriggerten Multivibratoren erzeugten Impulse 168 und 172 sind kreuzweise so gekoppelt, daß sie eine konstante Phasenbeziehung gewährleisten und eine Quadratur- oder Phasenverschiebungsinversion verhindern. Der Impuls I68 wird dem Eingang des Modulators 100 und der Impuls 172 dem Eingang des Modulators 99 zugeführt.

In Fig. 13 ist die Synthese der Differenzfrequenz gezeigt. Die Schalter 101 sind mit voll gezeichneten Linien 174 für den unteren 177 für den oberen Schalter in ihrem geschlossenen Zustand dargestellt. Im Zeitpunkt null sind die oberen Schaltkontakte 8 und 7 geschlossen. Dadurch wird das Ausgangssignal des Integrators 73 dem Schnellintegrator

102 zugeführt. Ferner sind im Zeitpunkt null die Schaltkontakte 3 und 2 geschlossen, wodurch das Ausgangssignal des Integrators 76 an den Eingang des Schnellintegrators

103 gelegt wird. Der Schnellintegrator I03 erzeugt ein Ausgangssignal 178, das von null aus im Zeitpunkt t auf seinen Sättigungspunkt ansteigt. Der Ausgang des Schnell-

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integrators 102 wird an den Eingang des Vergleichers 107 gelegt und verursacht ein Ausgangssignal I83 von dort, wenn der Integratorausgang 178 eine voreingestellte Vergleicher^wEin*Spannung durchläuft. Das Ausgangssignal I83 wird an den Steuerschalter 110 gelegt, der die Sehaltkontakte 3 und 2 öffnet und die Kontakte 14 und 1 schließt, wie dies durch das Schalterschließdiagramm .174 in Pig» 13 veranschaulicht wird. An diesem Punkt wird das Ausgangssignal aus dem Integrator 73 dem Eingang des Schnellintegrators I03 zugeführt und der letztere beginnt eine zunehmende Ausgangsspannung hervorzubringen bis diese ihre obere Sättigungsgrenze erreicht, wie dies die Wellenform 179 veranschaulicht. Wenn der" Integratorausgang 179 seinen oberen Sättigungswert erreicht, durchläuft er eine voreingestellte Vergleicher-"Ein"-Spannung, die an dem Vergleicher 108 eingestellt ist. An diesem Punkt erzeugt der Vergleicher 108 ein Ausgangssignal 180, das dem Steuerschalter 111. zugeführt wird und die Kontakte 8 und 7 öffnet und die Kontakte 5 und 6 schließt, wie dies das Schalterschließdiagramm 177 in Fig. I3 unten zeigt. Damit wird das Ausgangssignal des Integrators 73 von dem Eingang des Schnellintegrators 102 weggenommen und durch das Ausgangssignal aus dem Integrator 76 ersetzt. Der Schnellintegrator 102 beginnt somit sein Ausgangssignal bis zu der unteren Sättigungsgrenze abnehmen zu lassen, wie dies die Wellenform I78 veranschaulicht. Wenn die Wellenform 178 ihren unteren Sättigungswert erreicht, durchläuft

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sie eine vorgestellte Vergleicher-Aus-Spannung, welches Ausgangssignal aus dem Vergleicher 107 beendet, wie es die Wellenform 183 zeigt. Dieses Signal wird wiederum von dem Steuerschalter 110 übernommen, der die Schaltkontakte 14 und 1 öffnet und die Kontakte. 3 und 2schließt. Der Integrator 73 wird von dem Eingang des Schnellintegrators 103 weggenommen und der Ausgang aus dem Integrator 76 daran angelegt. Die Wellenform 179 beginnt abzunehmen, indem sie eine voreingestellte Vergleicher-Aus-Spannung durchläuft und das Ausgangssignal aus dem Vergleicher 108 beendet, wie es die Wellenform l80 zeigt. Der Vergleicherausgang l80 wiederum bewirkt die Rückstellung der Schaltkontakte 8 und 7 in den geschlossenen und der Kontakte 5 und 6 in den offenen Zustand, und zwar durch die Wirkung des Steuerschalters 111. Diese Folge wird wiederholt, um die beiden Wellenformen 178 und 179 zu bilden, welche als cos 0 bzw. sin GJ bezeichnet sind. Der cos 0 wird dem Modulator 99 und der sin 0 dem Modulator 100 zugeleitet.

Anhand von Fig. 14 wird nun die Art und Weise, in welcher die Datenfrequenz erhalten wird beschrieben. Das Ausgangssignal 183 aus dem oberen Vergleicher 107 und das Ausgangssignal 180 aus dem unteren Vergleicher 108 werden einem Kreis 119 zugeführt, der bei dieser Ausführungsform die Frequenz der Wellenformen I80 und I83 mit dem Faktor 4 multipliziert. Die Ausgangssignale werden zuerst dem Eingang eines ausschließlichen OR-Tors zugeführt, das den Impuls 184 erzeugt, wenn

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die Ausgangssignale l80 und I83 sich in verschiedenen Zuständen befinden. Das Ausgangssignal 184 hat wie ersichtlich die doppelte Frequenz wie die Impulse 18O und I83, da die letzteren um 90° phasenverschoben sind. Der Impuls 184 wird dem einen der Eingänge eines anderen ausschließlichen OR-Tors in dem Vervielfältigerkreis 119 zugeführt, der zugleich an einem anderen seiner Eingänge mit einem konstanten Niedrigzustand gespeist wird. Dadurch ergibt sich das Ausgangssignal I85, das lediglich eine Umkehrung des Impulses 184 darstellt. Der Impuls I85 wird einem dritten ausschließlichen OR-Tor in dem Kreis II9 zugeführt und auch über eine Reihe von drei Invertern zurück zu einem zweiten Eingang des dritten OR-Tors geleitet. Die drei Inverter verursachen eine sehr kleine Zeitverzögerung des zweiten Eingangssignals an dem dritten Tor, wie es der Impuls 186 veranschaulicht. So wird die Spitze I90 an dem Ausgang des dritten ausschließlichen OR-Tors erzeugt, das wie ersichtlich die vierfache Frequenz hat im Vergleich zu der Trapezfrequenz der Vergleicherausgangssignale I80 und I83. Die Spitze I90 wird der Ein-Sehuß-Vorrichtung 120 zugeführt, welche Ausgangssignale 191 bei der gleichen Frequenz wie die Spitze I90, aber von konstanter Impulsbreite und Amplitude hervorbringt und somit eine konstante Ladung in jedem Impuls führt.

Der Flußrichtungsphasendetektor 117 1st ein flankengesteuerter Multivibrator, der das invertierte Eingangssignal des Vergleichers 107 als sein Taktgebereingangssignal und

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das invertierte Ausgangssignal des Vergleichers 108 als sein Dateneingangssignal empfängt. Für die normale vorwärtsgerichte te Strömung führt das Taktgebereingangssignal das Dateneingangssignal, das einen normalerweise niedrigen Zustand an dem Plußrichtungsausgang herstellt, der mit dem ausschließlichen OR-Tor 118 verbunden ist. Ein Hoch- oder Aufwärts-Zustand wird dem anderen Eingang des Tors 118 zugeführt und bildet eine Aufwärts-Anzeige an dem Ausgang des Tors 118 für die normale vorwärtsgerichtete Strömung. Es ist ersichtlich, daß wenn das Dateneingangssignal das Taktgebereingangssignal zu führen beginnt, das nachfolgende Flußrichtungsausgangssignal zum Tor 118 hin einen Aufwärtszustand darstellt, der ein Ausgangssignal mit Abwärtszustand aus dem Tor 118 ergibt, welches die umgekehrte Flußrichtung anzeigt.

Die Gegentaktmodulatoren 99 und 100 unterdrücken beide die Trägerfrequenz β und die Modul at ions frequenz 0, und sie erzeugen die Summenfrequenz und die Differenzfrequenz an ihren Ausgängen. Dies wird durch die nachstehenden Beziehungen veranschaulicht :

CO3 0 sin 0 - 1/2 sin(Q+0) - sin (0 - 0) sin 0 cos 0 = 1/2 sin(0-0) + sin (0 - 0)

Die linearen Frequenzmischer 112 nehmen die Ausgangssignale aus den Gegentaktmodulatoren in den folgenden Kombinationen auf, die den unten angegebenen Größen äquivalent sind.

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cos 0 sin 0 - sin 9 cos 0 = -sinCO-0)

-cos 0 sin 0 + sin 0 cos 0 = sin(Q-0)

sin θ cos 0 + cos θ sin 0 = sin(O+ 0)

. -cos 0 sin 0 - sin θ cos 0 = -sin(O+0)

Wenn die nachstehende Beziehung für die Stromaufwärts- oder Gegenstromfrequenz gilt

Ö - 0 = f ₁

und die folgende Beziehung für die Stromabwärts- oder Mitstrorafrequenz eingehalten wird

G + 0 = f₂
so gilt folgendes:

^fl - ^f 2 = ^K0
fj + f₂ = KO

Da 0 eine unterharmonische der Ausgangsfrequenz des VCO 19 ist, ist die Ausgangsfrequenz des VCO 19 proportional der Summenfrequenz oder der Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit durch ein stillstehendes Medium. In gleicher Welse ist 0, da es die Datenausgangsfrequenz ist, ein der Differenzfrequenz proportionales Signal, das eine Anzeige der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums liefert.

Die Tiefpaßfilter 113 und 114 enthalten überbrückungsspannungsvergleicher, welche die gemischten Frequenzen aufnehmen und an ihrem Ausgang Rechteckwellen erzeugen. Die Riffelung an dem Mlschfrequenzeingangssignal wird auf diese Weise entfernt, so daß nur die Frequenz f^ am Ausgang des

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Tiefpaßfilters 113 zurückbleibt, welche proportional ist der Schallgeschwindigkeit in Stromaufwärtsrichtung sowie die Frequenz fp an dem Ausgang des Tiefpaßfilters 114, welche proportional ist der Schallgeschwindigkeit in Richtung stromabwärts.

Nunmehr soll die Wirkung des Zeiteichkreises anhand von Fig. 11 erläutert werden. In das nur zur Ablesung dienende Gedächtnis (ROM = read only memory) 125 wird ein Programm hineingeschaltet, das eine Zahl darstellt, welche einer gewünschten Eichung der Datenimpulse aus der Ein-Schuß-Vorrichtung 120 entspricht. Diese Zahl aus dem in dem ROM 125 enthaltenen Programm wird einem Addierer 126 präsentiert. Die Summe der Programmzahl und der Zahl aus dem Speicher 130 wird an den Eingang der Sperre 129 geleitet. Der nächste Datenfrequenzimpuls, welcher die Sperre 129 erreicht, überträgt die Summe aus dem Addierer 126 über die Sperre 129 auf dem Sammler 130. Dieser letztere Wert wird zudem schon in dem Sammler 130 vorhandenen Wert addiert und augenblicklich zu dem Addierer 126 zurückgesandt. Der gespeicherte Wert und die Zahl aus dem Programm in. dem ROM 125 werden addiert und die Summe wird sogleich unmittelbar dem Eingang der Sperre 129 zugeführt. Die nächste Ankunft eines Datenfrequenzimpulses überträgt die neue Summe auf den Sammler I30 wie vorher.

Die normale Flußrichtung veranlaßt den Auf/Abzähler in dem Qesamtfluß-Kreis eine Aufrechnung durchzuführen und

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-HO-

die Gesamtströmung an der Anzeigetafel I4l wiederzugeben, bis der Auf/Abzähler I38 zurückgestellt wird. Im Falle einer Flußrichtungsumkehr verursacht das Signal, das aus dem ausschließlichen OR-Tor 118 kommt, welches mit dem ausschließlichen OR-Tor 143 verbunden ist, eine Änderung des Ausgangszustandes des Tors 143, durch welche der Auf/Abzähler I38 so eingestellt wird, daß er nach abwärts zählt. Die Anzeigetafel 141 zeigt dann eine Abnahme der Gesamtströmung bis diese den Wert null erreicht. An diesem Funkt wird ein Leihsignal zu dem Multivibrator 142 gesandt, was zur Folge hat, daß ein Minuszeichen auf der Anzeigetafel l4l erscheint, und einen der Eingangszustände am Tor 143 ändert. Dadurch wird der Ausgangszustand des Tors 143 zurückgestellt und der Zähler I38 dazu gebracht, wieder zu der Arbeitswelse Aufrechnen zurückzukehren. Die Aufrechnung wird der Anzeigetafel l4l zugeleitet, wo infolge der Anwesenheit des Minuszeichens der umgekehrte Gesamtfluß angezeigt wird.

Bei einer zweiten möglichen Ausführungsform der Erfindung 1st der vorher beschriebene Syntheseabschnitt 18 nicht vorhanden. Diese abgewandelte Ausführungsform enthält alle Merkmale des Systems wie vorher beschrieben, benutzt aber zwei getrennte spannungsgesteuerte Oszillatoren, um Gegenstrom- und Mitstromfrequenzen zu erzeugen. Wie Fig. 16 zeigt, ist ein Sende/Empfangsabschnitt 201 vorhanden, welcher Signale zu den in Verbindung mit dem strömenden Medium stehenden Wandlern 202 und 203 in der Wandung des Rohrs 204 sendet oder

- Hl -

von diesen Wandlern empfängt. Das empfangene Signal wird einem Detektorabschnitt 206 zugeführt, das wiederum Früh- und Spät-Signale zu einem Steuerabschnitt 205 wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform leitet. Die Ausgangssignale aus dem ersten und zweiten Integrator des Steuerabschnitts 207 werden einem ersten und einem zweiten spannungsgesteuerten Oszillator 208 bzw. 209 zugeleitet. Die Ausgangsfrequenzen aus den VCO 208 und 209 werden zu dem Steuerabschnitt 207 zurückgeführt und wie bereits beschrieben benutzt, und sie werden außerdem einem Gegentaktmodulator 211 zugeleitet, der die Summenfrequenz und die Differenzfrequenz hervorbringt, welche der Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit bzw. der Strömungsgeschwindigkeit proportional sind. Die Ausgangsfrequenzen des Modulators 211 werden zu dem Hochpaßfilter 212 und dem Tiefpaßfilter 213 gesandt, in denen die Träger- und Modulationsbestandteile in den Summen- und Differenzfrequenzen beseitigen.

Ein Exemplar der bevorzugten Ausführungsform wurde nach den hier gemachten Angaben praktisch ausgeführt und dazu benutzt, die Geschwindigkeit der SchallfortpfLanzung und die Geschwindigkeit und Menge der Strömung von Wasser in Rohrleitungen verschiedener Abmessungen zu messen. Die dabei benutzte Schaltung war diejenige, die in den Figuren 4, 6, 8 und 10 gezeigt ist.

Fig. 4 zeigt die Schaltungseinzelheiten in dem Sende/ 509807/0933

Empfangsabschnitt 15· Dieser Abschnitt der Schaltung erzeugt die Hochspannungssendeimpulse, empfängt die Impulse aus dem als Empfänger wirkenden Wandler, bildet eine erste Verstärkerstufe für die empfangenen Impulse und bewirkt eine Reglerfunktion für die Hochspannungssendeimpulse. Fig. 6 zeigt ein Schema des Detektorabschhitts 16 des Systems. Das empfangene Signal wird in diesem Teil der Schaltung verarbeitet oder aufbereitet. Es wird ein Triggersignal erzeugt, wie schon In der erwähnten früheren Anmeldung angegeben und es wird eine Bestimmung, ob früh oder spät, für das empfangene Signal getroffen. Fig. 8 zeigt ein Schema des Steuerabschnitts 17 des Systems. Die Früh- und Spätsignale werden in diesem Teil der Schaltung in Steuersignale transformiert und es wird die Zeitfolge für die Auf/Ab-, die Schutz-, die Bezugsund die Sendesteuersignale festgelegt. Fig. 10 zeigt schematisch den Syntheseabschnitt 18 des Systems. Die Stromab- und Stromauffrequenzen f^ bzw. f„ werden künstlich hergestellt und die bei ihrer Synthese benutzten Signalfrequenzen sind dabei proportional der Summenfrequenz und der Differenzfrequenz. Es eine Flußrichtungsanzeige vorgesehen und diese ist notwendig, um nur einen VCO verwenden zu müssen.

Das vorstehend beschriebene System erwies eine Meßfähigkeit bei Rohrdurchmessern bis herab zu 1/8 Zoll = 3,175 mm, wobei Strömungsmessungen bis herab zu 0,008 Fuß pro Sekunde s 0,0024384 m/sec und eine Auflösung oder Genauigkeit der Schallgeschwindigkeit von einem Teil in 5000 möglich waren.

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Das System ist für Messungen in beiden Richtungen geeignet, ist umkehrbar, weist keine Sperrung bei der Strömung null auf, bildet unabhängige Schallgeschwlndigkeits- und Strömungsdaten, kann mit selbsttätigen Alarmsteuerungen für Nachlauf-Verluste, für zu niedrige empfangene Signalpegel und für Nichtempfang eines Signals versehen werden und sorgt außerdem für eine Unterdrückung des Sendeimpulsechos.

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Claims

Patentansprüche

(l.) Verfahren zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums und der Portpflanzungsgeschwindigkeit von Schall in diesem Medium unter Verwendung mindestens eines Paares von mit dem Medium in Verbindung stehenden Ultraschallenergiewandlern, die sowohl als Sender als auch als Empfänger arbeiten können, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sendeimpuls und ein Bezugsimpuls erzeugt werden, der Sendeimpuls abwechselnd entgegen und mit der Richtung der Strömung des Mediums gerichtet, empfangen und die Phase des empfangenen und des Bezugsimpulses verglichen und ein von dem Phasenvergleich abhängiges Signal erzeugt wird, daß ferner auf das phasenabhängige Signal ansprechende, den Schallgeschwindigkeiten entgegen und mit dem Strom proportionale Signale erzeugt werden, die proportionalen Signale summiert werden und mit der Summe ein spannungsgesteuerter Oszillator gesteuert wird, daß ein die proportionalen Signale benutzende Differenzfrequenz erzeugt und mit der Oszillatorfrequenz kombiniert wird, um Gegenstrom- und Mitstrom-Schallgeschwindigkeitssignale künstlich herzustellen, und daß auf diese Schallgeschwindigkeitssignale ansprechende Steuersignale erzeugt werden, die dazu dienen, eine konstante Zeitbeziehung zwischen sämtlichen Systemsignalen für veränderliche Mediumeigenschaften und Strömungswege von verschiedener Abmessung aufrecht zu erhalten.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Erzeugung eines von dem Phasenvergleich abhängigen Signals und der Erzeugung den Schallgeschwindigkeiten entgegen und mit dem Strom proportionaler Signale in der Weise ausgeführt wird, daß mit der Strömungsrichtung empfangene Signale in einen ersten Kanal und entgegen der Strömungsrichtung empfangene Signale in einen zweiten Kanal geleitet werden, daß je ein Impuls von einer Polarität für den die Empfangsimpulsphase führenden Bezugsimpuls und von der entgegengesetzten Polarität für die Bezugsimpulsphase führenden empfangenen Impuls erzeugt und in den ersten Kanal zu einem ersten Integrator und in den zweiten Kanal zu einem zweiten Integrator geleitet werden, wobei mittels der Integratoren eine Impulssummierung vorgenommen und den Mitstrom- bzw. Gegenstrom-Schallgeschwindigkeiten proportionale Ausgangssignale gebildet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Erzeugung einer Datenfrequenz unter Benutzung der proportionalen Signale in der Weise ausgeführt wird, daß diese Signale in einen ersten und in einen zweiten Schnellintegrator geleitet, diese mit je einem ersten und einem zweiten Spannungsvergleicher verbunden, das Ausgangssignal aus dem ersten Spannungsvergleicher zum abwechselnden Schalten des proportionalen Gegenstrom- und Mitstromsignals an den Eingang des zweiten Schnellintegrators geleitet und das Ausgangssignal aus

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dem zweiten Vergleicher zum abwechselnden Schalten des proportionalen Gegenstrom- und Mitstromsignals an den Eingang des ersten Schnellintegrators geleitet und die Ausgangssignale des ersten und des zweiten Vergleichers miteinander kombiniert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinierung der Ausgangssignale des ersten und zweiten Vergleichers durch Multiplizieren ihrer Frequenzen vorgenommen und dadurch eine Datenfrequenz gebildet wird, und daß zur Erleichterung der Datenreduktion eine konstante Datenfrequenzimpulsladung gebildet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinierung der Datenfrequenz und der Oszillatorfrequenz in der Weise durchgeführt wird, daß die Oszillatorfrequenz in zwei um 90° phasenverschobene Ausgangssignale unterteilt, die Datenfrequenz und die unterteilte Oszillatorfrequenz einem ersten und einem zweiten Gegentaktmodulator zugeführt und deren Ausgangssignale miteinander gemischt werden, um eine Summenfrequenz und eine Differenzfrequenz von Oszillator- und Datenfrequenz zu erhalten, derart, daß die Gegentaktmodulatorausgangsfrequenzen der Gegenstrom- und Mitatromschallgesehwindigkeit proportional sind.
6. Meßsystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-5 mit einem ersten und einem zweiten Wandler,

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die längs der Strömungsrichtung des Mediums in einem Abstand voneinander so angeordnet sind, daß sie mit dem Medium in Verbindung stehen, einer Einrichtung zur Erzeugung von den Wandlern durch das Medium zu sendender Signale, und einer Einrichtung zum Empfang von den Wandlern abgefühlter Signale, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Vergleich der Phasen des Ausgangssignals und des Bezugssignals und Bildung eines phasenabhängigen Signals, eine auf dieses ansprechende Einrichtung zum Erzeugen von Signalpegeln, welche der Gegenstrom- und Mitstromschallgeschwindigkeit proportional sind, eine auf diese Signalpegel ansprechende Einrichtung zur Bildung von Frequenzen, die der Gegenstrom- und Mitstromschallgeschwindigkeit proportional sind, eine diese Frequenzen zur Sendung abwechselnd durch den ersten und den zweiten Wandler sowie zum Empfang abwechselnd durch den ersten und den zweiten Wandler benutzende Steuereinrichtung und eine Einrichtung zum Kombinieren der Frequenzen derart, daß eine der Schallgeschwindigkeit in dem Medium proportionale Summenfrequenz und eine der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums proportionale Differenzfrequenz erhalten werden.
7. Meßsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zur Erzeugung von Frequenzen, welche den Gegenstrom- und Mitstromschallgeschwindigkeiten proportional sind, zwei spannungsgesteuerte Oszillatoren vorgesehen sind, welche die mit dem Strom bzw. gegen den Strom gesendeten Signale aufnehmen, und daß als Einrichtung «um Kombinieren

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dieser Frequenzen ein Gegentaktmodulator vorgesehen ist, der dazu dient, eine Summenfrequenz, die proportional ist der Schallgeschwindigkeit in dem Medium, und eine Differenzfrequenz zu bilden, welche eine Anzeige für die Strömungsgeschwindigkeit darstellt.
8. Meßsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bildung von Frequenzen, die den Gegenstrom und Mitstromgeschwindigkeiten des Schalles proportional sind, und die Einrichtung, welche diese Frequenzen kombiniert, einen spannungsgesteuerten Oszillator, eine Einrichtung zur Steuerung von dessen Ausgangsfrequenz unter Benutzung der Signalhöhen, welche der Schallgeschwindigkeit proport&al sind, zur Bildung der Summen frequenz, eine Einrichtung zur künstlichen Herstellung einer Datenfrequenz unter Verwendung der der Schallgeschwindigkeit proportionalen Signale zur Bildung der Differenzfrequenz und eine Einrichtung zum Kombinieren der Oszillatorfrequenz und der Datenfrequenzen umfaßt.
9. Meßsystem nach einem der Ansprüche 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung, welche die Frequenzen benutzt um eine Sendung bzw. einen Empfang abwechselnd mittels des ersten und des zweiten Wandlers durchzuführen, eine Schaltung aufweist, die auf eine vorbestimmte Zahl von Perioden der Gegenstrom- und Mitstromfrequenzen anspricht und eine Auf/Ab-Steuerung ermöglicht, ferner eine erste, für die Auf/Ab-Steuerung empfindliche Schaltvorrich-

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tung zur abwechselnden direkten Sendung der auf den ersten und zweiten Wandler zu übertragenden Signale, einen zweiten und ersten Vorverstärker zur Aufnahme der von dem zweiten bzw. ersten Wandler abgefühlten Signale, eine zweite für die Auf/Ab-Steuerung empfindliche Schaltvorrichtung zur Steuerung der Ausgangssignale abwechselnd aus dem zweiten und ersten Vorverstärker und einen Triggerkreis zur Bestimmung der Phase der empfangenen Signale, dessen Ausgang mit der Einrichtung zum Vergleichen der Phasen des empfangenen Signals und des Bezugssignals verbunden ist.
10. Meßsystem nach einem der Ansprüche 8 oder 9» gekennzeichnet durch eine automatische Verstärkungsregelung für die Sendesignale, die auf die Amplitude der empfangenen Signale anspricht und eine Spannungsvergleichereinrichtung, die auf ein Sendesignal mit vorbestimmter Amplitude anspricht und dazu dient, ein niedriges empfangenes Signal anzuzeigen, eine Alarmvorrichtung zu betätigen und die Daten au3 den Oszillator- und Datenfrequenzen zu sperren.
11. Meßsystem nach einem der Ansprüche 6,8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Phasenvergleich de3 empfangenen Signals und des Bezugssignals sowie zur Erzeugung eines phasenabhängigen Signals zwei Schaltungsausgänge hat und so ausgebildet ist, daß das Ausgangssignal aus dem einen von dem Phasenvorläuf oder Nachlauf des empfangenen Signals gegenüber dem Bezugssignal ■

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abhängig ist, und daß die Einrichtung, die auf das phasenabhängige Signal anspricht, um Signalhöhen proportional zu der Gegenstrom-bzw. Mitstromschallgeschwindigkeit zu erzeugen, eine Schaltung aufweist, die dazu dient, einen Signalpegel hervorzubringen, dessen Polarität durch das eine dieser Ausgangssignale sowohl für Gegenstrom- und MitStromsendungen bestimmt wird und den Signalpegel, der eine Polarität getrennt sowohl für Gegenstrom-und Mitstromsendungen aufweist, zu integrieren.
12. Meßsystem nach einem der Ansprüche 6, 8,.9» 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen der durch die Wandler zu sendenden Signale und die Einrichtung zum Aufnehmen der von den Wandlern abgefühlten Signale eine Schalteinrichtung aufweist, die zur Leitung der Sendesignale zu dem ersten Wandler dient, ferner eine Einrichtung zum Aufnehmen und Formen eines allgemein stromabwärts gesendeten Signals und eine Einrichtung zur Verwendung des geformten Signals zum Betätigen der Schaltvorrichtung, welche den nachfolgenden Sendeimpuls zu dem zweiten Wandler für die Sendung allgemein stromaufwärts leitet.
13, Meßsystem nach einem der Ansprüche 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Steuern der Ausgangsfrequenz aus dem spannungsgesteuerten Oszillator einen Summierstromkreis aufweist, der die Signalhöhen aufweist, welche proportional den Gegenstrom- und Mitstromschallgeschwindigkeiten

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sind, ferner einen Integrator, der auf das Ausgangssignal des Summierkreises anspricht und in den sρannungsgesteuerten Oszillator hineinarbeitet, derart, daß am Ausgang dieses Oszillators eine dem Integral des Ausgangssignals des Summierkreises proportionale Änderung herbeigeführt wird. ·
14. Meßsystem nach einem der Ansprüche 8- 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur künstlichen Herstellung (Synthese) einer Datenfrequenz, welche die der Schallgeschwindigkeit proportionalen Signale ausnutzt, einen ersten und zweiten Integratorkreis aufweist, der dazu dient, die Signale, welche der Schallgeschwindigkeit gegen den Strom und mit dem Strom proportional sind, aufzunehmen, ferner einen ersten und zweiten Vergleicher zur Aufnahme der Ausgangssignale des ersten bzw. des zweiten Integrators, eine Schalteinrichtung, welche dazu dient, das der Gegenstromfrequenz proportionale Signal abwechselnd dem ersten und zweiten Integrator zuzuführen und von "dem zweiten Vergleicher betätigt wird, eine Schaltvorrichtung, die dazu dient, daß der Mitstromfrequenz proportionale Signal abwechselnd an den ersten und zweiten Integrator zu legen und von dem Ausgangssignal aus dem ersten Vergleicher betätigt wird und einen Frequenzvervielfacherkreis zur Aufnahme der Ausgangssignale aus dem ersten und zweiten Vergleicher um eine die Strömung anzeigende Frequenz zu bilden.
15, Meßsystem nach einem der Ansprüche 8-14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Kombinieren der

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Oszillatorfrequenz und der Datenfrequenz einen Frequenzteiler aufweist, der dazu dient, das Ausgangssignal aus dem spannungsgesteuerten Oszillator aufzunehmen, zwei um 90 phasenverschobene Ausgangssignale aus dem Frequenzteiler, einen ersten und einen zweiten Gegentaktmodulator, zwei um 90 phasenverschobene Ausgangssignale aus der Einrichtung zur Datenfrequenz synthese eine Schaltungseinrichtung, die dazu dient, die führende Teilerfrequenz und die nacheilende Datenfrequenz zu dem ersten Gegentaktmodulator zu leiten, eine Schaltungseinrichtung, die dazu dient, die nacheilende Teilerfrequenz und die führende oder voreilende Datenfrequenz dem zweiten Gegentaktmodulator zuzuführen, eine lineare Frequenzmischeinrichtung zur Aufnahme der Ausgangssignale aus dem ersten und zweiten Gegentaktmodulator, wobei die Mischeinrichtung dazu dient, zwei Ausgangsfrequenzen zu bilden, die der Mitstrom-bzw. Gegenstromschallgeschwindigkeit proportional sind.
16. Meßsystem nach einem der Ansprüche 14 oder 15, gekennzeichnet durch eine Zweirichtungs-Flußanzeige, die durch die Phasenbeziehung zwischen dem ersten und zweiten Vergleicher betätigbar ist.
17. Meßsystem nach einem der Ansprüche 6 oder 8 - 16, gekennzeichnet durch eine Alarmvorrichtung zur Anzeige eines Verluste des Systemgleichlaufs, wenn die Einrichtung zum Phasenvergleich des empfangenen Signals und des Bezugs-

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signals keine Umkehr innerhalb einer vorbestimmten Zeltspanne an der auf das phasenabhängige Signal ansprechenden Einrichtung anzeigt.

l8. Meßsystem nach einem der Ansprüche 6 oder 8-17, gekennzeichnet durch eine voreinstellbare Wiederholgeschwindigkeit proportional zu den Gegenstrom- und Ilitstromschallgeschwindigkeiten, wobei diese Wiederholgeschwindip;keit eine Unterdrückung von Echos ergibt, die in dem strömenden Medium durch frühere Sendeimpulse verursacht sein können.

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