DE2346556A1

DE2346556A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen der relativgeschwindigkeit gegenueber einem fluessigen medium

Info

Publication number: DE2346556A1
Application number: DE19732346556
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl Phys Dr Graefe
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1973-09-15
Filing date: 1973-09-15
Publication date: 1975-03-20
Also published as: DE2346556B2; DE2346556C3

Description

FEIED, KEUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHEÄ'NKTEB HAFTUNG 23 A 6556 in Essen

VEBFAHBEN UND VOBEICHTUNG ZUM MESSEN DEE EELATIVGESCHWINDIGKEIT GEGENÜBEB EINEM FLÜSSIGEN MEDIUM

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine· Vorrichtung zum Messen der Eelativgeschwindigkeit gegenüber einem Medium, insbesondere Wasser, mittels durch einen Schallwandler gegen das Medium ausgesendet er Schallwellen, die von diesen zusammen mit einem der Eelativgeschwindigkeit entsprechenden Doppleranteil gegen den Schallwandler reflektiert werden.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen werden in der ozeanographischen Keßtechnik benutzt, um die Strömungsgeschwindigkeit von Wasser gegenüber der feststehenden Vorrichtung oder der Schiffsgeschwindigkeit mittels mit dem Schiff verbundener Vorrichtung gegenüber dem Wasser zu messen. 509812/0221

Es ist bekannt, Strömungsmesser nach dem Doppler- ο O / C C C C prinzip zu benutzen, die eine Schallwelle aussenden und die Dopplerverschiebung des dadurch angeregten Volumennachhalls messen. Ein den Sender und den Empfänger ein- und ausschaltenes Element schaltet den Sender für eine Zeitspanne t,. ein, wobei der Empfänger gesperrt ist. Nach Ablauf der Zeit t bleiben Sender und Empfänger für eine Zeit t« geschlossen. Sodann wird ^! der Empfänger für eine Zeit t,. geöffnet. Die Meßentfernung, also die Entfernung des Schallwandlers von dem reflektierenden Meßvolumen, wird durch die Zeit t bestimmt. Die Tiefe oder Stärke des Meßvolumens wird durch die Zeiten t und t bestimmt. Die Zeiten t , t_ und t, werden bei den bekannten Vorrichtungen fest in einem Taktgeber eingestellt. Damit ist vor allem die Meßentfernung 1 konstant.

Es kommt aber darauf an, daß -die Meßentfernung 1. möglichst I ι

groß ist, damit das Meßvolumen in öinem Bereich liegt, der so _weit vom Meßgerät entfernt ist, daß sich Störungen der Strömung durch das Meßgerät selbst nicht mehr auswirken. Da aber die Dämpfung des Nachhallsignals mit der Entfernung vom Gerät zunimmt, ist die Grenze dort gegeben, v/o das auszuwertende Signal nicht mehr einen ausreichenden Abstand vom Störpegel hat. Die Dämpfung des Nachhallsignals kann durch verschiedene Einflüsse verändert werden, beispielsweise durch Temperaturänderungen oder durch Verunreinigungen durch Sand, Plankton oder andere Partikel. ^: e

Sind die Zeiten t , t und t^ fest eingestellt, wie es in den bekannten Einrichtungen der Fall ist, so ver- . liert man bei starkem Nachhallsignal die Möglichkeit, die Länge 1 , also die Entfernung des Meßvolumens,zu vergrößern und damit den Einfluß von Störungen der Strömung durch das Heßgerät weiter zu verringern.

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Ist das Nachhallsignal nur schwach, so sinkt es bei fester Einstellung der Zeiten unter den Störpegel und kann nicht mehr ausgewertet werden. ' .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Abstand des Meßvolumens jeweils so groß zu halten, daß es.bei .; starkem Nachhallsignal weit von der Vorrichtung entfernt liegt, bei schwachem Nachhallsignal aber so weit herangeholt wird, daß dieses nicht unter den Störpegel sinkt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das mit der Dopplerfrequenz zusätzlich zu der Sendefrequenz versehene, von dem Medium zurückgeworfene Nachhallsignal einer Schwellenschaltung zugeführt wird, die das Nachhallsignal nur dann zur Auswertung einem Doppleranalysator als Empfänger zuf_gührt, wenn seine Aplitude zwischen einem oberen und einem unteren Schwellwert liegt, wobei ein zwischen dem Oszillator für die Sendefrequenz und dem Schallwandler liegendes Sendetor zur Aussendung des Sendesignals bei Sperrung oder öffnung eines Empfangstores durch einen Taktgeber geöffnet und geschlossen wird.und dieser Taktgeber von der Schwellenschaltung jeweils dann das Signal zum Beginn einer neuen Meßperiode regelt, wenn das Nachhallsignal den unteren gehwellwert unterschreitet.

In einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Oszillator über ein Sendetor mit dem Schallwandler verbunden. Dieser steht über ein Empfangstor und eine Schwellenschaltung mit einer UND-Logik in Verbindung. Ein Doppleranalysator ist als Empfänger einerseits mit dem Oszillator, andererseits mit der UND-Logik verbunden. Das Sendetor steht mit einem Taktgeber in Verbindung und dieser wiederum mit dem Ausgang der Schwellenschaltung.

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In Ergänzung des Ei*findungsgedankens besitzt der Schwellenschal! tar einen oberen und unteren Schwellenwert.

Die mit dem Verfahren und der Vorrichtung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Entfernung des Meßvolumens vom Schallwandler automatisch optimal eingestellt wird, nämlich möglichst weit, damit die zu messende Strömung nicht durch die Meßvorrichtung selbst gestört wird, aber auch nahe genug, damit das durch die Dämpfung in dem Medium geschwächte, auszuwertende Dopplersignal eine genügend große Amplitude hat, die es über den Störpegel hinaushebt . Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß dies mit verhältnismäßig einfachen Mitteln, nämlich im wesentlichen durch ein von einer Schwellenschaltung geliefertes Signal erreicht wird, das die Sende- und Empfangszeiträume in Abhängigkeit von einem oberen und unteren Schwellenwert der Amplitude des Nachhallsignals steuert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den

Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Strömungsmessers,

Fig. 2 ein Blockschaltbild dieses Strömungsmessers.

In Fig. 1 wird der Wasserschallsender 1 durch ein Sendetor 2 geschaltet und erregt den Schallwandler 3· Der Schallwandler 3 strahlt daher Schallenergie gegen das Meßvolumen 4. Diese Schallenergie wird,* nachdem sie den Weg 1 zurückgelegt hat, von dem Meßvolumen h der Länge 1_ als Nachhallsignal zurückgeworfen. Das Nachhallsignal legt die Strecke I₁ abermals zurück und trifft wieder auf den Schallwandler J.

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Das durch diesen erzeugte elektrische Signal wird über das Empfangstor 5 dem Empfänger 6 zugeführt. Es enthält,2 3 4 6 5 5 wenn das Meßvolumen k gegenüber dem Schallwandler 3 eine Relativbewegung hat, einen Doppleranteil, dessen frequenz ein Heß für die Relativbewegung ist. Das ■Sendetor 2 wird für eine Zeit t geöffnet und dadurch der Scballinpuls ausgesendet, wobei das Empfangstor 5 geschlossen ist. Sodann wird das Sendetor 2 geschlossen, so daß beide, Sendetor 2 und Ernpfangstor 5 für eine Zeit t geschlossen sind. Sodann wird das Empfangstor für die Zeit t geöffnet. Dann wird die Meßentfernung durch die Zeit t bestimmt, die Länge des Meßvolumens 1„ durch die Zeiten t und t .

Eine Intensitätsmeßeinrichtung 7 mißt nach Schließen des Sendetors 2 die Intensität des Nachhallsignals. Sie öffnet das Empfangstor 5₅ wenn die Intensität des Kachhallsignals einen vorgewählten oberen Schwellenyert unterschreitet und schließt, wenn diese Intensität

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einen unteren Schwellenwert unterschreitet. Dadurch begrenzt sie die Zeit t und damit die Meßentfernung 1. in Abhängigkeit von der Intensität des Hachhallsignals.

Fig. 2 zeigt Einzelheiten der erfindungsgemäßen Anordnung im Blockschaltbild. Der Oszillator 9 schwingt mit der Meßfrequenz f. Er ist über das Sendetor 10 mit dem Schallwandler 11 verbunden. Das Sendetor 10 wird durch den Taktgeber 12 geöffnet. Gleichzeitig ist durch diesen Taktgeber 12 das Empfangstor Ik geschlossen, damit die Schwelienschaltung 15 nicht mit der hohen direkten Sendespannung beaufschlagt wird. Der Schallwandler sendet das Sendesignal mit der Frequenz f in Richtung auf das Meßvolumen von 13- Das von diesem reflektierte Nachhallsignal, das außer der Frequenz f die Dopplerfrequenz f enthält, wird, nachdem das Empfangstor 1^· durch den Taktgeber 12 wieder geöffnet ist, einer Schuellenschaltung 15 zugeführt. Diese gibt ein Signal an die UND-Logik 16, uenn sich die Amplitude des Nachhallsignals zwischen einem unteren und einem oberen Schwellenwert

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befindet. Die UND-Logik 16 läßt daher nur dann das Nachhallsignal an den Empfänger, einen Dopplerana-.lysetor 1.7, zum Vergleich mit der vom Oszillator 9' abgegriffenen Sendefrequenz f hindurchtret.en, wenn die Amplitude des Nachhallsignals zwischen den beiden Schwellwerten liegt. Die UND-Logik 16 ist sodann für das Nachhallsignsl mit der Frequenz f + f durchlässig. In dem Doppleranelysator I7 wird mit dem vom Oszillator angelieferten Sendesignal der Frequenz f verglichen und das Dopplersignal f gewonnen, dessen Frequenz ein Maß für die Relativgeschwindigkeit der Vorrichtung gegenüber dem Meßvolumen 13 darstellt. Bei Unterschreiten des unteren Schwellwertes beendet die Schwellenschaltung 15 über den Taktgeber 12 die Meßperiode und gibt den T&ktgeber zum Starten einer neuen Meßperiode wieder frei.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Messung der Relativgeschwindigkeit gegenüber einem Medium, insbesondere Wesser, mittels durch einen Schsllwandler gegen das Medium ausgesendeter- Schallwellen, die von diesem zusammen mit einem der Relativgeschwindigkeit entsprechenden Doppleranteil gegen den Schsllwandler zurückgev.'orfen v/erden, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Dopplerfrequenz (f-η) zusätzlich zu der. Sendefrequenz (f) versehene, von dem Medium zurückgeworfene Nachhallsignal einer Schwellenschaltung (15) zugeführt wird, die das Wachhallsignal nur dann zur Auswertung einem Doppleranalysator (I7) als Empfänger zuführt, wenn seine Amplitude zwischen einem oberen und unteren Schwellv/ert liegt, wobei ein zwischen dem Oszillator (9) für die Sendefrequenz (f) und dem Schallwandler (11) liegende Sendeto r (10) zur Aussendung des Sendesignals bei Sperrung und Öffnung des Empfangstors (1¹O durch einen Taktgeber (12) geöffnet und geschlossen' wird und dieser Taktgeber (12) von d_;er Schwellenschaltung (1¹O jeweils dann das Signal zu Beginn einer neuen Meßperiode erhält, wenn das Nachhallsignal den unteren Schwellenwert unterschreitet.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen über ein Sendetor (1O) mit einem Oszillator (9) verbundenen Schallwandler (11); der über ein Empfangstor (1*0 mit einer Schwellenschaltung (15) und diese mit einer UND-Logik (16) verbunden ist, einem Dopplerenalysator (17),

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der mit dem Oszillator ( 9) und dem Ausgang der UND-Logik (16) verbunder, ist, wobei das Sendetor (10) mit einem Taktgeber (12) und dieser mit. dem Ausgang der Schwellenschaltung ( 15) in Verbindung steht.

Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenschaltung (15) einen oberen und unteren Schwellenwert besitzt.

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