DE3317588A1 - Schaltungsanordnung zur messung der geschwindigkeit von stroemenden medien - Google Patents

Schaltungsanordnung zur messung der geschwindigkeit von stroemenden medien

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DE3317588A1
DE3317588A1 DE19833317588 DE3317588A DE3317588A1 DE 3317588 A1 DE3317588 A1 DE 3317588A1 DE 19833317588 DE19833317588 DE 19833317588 DE 3317588 A DE3317588 A DE 3317588A DE 3317588 A1 DE3317588 A1 DE 3317588A1
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Klaus 4630 Bochum Kassner
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Gruender & Hoetten GmbH
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P1/00—Details of instruments
    • G01P1/07—Indicating devices, e.g. for remote indication
    • G01P1/08—Arrangements of scales, pointers, lamps or acoustic indicators, e.g. in automobile speedometers
    • G01P1/10—Arrangements of scales, pointers, lamps or acoustic indicators, e.g. in automobile speedometers for indicating predetermined speeds
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
    • G01P5/245—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by measuring transit time of acoustical waves
    • G01P5/248—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by measuring transit time of acoustical waves by measuring phase differences

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Description

Dipl.-Ing. A. Spalthoif, Patentanwalt, *43*Essen *--**··'
Zusatz zu P 31 46 477-7-52
-X- 3.
"Schaltungsanordnung zur Messung der Geschwindigkeit von
strömenden Medien"
Gegenstand des Hauptpatents ist eine Schaltungsanordnung zur Messung der Geschwindigkeit von strömenden Medien, insbesondere zur Messung der Wettergeschwindigkeit im untertägigen Gruben- sowie Tunnelausbau, welche einen ein sinusförmiges Signal erzeugenden Schallgenerator sowie eine von Schallwandlern gebildete Meßstrecke aufweist, welche mit einem Verstärker verbunden ist, wobei der Meßstrecke eine von Schallwandlern gebildete Referenzstrecke zugeordnet ist, deren einer Schallwandler mit dem Schallgenerator und deren anderer Schallwandler mit einem weiteren Verstärker verbunden ist und den Verstärkern je ein Komparator nachgeordnet ist, auf die jeweils beide Verstärker geschaltet sind und der Ausgang des einen Komparators zu einer Anzeige geführt ist, während dem anderen Komparator ein Integrator nachgeschaltet ist, der mit der Anzeige und/oder einem Spannungs-Frequenz-Umsetzer und/oder einem Schwellwertschalter in Verbindung steht. Bei dieser Schaltungsanordnung wird das Meßsignal mit einem EeferenzsignaJJ., welches durch ruhen-
COPY
S m ν S ♦ ντ + ν S ν W,
2 L
Dipl.-Ing. A. Spalthoff. Patentanwalt. 43 Essen " " ο ο f «7 C ο ο
Jo I /boo
de Luft geschickt wurde, verglichen. Aufgrund der Nichtlinearität der Beziehung
wobei S » Weg der Meßstrecke, VL » Luftgeschwindigkeit,
Vw » Windgeschwindigkeit und V = Schallgeschwindigkeit ist,
ist ein abwechselndes Messen in Hin- und Rückrichtung vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsanordnung nach dem Hauptpatent weiter zu verbessern, und zwar im Hinblick auf eine Vereinfachung derselben, so daß es möglich ist, gleichgute Meßergebnisse mit weniger Schaltelementen und damit einem insgesamt geringeren Aufwand zu erzielen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Referenzstrecke als weitere Meßstrecke dient, derart, daß beide Meßstrecken in bezug auf die Anordnung ihrer als Sender und Empfänger dienenden Schallwandler einander entgegengerichtet sind.
Vs,
COPY
Dipl.-Ing. A. Spalthoff, Patentanwalt, 43 Essen '3'317CQP
Durch diese Schaltungsanordnung ändert sich die vorgenannte Beziehung in
\ ' VL
V2
wodurch die Nichtlinearität der Beziehung ganz erheblich verringert wird. Dadurch wird erreicht, daß eine Richtungsumschaltung der Msßstrecke, wie nach der Lehre des Hauptpatents, nicht mehr erforderlich ist. Infolgedessen ist auch eine Mittelwertbildung nicht mehr notwendig, da bereits an den nunmehr gleichwertigen Empfängern der beiden Meßstrecken die Summe von Hin- und Rückrichtung als Phasenverschiebung ansteht.
Vorteilhaft ist dem Integrator eine Abtast- und Halteschaltung nachgeordnet, deren Ausgang an die Anzeige und/oder den Spannungs-Frequenz-Umsetzer und/oder den Schwellwertschalter angeschlossen ist.
Durch die Summation der Phasenverschiebungen der Bnpfänger der beiden Meßstrecken wird eine geänderte Skalierung der Ausgangsspannung des Verarbeitungsteils, d.h. des Integrators, und der Ab-
COPY
Dipl.-Ing. A. Spalthoff, Patentanwalt, 43 Essen * ^ *3 ΐ 7 EP P
tast- und Halteschaltung erforderlich. In allen übrigen Teilen sowohl als auch in der Wirkungsweise ist die vorlie-.gende Schaltungsanordnung mit der nach dem Hauptpatent identisch.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand der Zeichnung näher erläutert, welche die Schaltungsanordnung in einem Blockschaltbild zeigt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird von einer Messung der Wettergeschwindigkeit Untertage ausgegangen.
Für gleiche Bauteile finden in den Schaltungen nach dem Hauptpatent sowie der vorliegenden Erfindung gleiche Bezugszeichen Verwendung.
Mit 1 ist der Schallgenerator bezeichnet, der einen sinusförmigen-Ultraschallstrahl erzeugt. Der Schallgenerator 1 ist auf die Meßstrecke 6 und die Referenzstrecke 8 geschaltet, wobei die Referenzstrecke 8 als weitere Meßstrecke dient, derart, daß diese in bezug auf die Anordnung ihrer als Sender 4 bzw. 9 und Empfänger 5 bzw. 10 dienenden Schallwandler einander entgegengerichtet sind.
COPY
Dipl.-Ing. A. Spalthoff, Patentanwalt, 43 Essen * 0 0 ^ *7 C Q
Die Empfänger 5 bzw. 10 sind je auf einen Verstärker 7 bzw. geschaltet. Den Verstärkern 7 bzw. 11 ist je ein Komparator bzw. 13- nachgeordnet, auf die jeweils beide Verstärker 7, 11 geschaltet sind. Der Ausgang des einen Komparators 13 ist zu einer Anzeige 14 geführt, während dem anderen Komparator 12 ein Integrator 15 nachgeschaltet ist. Der Integrator 15 steht mit einer Abtast- und Halteschaltung 16 in Verbindung, deren Ausgang an die Anzeige 14, den Spannungs-Frequenz-Umsetzer 19 sowie den Schwellwertschalter 20 angeschlossen ist.
Die Temperaturerfassung in der Meßstrecke 6 erfolgt über einen Temperaturfühler sowie den Verstärker 34, der über den Korrekturwertbildner 35 mit dem Integrator 15 in Verbindung steht. Der Korrekturwertbildner 35 beeinflußt die Steilheit der Integrationsrampe des Integrators 15 in Abhängigkeit von der Lufttemperatur in den Meßstreckeh 6 und 8, so daß ein temperaturabhängiges, ·. fehlerfreies Meßergebnis gegeben ist.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung ist wie folgt:
Zur Messung der Wettergeschwindigkeit Untertage wird ein Ultraschallstrahl mittels des Schallgenerators 1 mit einer Frequenz
COPY
ν*· * fr · γ ·· f
Dipl.-Ing. A. Spalthofi, Patentanwalt, 43 Essen "" Q Q Ί 7 R β β
von z.B. 4OkHz auf die Sender 4- bzw. 9 der nunmehr beiden Meßstrecken 6 und 8 gegeben. Infolge der Gegeneinanderschaltung der beiden Meßstrecken 6,8 steht an den gleichwertigen Empfängern 5 bzw. 10 der Strecken 6, 8 die Summe von Hin- und Blickrichtung als Phasenverschiebung an.
Der Schallgenerator 1 wirkt kontinuierlich auf die beiden Sender 5» 10 ein, die in entgegengesetzten Richtungen kontinuierliche Ultraschallstrahlen durch die Strecken 6, 8 senden. Die eine Meßstrecke 6 wirkt in positiver Bewegungsrichtung, die zweite Meßstrecke 8 in negativer Bewegungsrichtung. Die Empfänger 5 bzw. 10 wirken auf Verstärker 7, 11 ein, deren Ausgangssignale von der als Komparator 13 dienenden Richtungserkennungslogik verarbeitet werden, so daß die vorhandene Bewegungsrichtung erkannt wird.
Der Komparator 12 wertet die Phasenverschiebung zwischen den Ausgangssignalen der Verstärker 7? H als Impuls aus, dessen Breite exakt der Laufzeitdifferenz zwischen den beiden Meßstrecken 6, 8 ist.
Diese Impulsbreite wird im Generator 15 in eine zeitproportio-
Dipl.-Ing. A. Spalthoff, Patentanwalt, 43 Essen q 0 f H g ö Q
nale Spannung umgewandelt und in der Abtast- und Halteschaltung 16 bis zur nächsten Messung gespeichert. Das Ausgangesignal der Abtast- und Halteschaltung 16 ist eine geschwindigkeitsproportionale Spannung, die von einem Schwellwertschalter 20, einem zu tJbertragungszwecken nachgeschalteten Spannungs-Frequenz-Wandler 19 und einer Anzeige 14 weiterverarbeitet wird.
- Leerseite -

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE:
    Schaltungsanordnung zur Messung der Geschwindigkeit von
    strömenden Medien, insbesondere zur Messung der Wettergeschwindigkeit im untertägigen Gruben- sowie Tunnelausbau, welche einen ein sinusförmiges Signal erzeugenden Schallgenerator (1) sowie
    eine von Schallwandlern gebildete Meßstrecke (6) aufweist, welche mit einem Verstärker (7) verbunden ist, wobei der Meßstrecke (6) eine von Schallwandlern (9» "10) gebildete Referenzstrecke (8) zugeordnet ist, von deren Schallwandlern (4-,5;9>1O) jeweils einer (9) mit dem Schallgenerator (1) und jeweils ein anderer (10) mit einem weiteren Verstärker (11) verbunden ist und den Verstärkern (7»11) je ein Komparator (12,13) nachgeordnet ist, auf die je-
    v.
    COPY
    Dipl.-Ing. A. Spalthoff, Patentanwalt, 4ä"Essen - - · -
    00 1 /OOO
    weils beide Verstärker (7»1Ό geschaltet sind und der Ausgang des einen Komparators (13) zu einer Anzeige (14-) geführt ist, wäh-•rend dem anderen Komparator (12) ein Integrator (15) nachgeschaltet ist, der mit der Anzeige (14) und/oder einem Spannungs-Frequenz-Umsetzer (19) und/oder einem Schwellwertschalter (20) in Verbindung steht, nach Patent.-.(Patentanmeldung P 31 46 477.7-52), dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzstrecke (8) als weitere Meßstrecke dient, derart," daß beide Meßstrecken (6,8) in bezug auf die Anordnung ihrer als Sender (4,9) und Empfänger (5»10) dienenden Schallwandler einander entgegengerichtet sind.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Integrator (15) eine Abtast- und Halteschaltung (16) nachgeordnet ist, deren Ausgang an die Anzeige (14) und/oder den Spannungs-Frequenz-Umsetzer (19) und/oder den Schwellwertschalter (20) angeschlossen ist.
    COPY
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD102473A1 (de) * 1973-03-19 1973-12-12
GB1533845A (en) * 1974-11-21 1978-11-29 Nat Res Dev Measurement of fluid flow
DE3146477A1 (de) * 1981-11-24 1983-06-09 Gründer & Hötten GmbH, 4300 Essen Schaltungsanordnung zur messung der geschwindigkeit von stroemenden medien

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD102473A1 (de) * 1973-03-19 1973-12-12
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DE3146477A1 (de) * 1981-11-24 1983-06-09 Gründer & Hötten GmbH, 4300 Essen Schaltungsanordnung zur messung der geschwindigkeit von stroemenden medien

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