FI88208C - FARING EQUIPMENT FOR ACOUSTIC MAINTENANCE AV ENTRY - Google Patents

FARING EQUIPMENT FOR ACOUSTIC MAINTENANCE AV ENTRY Download PDF

Info

Publication number
FI88208C
FI88208C FI921448A FI921448A FI88208C FI 88208 C FI88208 C FI 88208C FI 921448 A FI921448 A FI 921448A FI 921448 A FI921448 A FI 921448A FI 88208 C FI88208 C FI 88208C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
sound
sequences
flow
fir filters
flow rate
Prior art date
Application number
FI921448A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI88208B (en
FI921448A0 (en
Inventor
Pekka Hiismaeki
Original Assignee
Valtion Teknillinen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valtion Teknillinen filed Critical Valtion Teknillinen
Priority to FI921448A priority Critical patent/FI88208C/en
Publication of FI921448A0 publication Critical patent/FI921448A0/en
Priority to PCT/FI1992/000278 priority patent/WO1993020411A1/en
Priority to FI924880A priority patent/FI89835C/en
Application granted granted Critical
Publication of FI88208B publication Critical patent/FI88208B/en
Priority to CN 93104014 priority patent/CN1078552A/en
Publication of FI88208C publication Critical patent/FI88208C/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/14Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/667Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/704Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
    • G01F1/708Measuring the time taken to traverse a fixed distance
    • G01F1/712Measuring the time taken to traverse a fixed distance using auto-correlation or cross-correlation detection means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/18Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the time taken to traverse a fixed distance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/24Measuring 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
    • G01P5/245Measuring 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
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/704Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
    • G01F1/708Measuring the time taken to traverse a fixed distance
    • G01F1/7082Measuring the time taken to traverse a fixed distance using acoustic detecting arrangements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Description

8820888208

Menetelmä ja laite kaasuvirtauksen akustiseksi mittaamiseksi Förfarande och anordning för akustisk mätning av en gasström 5Method and apparatus for acoustic measurement of gas flow Förfarande och anordning för acustisk mätning av en gasström 5

Keksinnön kohteena on akustinen virtausmittausmenetelmä kaasujen virtausnopeuden ja/tai siitä johdettavien suureiden mittaamiseksi, jossa 10 menetelmässä mittausputkeen lähetetään pitkäaaltoista ääntä ja kahdella määräetäisyydellä toisistaan mittausputken yhteydessä sijaitsevalla ääni-ilmaisimella havaitaan kaasuvirtauksessa myötä- ja vastavirtaan kulkeneet äänisignaalit, joiden kummankin korrelointia hyväksikäyttäen määrätään mittausputkessa virtaavan kaasun virtausnopeus ja siitä joh-15 dettavat suureet ja jossa menetelmässä mittausputkeen lähetetään ääntä, jonka taajuudet valitaan tietyn minimi- ja maksimitaajuuden väliltä.The invention relates to an acoustic flow measurement method for measuring the flow rate of gases and / or the quantities derived therefrom, in which a long-wave sound is transmitted to a measuring tube and two and quantities derived therefrom, and in which method a sound is selected to be sent to the measuring tube, the frequencies of which are selected between a certain minimum and maximum frequency.

Lisäksi keksinnön kohteena on laite kaasujen virtausnopeuden ja/tai siitä johdettavien suureiden, kuten tilavuusvirtauksen ja/tai massavir-20 tauksen mittaamiseksi, joka laite käsittää mittausputken, jossa mitattava kaasuvirtaus kulkee, joka laite käsittää äänisignaalien lähettiini-nä kaiuttimet ja äänen ilmaisimina mikrofonit, jotka on sijoitettu : mittausputken yhteyteen mainittujen kaiuttimien välille tietylle tunne- -j- tulle keskinäiselle etäisyydelle, joka laite käsittää äänisekvenssi- 25 laitteet, joilla syötetään toistuvasti tietyllä taajuusalueella olevat ____; sähkösignaalisekvenssit mainituille kaiuttimille.The invention furthermore relates to a device for measuring the flow rate of gases and / or the quantities derived therefrom, such as volume flow and / or mass flow, which device comprises a measuring tube in which the gas flow to be measured flows, which device transmits audio signals and microphones as audio detectors. positioned: in connection with a measuring tube between said speakers at a certain sensing distance, the device comprising audio sequence devices for repeatedly supplying ____ in a certain frequency range; electrical signal sequences for said speakers.

Keksintöön liittyvän mittaustekniikan kannalta keskeisin fysikaalinen havainto on, että jäykkäseinäisessä putkessa voi tietyn, putken mi-30 toista riippuvan rajataajuuden alapuolella edetä vain n.k. tasoaalto-eli mäntämoodi, jonka etenemisnopeus ei riipu väliaineen, sen lämpöti-: lan tai virtausnopeuden paikallisista vaihteluista, vaan ainoastaan mittausvälillä vallitsevista keskimääräisistä arvoista (Robertson 1977, -.1 1984), mikä mahdollistaa tarkan profiiliriippumattoman virtausmittauk- *1' 35 sen. Ympyräpoikkipintaiselle putkelle mainittu rajataajuus voidaan ' * laskea kaavasta fc - c/(1.7*D) (1) 2 882;.: missä c on äänen etenemisnopeus putken täyttävässä väliaineessa ja D on putken halkaisija.The most important physical observation from the point of view of the measurement technique according to the invention is that in a rigid-walled pipe only a so-called a plane wave mode, the propagation speed of which does not depend on local variations in the medium, its temperature or flow rate, but only on the average values prevailing in the measuring range (Robertson 1977, -.1 1984), which enables accurate profile-independent flow measurement. For a circular cross - section pipe, said cut - off frequency can be calculated from the formula fc - c / (1.7 * D) (1) 2 882;.: Where c is the rate of sound propagation in the medium filling the pipe and D is the diameter of the pipe.

Suomalaisessa patentissa 76885 on esitetty teknillinen ratkaisu, missä 5 ääni syötetään putkeen taajuuspyyhkäisyn muodossa ja äänen kulkuaika määrätään mittausvälin päihin sijoitettujen mikrofonien signaaleista polariteettikorrelaattorilla. Myötä- ja vastavirtaan mitatuista kulku-ajoista voidaan suurella tarkkuudella määrätä sekä keskimääräinen virtausnopeus että äänennopeus levossa olevassa väliaineessa. Virtausno-10 peudesta ja putken poikkipinta-alasta voidaan tunnetulla tavalla laskea tilavuusvirtausnopeus ja siitä edelleen paine- ja lämpötilamittaustu-lokset yhdistämällä massavirtausnopeus. Samaa ratkaisua on kuvattu myös julkaisussa Ultrasonics International 1987 Conf. Proc. M.Kuuttila, P.Hiismäki: "An Acoustic Method for Hight Precision Gas Low Measure-15 ments.Finnish patent 76885 discloses a technical solution in which sound 5 is fed into a tube in the form of a frequency scan and the propagation time of sound is determined from the signals of microphones placed at the ends of the measuring interval by a polarity correlator. The flow times measured upstream and downstream can be used to determine with high accuracy both the average flow rate and the speed of sound in a resting medium. From the flow rate and the cross-sectional area of the pipe, the volume flow rate and from there the pressure and temperature measurement results can be calculated in a known manner by combining the mass flow rate. The same solution is also described in Ultrasonics International 1987 Conf. Proc. M.Kuuttila, P.Hiismäki: "An Acoustic Method for Hight Precision Gas Low Measure-15 ments.

Em. FI-patentissa 76885 esitetyssä menetelmässä korreloidaan suoraan kummankin mikrofonin havaitsemat signaalit, mutta ei käytetä lainkaan hyväksi tietoa lähettävästä taajuuspyyhkäisystä, joka on täysin tunnet-20 tu. Korrelaatiofunktio kertyy siten osittain putkeen harkitusti lähetetystä äänestä ja osittain putkessa esiintyvästä melusta, jonka esiintymistä on vaikea estää tai hallita. Luotettavan mittaustuloksen saaminen edellyttää käytännössä, että lähetettävän äänen voimakkuus aina voittaa taustamelun voimakkuuden.Em. The method presented in FI patent 76885 directly correlates the signals detected by both microphones, but does not make any use of the frequency sweep that transmits information, which is fully known. The correlation function thus accumulates partly from the sound deliberately transmitted to the tube and partly from the noise present in the tube, the occurrence of which is difficult to prevent or control. In order to obtain a reliable measurement result, in practice it is necessary that the volume of the transmitted sound always overcomes the intensity of the background noise.

25 FI-patenttihakemuksessa 916102 (hakupäivä 23.12.1991, hakija Instru-menttitehdas Kytölä Oy) on pyritty kehittämään edelleen em. FI-patentissa 76885 esitettyä ratkaisua taustamelun vaikutuksen vähentämiseksi siten, että kummankin mikrofonin signaalit viedään identtisille, saman-30 suuruisen viiveen aiheuttaville, pyyhkäistäville, suodattimille, jotka seuraavat lähetettävää taajuuspyyhkäisyä, ja vasta tällä tavoin suodatetut signaalit korreloidaan. Kullakin hetkellä vain kapeaan, pyyhkäistävään taajuusikkunaan osuvat taajuudet pääsevät läpi. Em. FI-hakemuk-sessa esitetty ratkaisu voi toimia käytännössä hyvin, kunhan taajuus-35 pyyhkäisy ei ole liian nopea. Pyyhkäisyä lyhennettäessä "hetkellinen" 3 8 8 2 C o taajuus tulee yhä valkeammin määriteltäväksi ja suodattimien toiminta kyseenalaiseksi.25 FI patent application 916102 (filing date 23.12.1991, applicant Instrument Instrument Factory Kytölä Oy) has sought to further develop the solution presented in the above-mentioned FI patent 76885 by reducing the effect of background noise by applying signals from both microphones to identical wipers with the same 30-30 delay. , for the filters that follow the frequency sweep to be transmitted, and only in this way are the filtered signals correlated. At any given time, only the frequencies that hit the narrow, sweep frequency window will pass through. Em. The solution presented in the FI application can work well in practice, as long as the frequency-35 scan is not too fast. As the sweep is shortened, the "instantaneous" 3 8 8 2 C o frequency becomes increasingly white to be determined and the operation of the filters is questioned.

Pyrittäessä mittariin, jonka näyttämä reagoi nopeasti virtausnopeuden 5 muutoksiin, tulee myötä- ja vastavirtaan mitatut äänennopeudet voida mitata toisiaan häiritsemättä samanaikaisesti ja mahdollisimman lyhyessä ajassa.When aiming for a meter whose display reacts quickly to changes in flow rate 5, it must be possible to measure the speeds of sound measured upstream and downstream without interfering with each other simultaneously and in the shortest possible time.

Esillä olevan keksinnön päätarkoituksena on kehittää edelleen edellä 10 käsiteltyä tekniikan tasoa sekä poistaa siinä ilmenneitä epäkohtia.The main object of the present invention is to further develop the prior art discussed above and to eliminate the drawbacks therein.

Keksinnön tarkoituksena on luoda uusi teknillinen ratkaisu, joka ennestään tunnettua tekniikkaa paremmin sopii nopeiden virtausnopeuden muutosten seuraamiseen.The object of the invention is to create a new technical solution which is better suited to monitoring rapid changes in flow rate than the prior art.

1515

Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnön menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että keskimääräinen virtausnopeus ja/tai siitä johdettavat suureet 20 kuten tilavuusvirtausnopeus ja massavirtausnopeus määrätään tunnetulla tavalla laskemalla ääni-ilmaisimien havaitseman äänen aikaistumisesta tai viivästymisestä nollavirtaustilanteeseen verrattuna kumpaankin suuntaan etenevälle äänelle, 25 että sanottu aikaistuminen tai viivästyminen määrätään lähettämällä mittausputkeen mittausvälin ulkopuolelle sijoitetuilla kaiuttimilla • jaksollisesti toistettavia, diskreeteistä taajuuskomponenteista koostu via äänisekvenssejä, 30 että toiseen suuntaan lähetettävä sanottu äänisekvenssi sisältää vain parillisia ja vastakkaiseen suuntaan lähetettävä sanottu äänisekvenssi vain parittomia taajuuskomponentteja, että sanotut äänisekvenssit valitaan siten, että ääni-ilmaisimien ha-35 vaitsemien ja akustisen siirtotien muuntamien sekvenssien menetelmässäIn order to achieve the above and later objects, the method of the invention is mainly characterized in that the average flow rate and / or derived quantities 20, such as volumetric flow rate and mass flow rate, are determined in a known manner by calculating premature or delay is determined by transmitting periodically reproducible audio sequences of discrete frequency components to the measurement tube by speakers located outside the measurement interval, ha-35 silence and in the method of sequences transformed by the acoustic transmission path

4 882CS4 882CS

muodostettava autokorrelaatiofunktio on mahdollisimman teräväpiikkinen, ja että ääni-ilmaisimien havaitsemat signaalit viedään FIR-suodattimiin, 5 joihin tallennetaan kerroinvektoreiksi nollavirtaustilanteessa myötävirtaan tai vastavirtaan mitatusta sekvenssistä johdettu sekvenssi.the autocorrelation function to be generated is as sharp as possible, and that the signals detected by the sound detectors are applied to FIR filters, in which a sequence derived from the sequence measured downstream or upstream in the zero-flow situation is stored as coefficient vectors.

Keksinnön mukaiselle laitteelle on puolestaan pääasiallisesti tunnusomaista se, että laite käsittää muistielementit, joihin on tallennet-10 tavissa kaiuttimille lähetettävät jatkuvasti toistettavat mittausääni-sekvenssit ja tehovahvistimet, joiden tuloon mainittujen muis-tielementtien lähdöt on kytketty D/A-muuntimien välityksellä ja joiden tehovahvistimien lähdöt on kytketty mainittuihin mittausputken yhteydessä oleviin kaiuttimiin, että laite käsittää FIR-suodattimet, 15 joihin on ladattavissa tarvittavat kerroinsekvenssit ja joiden FIR-suo-dattimien tuloon on kytketty mainitut mittausputken yhteydessä olevat mikrofonit A/D-muuntimien välityksellä, että laite käsittää muistipiirit, jotka on kytketty mainittujen FIR-suodattimien lähtöihin, että laite käsittää isäntäprosessorin, joka on sovitettu ohjaamaan laitteen 20 eri toimintasekvenssejä ja viimemainituista muistipiireistä saatavien sekvenssien perusteella laskemaan keskimääräisen virtausnopeuden ja/tai tilavuusvirtauksen ja/tai lämpötila- ja/tai painemittaustulokset yhdistämällä massavirtausnopeuden.The device according to the invention, in turn, is mainly characterized in that the device comprises memory elements in which continuously reproducible measurement sound sequences and power amplifiers can be transmitted to the speakers, the outputs of said memory elements being connected via D / A converters and the power amplifiers being connected to said speakers connected to the measuring tube, that the device comprises FIR filters to which the necessary coefficient sequences can be loaded and to the input of the FIR filters said microphones connected to the measuring tube via A / D converters, that the device comprises memory circuits connected said FIR filters, that the device comprises a host processor adapted to control the 20 different operating sequences of the device and to calculate the average flow based on the sequences obtained from the latter memory circuits; opacity and / or volume flow and / or temperature and / or pressure measurement results by combining the mass flow rate.

25 Kertyneen kokemuksen mukaan laajakaistaisten, mutta edellä esitettyä cut-off-taajuutta fc matalampien äänisignaalien korrelaatiotekniikka tarjoaa sinänsä hyvän lähtökohdan äänen kulkuajan tarkkaan mittaamiseen. Tähän on keksinnössä yhdistetty sellainen suodatintekniikka, että putkessa yhtä aikaa myötä- ja vastavirtaan etenevät äänet eivät häirit-30 se toisiaan ja että mittaustulos on mahdollisimman riippumaton tausta-melusta.25 Experience has shown that the correlation technique of wideband audio signals, but lower than the cut-off frequency fc described above, in itself provides a good starting point for accurately measuring the propagation time of sound. This is combined with the filter technology in such a way that the sounds advancing upstream and downstream in the pipe do not interfere with each other and that the measurement result is as independent as possible from the background noise.

Esillä olevassa keksinnössä signaalinkäsittelytekniikka ei perustu polariteettikorrelaattoreihin kuten keksinnön lähtökohtana olleessa 35 tekniikan tasossa.In the present invention, the signal processing technique is not based on polarity correlators as in the prior art of the invention.

5 882G35,882G3

Keksinnössä sovelletaan FIR-suodattimia, jotka perustuvat digitaaliseen signaalin käsittelytekniikkaan ja jotka ovat niin nopeita, että ääni-taajuisten signaalien käsittely on toteutettavissa reaaliaikaisesti.The invention applies FIR filters which are based on digital signal processing technology and which are so fast that the processing of audio-frequency signals can be carried out in real time.

5 Keksinnössä mainituilla FIR-suodattimilla ei korreloida kahta aikasarjaa niiden aikaeron määrittämiseksi, vaan käsiteltävänä olevaa aikasarjaa verrataan FIR-suodattimeen kiinteästi syötettyyn kerroinvektoriin, jolloin suodattimen ulostulosignaalina saadaan kerroinvektorin ja si-säänmenosignaalin reaaliaikainen ristikorrelaatiofunktio. Keksinnön 10 mukaisessa virtausmittauksessa äänen kulkuajat myötä- ja vastavirtaan saadaan tällöin suoraan em. FIR-suodattimien ulostulosignaaleissa esiintyvien pulssien aikaeroina.The FIR filters mentioned in the invention do not correlate the two time series to determine their time difference, but compare the current time series with a coefficient vector fixedly fed to the FIR filter, whereby a real-time cross-correlation function of the coefficient vector and the input signal is obtained as the filter output signal. In the flow measurement according to the invention 10, the travel times of the sound upstream and downstream are then obtained directly as the time differences of the pulses appearing in the output signals of the above-mentioned FIR filters.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla 15 oheisen piirustuksen kuvioihin, joihin liittyen selostetaan keksinnön fysikaalista taustaa ja keksinnön eräitä sovellusesimerkkejä, joiden yksityiskohtiin keksintöä ei ole rajoitettu.In the following, the invention will be described in detail with reference to the figures of the accompanying drawing, in connection with which the physical background of the invention and some application examples of the invention are described, to which the invention is not limited.

Kuvio 1 esittää keksinnössä sovelletussa äänenkulkuaikamittauksessa 20 käytettyjen äänisekvenssien tehospektrejä niin, että ylempänä on parillisten taajuuksien spektri ja alempana vastaava parittomien taajuuksien spektri .Figure 1 shows the power spectra of the sound sequences used in the sound propagation time measurement 20 applied in the invention, with the spectrum of even frequencies above and the corresponding spectrum of odd frequencies below.

'·' Kuvio 2 esittää keksinnössä sovelletussa äänenkulkuaikamittauksessa 25 käytetyt äänisekvenssit niin, että ylempänä on parillisten taajuuskom-ponenttien sekvenssi ja alempana parittomien taajuuskomponenttien sek-venssi.Figure 2 shows the audio sequences used in the audio propagation time measurement 25 applied in the invention, with the sequence of even frequency components above and the sequence of odd frequency components below.

- . Kuvio 3 esittää keksinnössä sovelletun äänenkulkuaikamittauksessa käy- 30 tettyjen sekvenssien korrelaatiofunktioita niin, että ylimpänä on parillisten taajuuskomponenttien sekvenssin autokorrelaatiofunktio ja alimpana parittomien taajuuskomponenttien sekvenssin autokorrelaa-: : tiofunktio ja keskellä näiden ristikorrelaatiofunktio.-. Figure 3 shows the correlation functions of the sequences used in the sound propagation time measurement used in the invention, with the autocorrelation function of the sequence of even frequency components at the top and the autocorrelation function of the sequence of odd frequency components at the bottom and the cross-correlation function of these in the middle.

6 882086 88208

Kuvio 4 havainnollistaa miten kuvion 3 mukaiset symmetriset korrelaa-tiopiikit muuttuvat antisymmetrisiksi kun kerroinsekvenssit korvataan edellä käytettyjen sekvenssien Hilbertin muunnoksilla.Figure 4 illustrates how the symmetric correlation peaks of Figure 3 become antisymmetric when the coefficient sequences are replaced by Hilbert transforms of the sequences used above.

5 Kuvio 5 esittää keksinnön mukaisen akustisen virtausmittarin ensimmäistä toteutusmuotoa lohkokaaviona.Figure 5 shows a first embodiment of an acoustic flow meter according to the invention in block diagram form.

Kuvio 6 esittää keksinnön mukaisen akustisen virtausmittarin toista toteutusmuotoa lohkokaaviona.Figure 6 shows a block diagram of another embodiment of an acoustic flow meter according to the invention.

1010

Kuvioiden 5 ja 6 mukaisesti kaasuvirtaus, jonka virtausnopeutta v akustisesti mitataan, kulkee putkessa 10. Mittausputkeen 10 lähetetään kaiuttimilla 12a ja 12b myötä- ja vastavirtaan äänisignaaleja, jotka vastaanotetaan kaiuttimien 12a ja 12b väliin sijoitetuilla mikrofoneil-15 la 13a ja 13b, joiden keskinäinen väli L on virtausmittauksessa olennainen. Mittausputken 10 halkaisija D ja mittausväli L valitaan esim. niin, että L « 10D.According to Figures 5 and 6, the gas flow, the flow rate v of which is acoustically measured, flows in a tube 10. Audio signals are transmitted to the measuring tube 10 upstream and downstream by speakers 12a and 12b, which are received by microphones 15a 13a and 13b interposed between speakers 12a and 12b. is essential for flow measurement. The diameter D of the measuring tube 10 and the measuring distance L are selected, for example, so that L «10D.

Tämän keksinnön teoreettisen taustan osalta aluksi todettakoon, että on 20 tunnettua, että diskreeteistä, tietyn perustaajuuden monikertaisista, äärellisen taajuusalueen satunnaisvaiheisista taajuuskomponenteista syntetisoitu signaali edustaa pseudosatunnaista, jaksollista kohinaa. Tällaisen kohinan kaikki taajuuskomponentit soivat jatkuvasti vakio-amplitudilla, jolloin niiden suodattaminenkin käy päinsä täysin 25 stationäärisillä suodattimille. Kun muistetaan, että jaksollisten, diskreeteiksi aikavektoreiksi käsiteltyjen signaalien korrelaatiofunktio vastaa taajuusavaruudessa taajuusvektorien komponenteittain suoritettua kertolaskua, nähdään, että kertolaskun tulo antaa nollavektorin, jos kerrottavilla vektoreilla ei ole yhteisiä, nollasta eroavia taa-30 juuskomponentteja. Jos siis muodostetaan kaksi laajakaistaista, pseudosatunnaista aikasarjaa siten, että toisella on vain parillisia ja toisella vain parittomia taajuuskomponentteja, on niiden korrelaatio-funktio identtisesti nolla millä tahansa diskreetillä aikasiirroksella. Tällaiset aikasarjat ovat siis identtisesti ortogonaalisia. Jos toinen 35 näistä lähetetään mittausputkessa 10 kulkevassa, mittauksen alaisessa kaasuvirtauksessa myötävirtaan ja toinen vastavirtaan, voidaan niiden 7 8820ο korrelaatiofunktiot laskea ilman, että toinen aiheuttaa toiselle vähäisintäkään häiriötä. Sanotun havainnollistamiseksi viitataan oheisiin kuvioihin 1,2 ja 3.With respect to the theoretical background of the present invention, it should first be noted that a signal synthesized from discrete, multiple phase components of a finite frequency range of a finite frequency range of random frequency components represents pseudo-random, periodic noise. All the frequency components of such noise are constantly ringing at a constant amplitude, so that their filtering also takes place completely with stationary filters. Bearing in mind that the correlation function of periodic signals treated as discrete time vectors corresponds to the multiplication performed in frequency space by component of frequency vectors, it is seen that the product of multiplication gives a zero vector if the vectors to be multiplied do not have common non-zero frequency components. Thus, if two wideband, pseudo-random time series are generated with one having only even and the other having only odd frequency components, their correlation function is identically zero at any discrete time offset. Such time series are thus identically orthogonal. If one of these 35 is sent downstream of the measured gas flow in the measuring tube 10 and the other upstream, their 7 8820ο correlation functions can be calculated without the slightest disturbance to the other. To illustrate this, reference is made to the accompanying Figures 1, 2 and 3.

5 Kuvio 1 esittää ylempänä parillisten taajuuksien tehospektrin Ρβ(ω), jonka verhokäyrä on tyyppiä w2*exp(-wz). Tällä valinnalla on pyritty siihen, että korrelaatiofunktiolla ei olisi etäälle ulottuvia, hitaasti vaimenevia oskillaatioita. Kuviossa 1 on alempana vastaava, parittomien taajuuksien tehospektri Ρ0(ω). Mainitut tehospektrit ovat taajuus-10 alueella fo-fi· Esillä olevassa keksinnössä ylätaajuus fx on yleensä valittu samaksi kuin yhtälön (1) mukainen rajataajuus fc. Alataajuus f0 on sopivimmin (0.1...0.3) x fc ja keskitaajuus fk on näiden välissä.5 Figure 1 above shows the power spectrum parβ (ω) of even frequencies, the envelope of which is of type w2 * exp (-wz). This choice has been made to ensure that the correlation function does not have distant, slowly attenuating oscillations. Figure 1 below shows the corresponding power spectrum of the odd frequencies Ρ0 (ω). Said power spectra are in the frequency-10 range fo-fi · In the present invention, the upper frequency fx is generally selected to be the same as the cut-off frequency fc according to Equation (1). The low frequency f0 is preferably (0.1 ... 0.3) x fc and the center frequency fk is between them.

Kuvio 2 esittää parillisten taajuuskomponenttien muodostaman, jaksolli-15 sen aikasarjan Se(t) ylempänä ja parittomien taajuuskomponenttien muodostaman aikasarjan SQ(t) alempana. Aikavektorien kokonaispituus on 128 kanavaa. Parillisten taajuuksien vektorilla on kaksi identtistä 64 kanavan jaksoa ja parittomien taajuuksien vektorilla viimeiset 64 kanavaa toistavat ensimmäisten muodostaman vektorin negatiivisena. Sekä 20 parillisten että parittomien taajuuksien vaiheet valitaan identtisiksi ja arvotaan samoista satunnaisluvuista. Tästä syystä aikasarjat ovat jakson alussa ja lopussa hyvin samanlaisia ja jakson puolivälissä toistensa peilikuvia. Mittausperiaatteen kannalta tällä seikalla ei kuiten-kaan ole merkitystä ja kummankin vaiheen olisi voinut arpoa täysin 25 riippumattomista satunnaisluvuista. Vaiheiden valinnassa kannattaa ·.; kiinnittää huomiota siihen, että aikasarjojen amplitudivaihtelut eivät kasva liian suuriksi, jolloin kaiuttimille 12a,12b jouduttaisiin syöttämään helposti epälineaariseen käyttäytymiseen johtavia suuria hetkel-- . lisiä tehoja.Figure 2 shows the time series Se (t) formed by the even frequency components above and the time series SQ (t) formed by the odd frequency components below. The total length of the time vectors is 128 channels. The even-frequency vector has two identical 64-channel periods, and the odd-frequency vector has the last 64 channels repeat the vector formed by the first ones as negative. The phases of both the 20 even and odd frequencies are selected to be identical and drawn from the same random numbers. For this reason, the time series are very similar at the beginning and end of the period and mirror images of each other in the middle of the period. However, from the point of view of the measurement principle, this fact is irrelevant and both phases could have been drawn from completely 25 independent random numbers. The choice of steps is worth · .; draws attention to the fact that the amplitude variations of the time series do not become too large, in which case the speakers 12a, 12b would have to be easily fed large ones leading to nonlinear behavior at the moment--. additional effects.

3030

Kuvio 3 esittää parillisen aikasarjan autokorrelaatiofunktion ylinnä, parittoman aikasarjan alinna ja sarjojen ristikorrelaatiofunktion kes-: kellä. Ristikorrelaatiofunktio on identtisesti nolla, kuten on keksin nön päämäärien kannalta tarkoituskin. Parittoman aikasarjan joka toinen 35 korrelaatiopiikki on negatiivinen ja kumoaa täysin vastaavassa kohdassa 8 8 8 2 C o esiintyvän parillisen aikasarjan korrelaatiofunktion positiivisen piikin.Figure 3 shows the even time series at the top of the autocorrelation function, the odd time series at the bottom, and the series cross-correlation function in the middle. The cross-correlation function is identically zero, as is the intention for the purposes of the invention. Every other 35 correlation peaks of the odd time series is negative and completely cancels the positive peak of the correlation function of the even time series at the corresponding position 8 8 8 2 C o.

Edellä esitetty jako parillisiin ja parittomiin aikasarjoihin edellyt-5 tää keksinnössä, ettei sarjojen amplitudi-informaatiota hukata. Niitä ei siis voida korvata vastaavilla polariteettijonoilla ilman, että ortogonaalisuusominaisuus menetetään. Tarvittava signaalinkäsittelytekniikkakaan ei siis voi perustua polariteettikorrelaattoreihin kuten em. FI-patentissa 76885 ja FI-hakemuksessa 916102. Keksinnössä sovelletaan-10 kin edellä kuvioiden 5 ja 6 yhteydessä selostetun kaltaisesti sovitettuja nopeita, digitaaliseen signaalinkäsittelytekniikkaan perustuvia FIR (£inite impulse Response) -suodattimia 16a,17a;16b,17b;17i,172, joilla äänitaajuisten signaalien käsittely on toteutettavissa reaaliaikaisesti. Em. FIR-suodattimiksi 16,17 soveltu esim. Motorolan suoda-15 tinpiirit DSP 56200. Keksinnössä FIR-suodattimilla 16,17 ei korreloida kahta aikasarjaa niiden aikaeron määrittämiseksi, vaan sisään syötettävää aikasarjaa verrataan FIR-suodattimeen 16,17 kiinteästi syötettyyn kerroinvektoriin, jolloin suodattimen lähtösignaali on tämän kerroin-vektorin ja tulosignaalin reaaliaikainen ristikorrelaatiofunktio. Vir-20 tausmittauksen tarvitsemat kulkuajat saadaan suoraan tällaisten FIR-suodattimien 16,17 lähtösignaaleissa esiintyvien pulssien aikaeroina. Kun kerroinvektoreiksi valitaan mikrofonien 13a,13b nollavirtausno-peudella, ilman taustamelua erikseen myötä- ja vastavirtaan havaitsemat aikasarjat, poimii kukin FIR-suodatin ulostuloonsa vain kulloinkin 25 halutun osuuden mikrofonien signaaleista 13a,13b suodattaen tehokkaasti pois sekä vastakkaiseen suuntaan lähetetyn signaalin että korreloimat-toman taustamelun. Kerroinvektorit voidan myös valita edellä valittujen vektoreiden Hilbertin muunnoksiksi, jolloin korrelaatiofunktioiden symmetriset piikit muuttuvat antisymmetrisiksi. Nämä soveltunevat paremmin 30 tarkkojen aikaerojen määräämiseen.The above division into even and odd time series requires in the invention that the amplitude information of the series is not lost. Thus, they cannot be replaced by corresponding polarity strings without losing the orthogonality property. Thus, the required signal processing technique cannot be based on polarity correlators, as in the above-mentioned FI patent 76885 and FI application 916102. The invention also applies fast, digital signal processing technique-based FIR (£ inite impulse Response) -suits 16, as described above in connection with Figures 5 and 6. 17a; 16b, 17b; 17i, 172, with which the processing of audio frequency signals can be implemented in real time. Em. Suitable for the FIR filters 16,17 are, for example, the Motorola filter-15 circuitry DSP 56200. In the invention, the FIR filters 16,17 do not correlate two time series to determine their time difference, but the input time series is compared to a coefficient vector fixed to the FIR filter 16,17, whereby the filter output signal is a real-time cross-correlation function of this coefficient vector and input signal. The travel times required for the Vir-20 background measurement are obtained directly as the time differences of the pulses present in the output signals of such FIR filters 16,17. When the time series detected separately by the microphones 13a, 13b at zero flow rate, without background noise, are selected as coefficient vectors separately, each FIR filter picks up at its output only 25 desired portions of the microphone signals 13a, 13b, effectively filtering out . The coefficient vectors can also be selected as Hilbert transforms of the vectors selected above, whereby the symmetric peaks of the correlation functions become antisymmetric. These are better suited for determining 30 exact time differences.

Jotta korrelaatiofunktiot olisivat mahdollisimman paikallisia, ilman etäälle ulottuvia, hitaasti vaimenevia piirteitä, tulee aikasarjojen taajuusspektrin olla hyvin hallittu ilman äkillisiä hyppäyksiä. Voidaan 35 olettaa, että sekä virtausmittausputken 10 että mikrofonien 13a,13b taajuusvaste on kohtuullisen tasainen. Sen sijaan kaiuttimet 12a,12b 9 8 8 2 C 8 yleensä joudutaan sijoittamaan putkeen liittyvään sivuhaaraan, joka helposti toimii resonaattorina ja johtaa hyvin epätasaiseen taajuusvasteeseen. Tästä syystä mikrofonien 13a,13b havaitsemat aikasarjat voivat muodoltaan poiketa merkittävästi tehovahvistimien 15a,13b kaiuttimella 5 12a,12b lähettämästä aikasarjasta, mutta olla keskenään samanlaiset aikaerosta välittämättä. Niinpä tehovahvistimien 15a,15b kaiuttimilla 12a,12b lähettämien signaalien taajuusspektriä voidaan korjata siten, että mikrofonisignaalien taajuusspektreistä saataisiin juuri halutun muotoisia.In order for the correlation functions to be as local as possible, without distant, slowly attenuating features, the frequency spectrum of the time series must be well controlled without sudden jumps. It can be assumed that the frequency response of both the flow measurement tube 10 and the microphones 13a, 13b is reasonably uniform. Instead, the speakers 12a, 12b 9 8 8 2 C 8 generally have to be placed in a side branch associated with the tube, which easily acts as a resonator and results in a very uneven frequency response. For this reason, the time series detected by the microphones 13a, 13b may differ significantly in shape from the time series transmitted by the power amplifiers 15a, 13b to the speaker 5 12a, 12b, but be similar to each other regardless of the time difference. Thus, the frequency spectrum of the signals transmitted by the power amplifiers 15a, 15b by the speakers 12a, 12b can be corrected so that the frequency spectra of the microphone signals can be obtained in exactly the desired shape.

1010

Seuraavassa esitetään keksinnön mukaisessa virtausmittauksessa käytettävät laskentakaavat.The following are the calculation formulas used in the flow measurement according to the invention.

Virtausnopeus [m/s] v - 0.5 * L * (t^1 - t2’1) (2) 15Flow rate [m / s] v - 0.5 * L * (t ^ 1 - t2’1) (2) 15

Tilavuusvirtaus [m3/s] Q - v * A (3)Volume flow [m3 / s] Q - v * A (3)

Massavirtaus [kg/s] M - Q * p (4) 20 v keskimääräinen virtausnopeus L - mikrofonien 13a ja 13b välinen etäisyys - äänen kulkuaika myötävirtaan t2 - äänen kulkuaika vastavirtaan " Q — tilavuusvirtaus ;··; 25 A — putken 10 poikkipinta-ala M — massavirtaus p - kaasun tiheysMass flow [kg / s] M - Q * p (4) 20 v average flow rate L - distance between microphones 13a and 13b - flow time of sound downstream t2 - flow time of sound upstream "Q - volume flow; ··; 25 A - cross-sectional area of tube 10 area M - mass flow p - gas density

Kuvion 5 mukaisesti järjestelmän toimintaa ohjaa isäntäprosessori 18.According to Figure 5, the operation of the system is controlled by the host processor 18.

30 Muistielementteihin 14a,14b on tallennettu edellä selostetut mittausse-kvenssit Se(t) ja S„(t), jotka lähetetään jatkuvasti toistaen kaiutti-;· mille 12a,12b tehovahvistimien 15a,15b kautta. Lohkot 14a ja 14b sisäl- - tävät myös D/A-muuntimet vahvistimille 15a ja 15b lähetettävän analo- gisignaalin muodostamiseksi. Kuvion 5 mukaisesti järjestelmään kuuluu 35 neljä FIR-suodatinta 16a,17a;16b,17b, joihin mikrofonien 13a;13b havaitsemat sähkösignaaleiksi muutetut äänisignaalit lähetetään. Kuvion 5 10 8 8 2 C o lohkoihin 16a,17a,16b,17b, samoin kuin kuvion 6 lohkoihin 17χ ja 172 sisältyvät A/D-muuntimet, joilla mikrofonien 13a,13b analogiesignaalit muutetaan digitaaliseen muotoon FIR-suodattimien tuloon syöttöön sopivaksi. Mikrofoniin 13a kytketty ensimmäinen FIR-suodatin 16a on lii-5 tetty muistipiiriin 19a ja toinen FIR-suodatin 17a on vastaavasti liitetty toiseen muistipiiriin 20a. Mikrofoniin 13b kytketty ensimmäinen FIR-suodatin 16b on kytketty muistipiiriin 19b ja toinen FIR-suodatin 17b on vastaavasti kytketty muistipiiriin 20b. FIR-suodattimien 16a,16b;17a,17b ulostulot tallennetaan mikroprosessorin 18 ohjaamana 10 mainittuihin muistipiireihin 19a,20a;19b,20b. Mikroprosessori 18 laskee muistipiireihin 19a,20a;19b,20b tallennettujen sekvenssien piikkien Pia»P2a»Pib»P2b keskikohdan ajankohdat tla,t2a;tlb,t2b. Tarkkailtavan kaasun kulkuaika myötävirtaan siis kaasuvirtauksen nopeuden v suuntaan tL - tlb-tla ja äänenkulkuaika vastavirtaan t2 - t2a-t2b.The memory elements 14a, 14b store the measurement sequences Se (t) and S „(t) described above, which are continuously transmitted to the loudspeakers 12a, 12b via the power amplifiers 15a, 15b. Blocks 14a and 14b also include D / A converters for generating an analog signal to amplifiers 15a and 15b. According to Figure 5, the system 35 includes four FIR filters 16a, 17a; 16b, 17b, to which the audio signals converted into electrical signals detected by the microphones 13a; 13b are sent. Blocks 16a, 17a, 16b, 17b of Figure 5, as well as blocks 17χ and 172 of Figure 6, include A / D converters for converting analog signals from microphones 13a, 13b to digital input for input to FIR filters. A first FIR filter 16a connected to the microphone 13a is connected to the memory circuit 19a, and a second FIR filter 17a is respectively connected to the second memory circuit 20a. The first FIR filter 16b connected to the microphone 13b is connected to the memory circuit 19b and the second FIR filter 17b is connected to the memory circuit 20b, respectively. The outputs of the FIR filters 16a, 16b; 17a, 17b are stored in said memory circuits 19a, 20a; 19b, 20b under the control of a microprocessor 18. The microprocessor 18 calculates the times t1, t2a, tlb, t2b of the center of the peaks Pia »P2a» Pib »P2b stored in the memory circuits 19a, 20a; 19b, 20b. The flow time of the monitored gas downstream is thus in the direction of the gas flow rate v tL - tlb-tla and the flow time of the sound upstream t2 - t2a-t2b.

1515

Kuviossa 6 esitetyssä mittausjärjestelmässä käytetään neljän FIR-suo-dattimen asemesta kahta FIR-suodatinta 17x ja 172, joihin toiseen on tallennettu myötävirtaäänen ja toiseen vastavirtaäänen ilmaisinsekvens-si. Isäntäprosessori 18 ohjaa muistipiirejä 14a ja 14b, joihin sykli-20 sesti toistettavat lähetesekvenssit Sa(t) ja S0(t) on tallennettu. Lohkot 14a ja 14b edustavat myös D/A-muuntimia, joiden ulostulot syöttävät tehovahvistimia 15a ja 15b, jotka puolestaan syöttävät mittausäänisek-venssit mittausputkeen 10 lähettäviä kaiuttimia 12a,12b. Molempien mikrofonien 13a,13b signaalit syötetään erotus- ja summausvahvistimen 25 22 tuloihin. Vahvistimen 22 lähtö on kytketty FIR-suodattimiin 17x ja 172. Lohkot 17i ja 172 sisältävät myös em. A/D-muuntimet. FIR-suodatti-met 171;172 on kytketty muistipiireihin 18χ ja 182, joista toiseen 18x kerätään kummankin mikrofonin 13a ja 13b eri ajanhetkille kumuloituvat myötävirtaäänen korrelaatiopiikit pla ja plb ja niiden ajankohdat tla ja 30 tlb ja vastaavasti toiseen muistipiiriin 182 kumuloituvat vastavirtaäänen korrelaatiopiikit p2b Ja p2a ja niiden ajankohdat t2b ja t2a. Äänen kulkuaika myötävirtaan tj ”tlb-tla ja vastaavasti äänen kulkuaika myötävirtaan t2 - t2a-t2b.In the measurement system shown in Fig. 6, instead of four FIR filters, two FIR filters 17x and 172 are used, one of which stores the downstream sound sequence and the other the upstream sound detector sequence. The host processor 18 controls the memory circuits 14a and 14b in which the cyclically reproducible transmission sequences Sa (t) and S0 (t) are stored. Blocks 14a and 14b also represent D / A converters, the outputs of which supply power amplifiers 15a and 15b, which in turn supply measurement sound sequences to speakers 12a, 12b transmitting the measurement tube 10. The signals of both microphones 13a, 13b are fed to the inputs of the separation and summing amplifier 25 22. The output of amplifier 22 is connected to FIR filters 17x and 172. Blocks 17i and 172 also include the aforementioned A / D converters. The FIR filters met 171; 172 are connected to memory circuits 18χ and 182, one of which collects 18x the cumulative downstream correlation peaks p1 and p1b and their times t1a and p1bb accumulated at different times of each microphone 13a and 13b, and the second memory circuit 182 and their times t2b and t2a. The travel time of sound downstream tj ”tlb-tla and the travel time of sound downstream t2 - t2a-t2b, respectively.

35 Mikroprosessori 18 laskee edellä esitettyjen kaavojen (2), (3) ja (4) perusteella keskimääräisen virtausnopeuden v, tilavuusvirtauksen Q ja il 882C8 lämpötila- ja painemittaustulostukset yhdistämällä massavirtauksen M. Mittaustulokset esitetään kuvioiden 5 ja 6 mukaisesti mikroprosessoriin 18 yhdistetyllä mittaustulosten näyttö- ja/tai tulostuslaitteella 21.35 Based on the above formulas (2), (3) and (4), the microprocessor 18 calculates the temperature and pressure measurement outputs of the average flow rate v, the volume flow Q and il 882C8 by combining the mass flow M. The measurement results are shown in Fig. 5 and 6 with the measurement results display and and / or printing device 21.

5 Keksinnön menetelmän ja laitteen yksinkertaisin toteutus saadaan aikaan kuvion 5 mukaisesti sovitetulla neljällä FIR-suodattimella 16a,17a; 16b,17b, joita on kaksi kummallekin mikrofonille 13a,13b toinen poimimaan myötä- ja toinen vastavirtaan etenevää ääntä. Kun taajuusspektri valitaan huolellisesti, voidaan mikrofonien 13a,13b signaalit summata 10 toisiinsa tai muodostaa niiden erotus kuvion 6 mukaisesti, jolloin tullaan toimeen vain kahdella FIR-suodattimella 17a ja 17b. Kummankin ulostulossa on tällöin kaksi piikkiä, joiden keskinäinen aikaero on suoraan äänen kulkuaikaero mikrofonien 13a,13b välisellä matkalla.The simplest implementation of the method and apparatus of the invention is achieved by four FIR filters 16a, 17a fitted according to Figure 5; 16b, 17b, which are two for each microphone 13a, 13b, one for picking up forward and the other for upstream sound. When the frequency spectrum is carefully selected, the signals of the microphones 13a, 13b can be summed or separated as shown in Fig. 6, whereby only two FIR filters 17a and 17b are met. The output of each then has two spikes, the time difference between which is directly the time difference of the passage of sound in the distance between the microphones 13a, 13b.

15 Jos mittaussekvenssi on pitkä, tulee myös FIR-suodattimista 16,17 pitkiä. Tällöin pitkät FIR-suodattimet voidaan toteuttaa kaskadoimalla lyhyitä suodattimia. Kaskadointia on kuvattu esimerkiksi Motorolan suodatinpiirin DSP 56200 datalehtisessä. Signaali/kohina-suhdetta voidaan parantaa myös siten, että tyydytään lyhyisiin suodattimiin, mutta 20 lasketaan useiden peräkkäisten mittaussekvenssien ulostulot yhteen liukuvaksi keskiarvoksi. Koska parillisten taajuuksien ulostulosekvens-sissä on kaksi identtistä puolijaksoa, nekin on edullista laskea suoraan yhteen ennen kulkuaikapiikin keskikohdan määräämistä, sillä ensimmäisen ja jälkimmäisen puolijakson kohinaosuudet ovat toisistaan riip-25 pumattomat. Vastaavasti parittomien taajuuksien ulostulosekvenssien puolijaksot ovat vastakkaismerkkiset, joten jälkimmäinen puolijakso on edullista ensin vähentää ensimmäisestä puolijaksosta ennenkuin kulkuaikapiikin keskikohta lasketaan.15 If the measurement sequence is long, the FIR filters also become 16.17 long. In this case, long FIR filters can be implemented by cascading short filters. Cascading is described, for example, in the DSP 56200 data sheet for the Motorola filter circuit. The signal-to-noise ratio can also be improved by settling for short filters, but calculating the outputs of several consecutive measurement sequences as a moving average. Since there are two identical half-periods in the output sequence of even frequencies, it is also advantageous to add them together directly before determining the center of the travel time peak, since the noise portions of the first and second half-periods are independent of each other. Correspondingly, the half-cycles of the output sequences of the odd frequencies are of opposite sign, so that the latter half-cycle is preferably subtracted from the first half-cycle before the center of the transit time peak is calculated.

30 Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaih-della ja poiketa edellä vain esimerkinomaisesti esitetystä.The following claims set forth within the scope of the inventive idea defined by the various details of the invention may vary and differ from those set forth above by way of example only.

Claims (8)

12 8 8 2 C 312 8 8 2 C 3 1. Akustinen virtausmittausmenetelmä kaasujen virtausnopeuden (v) ja/tai siitä johdettavien suureiden mittaamiseksi, jossa menetelmässä 5 mittausputkeen (10) lähetetään pitkäaaltoista ääntä ja kahdella määrä-etäisyydellä (L) toisistaan mittausputken yhteydessä sijaitsevalla ääni-ilmaisimella (13a,13b) havaitaan kaasuvirtauksessa myötä- ja vastavirtaan kulkeneet äänisignaalit, joiden kummankin korrelointia hyväksikäyttäen määrätään mittausputkessa (10) virtaavan kaasun virtausno- 10 peus (v) ja/tai siitä johdettavat suureet ja jossa menetelmässä mittausputkeen (10) lähetetään äänisekvenssi, jonka taajuudet valitaan tietyn minimi- ja maksimitaaj uuden (f0·^) väliltä, tunnettu siitä, 15 että keskimääräinen virtausnopeus ja/tai siitä johdettavat suureet kuten tilavuusvirtausnopeus ja massavirtausnopeus määrätään tunnetulla tavalla laskemalla ääni-ilmaisimien (13a,13b) havaitseman äänen aikais-tumisesta tai viivästymisestä nollavirtaustilanteeseen verrattuna kumpaankin suuntaan etenevälle äänelle, 20 että sanottu aikaistuminen tai viivästyminen määrätään lähettämällä mittausputkeen (10) mittausvälin (L) ulkopuolelle sijoitetuilla kaiut-timilla (12a,12b) jaksollisesti toistettavia, diskreeteistä taajuuskom-ponenteista koostuvia äänisekvenssejä (S,(t) , SQ(t)), 25 että toiseen suuntaan lähetettävä sanottu äänisekvenssi (Se(t)) sisältää vain parillisia ja vastakkaiseen suuntaan lähetettävä sanottu äänisekvenssi (SQ(t)) vain parittomia taajuuskomponentteja, 30 että sanotut äänisekvenssit valitaan siten, että ääni-ilmaisimien (13a,13b) havaitsemien ja akustisen siirtotien muuntamien sekvenssien menetelmässä muodostettava autokorrelaatiofunktio on mahdollisimman teräväpiikkinen, ja 35 että ääni-ilmaisimien (13a,13b) havaitsemat signaalit viedään 13 8 82C3 FIR-suodattimiin (16a,17a,16b,17b;17lf 172), joihin tallennetaan kerroin-vektoreiksi nollavirtaustilanteessa myötävirtaan tai vastavirtaan mitatusta sekvenssistä johdettu sekvenssi.An acoustic flow measurement method for measuring the gas flow rate (v) and / or the quantities derived therefrom, in which a long-wave sound is transmitted to the measuring tube (10) and two sound detectors (13a, 13b) connected to the measuring tube are detected in the gas flow. - and countercurrent audio signals, each of which uses a correlation to determine the flow rate (v) of the gas flowing in the measuring tube (10) and / or the quantities derived therefrom, and in which the measuring tube (10) is sent a sequence of frequencies selected at a new minimum and maximum frequency ( f0 · ^), characterized in that the average flow rate and / or the quantities derived therefrom, such as the volume flow rate and the mass flow rate, are determined in a known manner by calculating zero of the advance or delay of the sound detected by the sound detectors (13a, 13b). that said advance or delay is determined by transmitting periodically reproducible sound sequences (S, (t) consisting of discrete frequency components to the measuring tube (10) by means of speakers (12a, 12b) located outside the measuring interval (L)). (t)), 25 that said audio sequence to be transmitted in the second direction (Se (t)) contains only even and said odd frequency sequence to be transmitted in the opposite direction (SQ (t)) only odd frequency components, 30 that said audio sequences are selected so that the audio detectors (13a) , 13b) the autocorrelation function generated in the method of the sequences detected and converted by the acoustic transmission path is as sharp as possible, and 35 that the signals detected by the sound detectors (13a, 13b) are applied to 13 8 82C3 FIR filters (16a, 17a, 16b, 17b; 17lf 172); stored as coefficient vectors in the zero flow situation a a sequence derived from a sequence measured downstream or upstream. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä käytetään kahta ääni-ilmaisinta (13a,13b), joiden kummankin havaitsemat signaalit viedään kumpikin kahteen FIR-suodatti -meen (16a,17a;16b,17b), joista aina toisen kerroinvektoriksi talletetaan nollavirtaustilanteessa myötävirtaan mitatusta, esimerkiksi vain 10 parillisista taajuuskomponenteista koostuvasta sekvenssistä (S.(t)) tarkoituksenmukaisesti johdettu sekvenssi ja aina toisen kerroinvektoriksi on talletettu nollavirtaustilanteessa vastavirtaan mitatusta, vastaavasti vain parittomista taajuuskomponenteista koostuvasta sekvenssistä (S0(t)) tarkoituksenmukaisesti johdettu sekvenssi, ja että äänen kulku-15 aikana myötävirtaan/vastavirtaan käytetään kummankin ääni-ilmaisimen (13a,13b) myötävirtasuodattimien/vastavirtasuodattimien kulkuaikapUkkien keskikohtien suodattimesta toiseen mitattavaa aikaeroa (kuvio 5).Method according to Claim 1, characterized in that the method uses two sound detectors (13a, 13b), the signals of each of which are each applied to two FIR filters (16a, 17a; 16b, 17b), each of which is stored as a coefficient vector. a sequence appropriately derived from a sequence (S. (t)) measured downstream in the zero-flow situation, e.g. during the flow-15 downstream / countercurrent, the time difference measured from the filter of the centers of the flow times / countercurrent filters of each sound detector (13a, 13b) to the other is used (Fig. 5). 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kaasujen virtausmittausmenetelmä, tunnettu siitä, että FIR-suodattimien (16a,17a,16b,17b) ker-' roinvektoreina käytetään sellaisenaan nollavirtaustilanteessa mitattuja -·- ääni-ilmaisinsekvenssejä, joiden autokorrelaatiofunktioiden piikit lähete sekvenssien taajuus spektrin valinnalla järjestetään mahdollisim-25 man teräviksi.Gas flow measurement method according to Claim 2, characterized in that the coefficient vectors of the FIR filters (16a, 17a, 16b, 17b) are, as such, zero-detector sequences measured in a zero-flow situation, the autocorrelation functions of which are spaced at the frequency of the transmission sequences. 25 man sharp. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen kaasujen virtausmittausmenetelmä, tunnettu siitä, että FIR-suodattimien kerroinvektoreiksi on valittu mainittujen sekvenssien Hilbertin muunnokset. .-•3 30A gas flow measurement method according to claim 3, characterized in that Hilbert transforms of said sequences are selected as coefficient vectors for FIR filters. .- • 3 30 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaasujen virtausmittausmenetelmä, tunne ttu siitä, että FIR-suodattimia (171172) on kaksi, toinen ...· (17:) myötävirtaan ja toinen (172) vastavirtaan etenevää ääntä varten, ja että kahden ääni-ilmaisimen signaalit ennen em. FIR-suodattimille .···. 35 (171,17z) vientiä lasketaan yhteen tai vähennetään toisistaan (22), ja että äänenkulkuaikänä myötävirtaan/vastavirtaan käytetään myötävirta- 14 8 8 2 C o suodattimen/vastavirtasuodattimen ulostulossa kuminallekin ääni-ilmaisimella (13a,13b) eri aikaan esiintyvien autokorrelaatiofunktiopiik-kien keskikohtien aikaeroa (ίχ/ί2) (kuvio 6).A gas flow measurement method according to claim 1, characterized in that there are two FIR filters (171172), one ... ... (17 :) for downstream sound and the other (172) for countercurrent sound, and that the signals of the two sound detectors before for the above FIR filters. 35 (171,17z) exports are added together or subtracted from each other (22), and that during the sound flow downstream / countercurrent, the autocorrelation functions of the autocorrelation functions occurring at different times at the output of the filter / countercurrent filter are used for each rubber with the sound detector (13a, 13b). the time difference between the centers (ίχ / ί2) (Figure 6). 6. Laite kaasujen virtausnopeuden ja/tai siitä johdettavien suureiden, kuten tilavuusvirtauksen ja/tai massavirtauksen mittaamiseksi, joka laite käsittää mittausputken (10), jossa mitattava kaasuvirtaus kulkee, joka laite käsittää äänisignaalien lähettiminä kaiuttimet (12a,12b) ja äänen ilmaisimina mikrofonit(13a,13b), jotka on sijoitettu mittausput-10 ken (10) yhteyteen mainittujen kaiuttimien (12a,12b) välille tietylle tunnetulle keskinäiselle etäisyydelle (L), joka laite käsittää ääni-sekvenssilaitteet (14a,14b,15a,15b,18), joilla syötetään toistuvasti tietyllä taajuusalueella (f0-fi) olevat sähkösignaalisekvenssit mainituille kaiuttimille (12a,12b), tunnettu siitä, että laite 15 käsittää muistielementit (14a,14b), joihin on tallennettavissa kaiuttimille (12a,12b) lähetettävät jatkuvasti toistettavat mittausäänisek-venssit ja tehovahvistimet (15a,15b), joiden tuloon mainittujen muis-tielementtien (14a,14b) lähdöt on kytketty D/A-muuntimien välityksellä ja joiden tehovahvistimien (15a,15b) lähdöt on kytketty mainittuihin 20 mittausputken (10) yhteydessä oleviin kaiuttimiin (12a,12b), että laite käsittää FIR-suodattimet (16a,17a;16b,17b;17^172) , joihin on ladattavissa tarvittavat kerroinsekvenssit ja joiden FIR-suodattimien tuloon on kytketty mainitut mittausputken (10) yhteydessä olevat mikrofonit (13a,13b) A/D-muuntimien välityksellä, että laite käsittää muistipiirit 25 (19a,20a,19b,20b;18!, 182), jotka on kytketty mainittujen FIR-suodattimi- en lähtöihin, että laite käsittää isäntäprosessorin (18), joka on sovitettu ohjaamaan laitteen eri toimintasekvenssejä ja viimemainituista muistipiireistä (19a,20a;19b,20b;181,18z) saatavien sekvenssien perusteella laskemaan keskimääräisen virtausnopeuden ja/tai tilavuusvirtauk-30 sen ja/tai lämpötila- ja/tai painemittaustulokset yhdistämällä massa-virtausnopeuden .An apparatus for measuring the flow rate of gases and / or quantities derived therefrom, such as volume flow and / or mass flow, comprising a measuring tube (10) in which the gas flow to be measured flows, said speakers (12a, 12b) transmitting audio signals and microphones (13a) , 13b) arranged in connection with the measuring tube (10) between said speakers (12a, 12b) at a certain known mutual distance (L), which device comprises audio sequence devices (14a, 14b, 15a, 15b, 18) repeatedly supplying electrical signal sequences in a certain frequency range (f0-fi) to said speakers (12a, 12b), characterized in that the device 15 comprises memory elements (14a, 14b) in which continuously reproducible measurement sound sequences and power amplifiers transmitted to the speakers (12a, 12b) can be stored (15a, 15b), the inputs of which are the outputs of said memory elements (14a, 14b) connected between D / A converters and the outputs of the power amplifiers (15a, 15b) are connected to said speakers (12a, 12b) connected to said measuring tube (10), that the device comprises FIR filters (16a, 17a; 16b, 17b; 17 ^ 172) to which rechargeable the necessary multiplier sequences and having the microphones (13a, 13b) connected to said measuring tube (10) connected to the input of the FIR filters via A / D converters, the device comprising memory circuits 25 (19a, 20a, 19b, 20b; 18 !, 182), connected to the outputs of said FIR filters, that the device comprises a host processor (18) adapted to control the different operating sequences of the device and to calculate the average flow rate and / or based on the sequences obtained from the latter memory circuits (19a, 20a; 19b, 20b; 181,18z); or the results of volume flow and / or temperature and / or pressure measurements by combining the mass flow rate. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite käsittää kaksi paria FIR-suodattimia (16a,17a,16b,17b), joista 35 toinen pari (16a,17a) on kytketty toiseen mikrofoniin )13a) ja toinen pari (16b,17b) vastaavasti toiseen mikrofoniin (13b), että kunkin 15 882C8 FIR-suodattimen lähtö on kytketty muistipiiriinsä (19a,20a;19b,20b), joihin FIR-suodattimien ulostulo on tallennettavissa ja että järjestelmän isäntämikroprosessori (18) on sovitettavissa laskemaan mainittuihin muistipiireihin tallennettujen sekvenssien piikkien (Pia>P2aiPibiP2b) 5 keskikohdat ja näiden erotuksista ja mikrofonien (13a,13b) keskinäisestä välistä (L) äänen nopeudet myötä- ja vastavirtaan sekä edelleen keskimääräisen virtausnopeuden ja/tai tilavuusvirtauksen ja/tai lämpötila- ja painemittaustulokset yhdistämällä massavirtausno-peuden (kuvio 5). 10Device according to claim 6, characterized in that the device comprises two pairs of FIR filters (16a, 17a, 16b, 17b), of which 35 one pair (16a, 17a) is connected to the second microphone) 13a) and the other pair (16b). 17b) to the second microphone (13b), respectively, that the output of each 882C8 FIR filter is connected to its memory circuit (19a, 20a; 19b, 20b) in which the output of the FIR filters can be stored and that the system host microprocessor (18) is adapted to calculate the number of stored data in said memory circuits. the centers of the peaks in the sequences (Pia> P2aiPibiP2b) 5 and the differences between them and the mutual (L) speeds of sound upstream and downstream of the microphones (13a, 13b) and further the average flow rate and / or volume flow and / or temperature and pressure measurement results by combining mass flow Figure 5). 10 8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittujen mikrofonien (13a,13b) lähdöt on kytketty summaus- tai ero-tusvahvistimeen (22), jonka vahvistimen (22) lähtö on kytketty FIR-suo-datinpariin (171,172), joista toiseen on tallennettavissa myötävirtaää-15 nen ja toiseen vastavirtaäänen ilmaisinsekvenssi, että kumpikin mainittu FIR-suodatin (171,17z) on kytketty muistipiiriinsä (18^182, joista toiseen (18^ on kerättävissä kummankin mikrofonin (13a,13b) eri ajan-hetkillä kumuloitavat myötävirtaäänen korrelaatiofunktiopiikit (Pia.Pib) ja toiseen (182) vastaavasti vastavirtaäänen korrelaatiofunktiopiikit 20 (P2biP2a). joiden korrelaatiofunktiopiikkien aikaeroista (tlb-tla; t2a-t2b) . . mainittu isäntäprosessori (18) on järjestetty laskemaan mitattavat • · virtaussuureet (kuvio 6). 16 882C8Device according to claim 6, characterized in that the outputs of said microphones (13a, 13b) are connected to a summing or difference amplifier (22), the output of which amplifier (22) is connected to a pair of FIR filters (171,172), one of which a downstream and a countercurrent detector sequence can be stored that each said FIR filter (171,17z) is connected to its memory circuit (18 ^ 182), the other (18 ^) of which can be collected at different times of time by each microphone (13a, 13b). correlation function peaks (Pia.Pib) and to the second (182) countercurrent correlation function peaks 20 (P2biP2a), respectively, of the time differences (tlb-tla; t2a-t2b) of said correlation function peaks, said host processor (18) is arranged to calculate flow rates (18). 16 882C8
FI921448A 1992-04-01 1992-04-01 FARING EQUIPMENT FOR ACOUSTIC MAINTENANCE AV ENTRY FI88208C (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI921448A FI88208C (en) 1992-04-01 1992-04-01 FARING EQUIPMENT FOR ACOUSTIC MAINTENANCE AV ENTRY
PCT/FI1992/000278 WO1993020411A1 (en) 1992-04-01 1992-10-16 Method and device for determination of the velocity of a gas flowing in a pipe
FI924880A FI89835C (en) 1992-04-01 1992-10-28 Method and apparatus for determining the velocity of a gas flowing in a pipe
CN 93104014 CN1078552A (en) 1992-04-01 1993-04-01 The assay method and the device of gas velocity in the pipe

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI921448 1992-04-01
FI921448A FI88208C (en) 1992-04-01 1992-04-01 FARING EQUIPMENT FOR ACOUSTIC MAINTENANCE AV ENTRY

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI921448A0 FI921448A0 (en) 1992-04-01
FI88208B FI88208B (en) 1992-12-31
FI88208C true FI88208C (en) 1993-04-13

Family

ID=8535027

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI921448A FI88208C (en) 1992-04-01 1992-04-01 FARING EQUIPMENT FOR ACOUSTIC MAINTENANCE AV ENTRY
FI924880A FI89835C (en) 1992-04-01 1992-10-28 Method and apparatus for determining the velocity of a gas flowing in a pipe

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI924880A FI89835C (en) 1992-04-01 1992-10-28 Method and apparatus for determining the velocity of a gas flowing in a pipe

Country Status (2)

Country Link
FI (2) FI88208C (en)
WO (1) WO1993020411A1 (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI94909C (en) * 1994-04-19 1995-11-10 Valtion Teknillinen Acoustic flow measurement method and applicable device
US5531099A (en) * 1994-11-09 1996-07-02 At&T Corp. Underground conduit defect localization
NL1008827C1 (en) * 1998-04-07 1999-10-08 Nico Roosnek Method and device for measuring physical parameters.
SE0003348D0 (en) * 2000-09-18 2000-09-18 Flaekt Ab Apparatus and method for measuring the flow in a fluid
DE10062875B4 (en) * 2000-12-16 2007-02-08 Hydrometer Gmbh Flowmeter
WO2006134199A1 (en) * 2005-06-16 2006-12-21 Justiflow Oy Ultrasound flowmeter arrangement for determining speed of sound
GB0921530D0 (en) * 2009-12-09 2010-01-27 Atmos Wave Ltd Monitoring fluid flow in a conduit
JP5492606B2 (en) 2010-03-03 2014-05-14 アズビル株式会社 Arithmetic device and flow meter provided with arithmetic device
US20120173191A1 (en) * 2011-01-03 2012-07-05 Moeller Lothar B Airspeed And Velocity Of Air Measurement
CN102830245A (en) * 2012-08-15 2012-12-19 华北电力大学 Monitoring system and monitoring method for boiler furnace flue gas velocity based on acoustics
WO2020183719A1 (en) * 2019-03-14 2020-09-17 オムロン株式会社 Flow rate measurement device
CN116929476B (en) * 2023-06-29 2024-06-28 华能(广东)能源开发有限公司汕头电厂 Soot blowing air inflow detection method and system

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4445389A (en) * 1981-09-10 1984-05-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Long wavelength acoustic flowmeter
FI76885C (en) * 1987-01-16 1988-12-12 Valtion Teknillinen Acoustic flow measurement method and device for application thereof.
FI87493C (en) * 1991-12-23 1993-01-11 Kytoelae Instrumenttitehdas OVER ANCHORING FOR OVER MAINTENANCE AV STROEMNINGSHASTIGHETEN AV GASER OCH / ELLER STORHETER SOM KAN HAERLEDAS FRAON DENNA

Also Published As

Publication number Publication date
FI924880A0 (en) 1992-10-28
FI89835C (en) 1993-11-25
FI88208B (en) 1992-12-31
FI89835B (en) 1993-08-13
WO1993020411A1 (en) 1993-10-14
FI921448A0 (en) 1992-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI88208C (en) FARING EQUIPMENT FOR ACOUSTIC MAINTENANCE AV ENTRY
FI94909B (en) Acoustic current measurement method and apparatus for applying it
US4520320A (en) Synchronous phase marker and amplitude detector
FI91106C (en) Method and apparatus for monitoring gas flow, especially natural gas flow
CA2158669C (en) Underground conduit defect localization
Pal et al. Detecting & locating leaks in water distribution polyethylene pipes
FI87493B (en) FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER MAETNING AV STROEMNINGSHASTIGHETEN AV GASER OCH / ELLER STORHETER SOM KAN HAERLEDAS FRAON DENNA.
FI88209C (en) Method and apparatus for acoustic current measurement to assure the performance
EP0446023B1 (en) Fluid flow measurement
KR20000018659A (en) Measuring method of supersonic current speed
US3844170A (en) Flow velocity measurement
US4257275A (en) Velocity detecting apparatus
USRE28686E (en) Measurement of fluid flow rates
Davis et al. Laser-Doppler measurement of complex acoustic impedance
SU932098A1 (en) Discrete apparatus for locating pressure pipeline damages
RU2650747C1 (en) Method and device for determining the location of the pipeline passage
RU2580182C1 (en) Device and method for testing articles for random vibration
SU1013704A1 (en) Leak detector
Poggi et al. Performance of two acquisition and signal processing systems for acoustic particle velocity measurements
SU894631A1 (en) Method of determining acoustic energy flux
RU2055356C1 (en) Device measuring parameters of flow of liquid or gas in pipe-line
SU800672A1 (en) Method of vibration diagnosis of machine tools
KR100189166B1 (en) New liquid quantity measurement apparatus and measurement method
SU708228A1 (en) Flowrate meter
SU989342A1 (en) Device for vibration measuring

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed