HUT65940A - System for the measurement of velocity of fluid flow, especially that of sewage water - Google Patents
System for the measurement of velocity of fluid flow, especially that of sewage water Download PDFInfo
- Publication number
- HUT65940A HUT65940A HU9300800A HU9300800A HUT65940A HU T65940 A HUT65940 A HU T65940A HU 9300800 A HU9300800 A HU 9300800A HU 9300800 A HU9300800 A HU 9300800A HU T65940 A HUT65940 A HU T65940A
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- signal
- frequency
- acoustic
- signals
- output
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO 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
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/50—Systems of measurement, based on relative movement of the target
- G01S15/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
- G01S15/582—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of interrupted pulse-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/002—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow wherein the flow is in an open channel
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/66—Measuring 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
- G01F1/663—Measuring 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 by measuring Doppler frequency shift
-
- 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
- G01P5/241—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 using reflection of acoustical waves, i.e. Doppler-effect
- G01P5/244—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 using reflection of acoustical waves, i.e. Doppler-effect involving pulsed waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO 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
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/50—Systems of measurement, based on relative movement of the target
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Paper (AREA)
Description
RENDSZER ÁRAMLÓ KÖZEG, KÜLÖNÖSEN SZENNYVÍZ ÁRAMLÁSI
SEBESSÉGÉNEK MÉRÉSÉRE
ADS Environmental Services, Inc. Huntsville, Alabama, ’UtSvA» U
Feltalálók:
PETROFF Alán M. , Huntsville, Alabama, +J. S.A.
FULLERTON Larry W. , Huntsville, Alabama, -íJ-rSTAT iU
A Nemzetközi bejelentés napja: 1992. 07. 20.
Elsőbbsége: 1991. 07. 26. -fUS-07^736,466) UI
Nemzetközi bejelentés száma: PCT/US92/06014
Nemzetközi közzététel száma: WO 93/03333
76949-1045/SOV
-2A találmány tárgya rendszer áramló közeg, különösen szennyvíz áramlási sebességének mérésére, amely rendszer akusztikai impulzussorozat, adott esetben ultrahangenergia és a Doppler-effektus együttes felhasználása illetve alkalmazása alapján működik.
Számos olyan gyakorlati terület ismert, ahol szükség van egy áramló közeg, elsősorban valamilyen biztonsági tartályban, edényben, vezetékben áramló közeg keresztmetszetének átlagos áramlási sebességének meghatározására. Az átlagos áramlási sebesség segítségével meghatározható többek között a szállított térfogat, az átlagos áramlási sebesség és az áramlási keresztmetszet szorzataként. Köztudott azonban, hogy az áramlási sebesség gyakran egy diszkrét térfogaton belül is változik, különösen egy adott keresztmetszet különböző szintjei között, ami megnehezíti az átlagos áramlási sebesség pontos meghatározását.
Az US-4,083,246 lajstromszámú szabadalmi leírásból olyan rendszer ismerhető meg, amelyben elekromágneses érzékelőket alkalmaznak, amelyek a közegáramlásban jellemzően az áramlási csatorna fenekének körzetében vannak elrendezve. Az elektromágneses érzékelők kimenetei az érzékelt elektromágneses tér függvényében változnak, az érzékelés azonban az érzékelők viszonylag szűk környezetére korlátozódik, ezért lényegében csak egy adott áramlási szint sebességének meghatározását teszi lehetővé. Ennél a rendszernél szükség van a folyadékszint, a folyadékmélység és adott esetben egyéb fizikai mennyiségek érzékelésére is, és az elektromágneses egység kimenetét többek között a
-3folyadékmélység függvényében módosítani kell annak érdekében, hogy a kapott sebességarányos jel az áramló közeg átlagos áramlási sebességének megfelelő értéket jelentsen.
A közegáramlási sebesség mérésére alkalmaznak ún. Doppler-eltolódásos módszert is, amelynek lényege, hogy ismert frekvenciájú akusztikus jelet emittálnak az áramló közegbe, és reflektált jeleket, különösen az áramló közegben szállított objektumokról visszavert jeleket érzékelnek, amelyek frekvenciáját az emittált jel frekvenciájával összehasonlítják. Ezzel a módszerrel tehát frekvenciakülönbségeket, illetve Doppler-frekvenciákat állítanak elő, amelyek egy diszkrét sebességértéknek feleltethetők meg. Ezen mérési elv alkalmazásánál adott esetben több érzékelőt használnak, és ezek kimenőjeleit átlagolják.
Az elektromágneses érzékelőkkel megvalósított eljárás alapvető problémája, hogy a méréspontosság az idő előrehaladtával jelentős mértékben romlik, különösen olyan alkalmazások esetén, ahol az áramló közeg az érzékelők felületén megtapadó komponenst tartalmaz. Ez a probléma jelentkezik többek között szennyvízcsatornák esetében is.
Az akusztikus rendszerekkel kapcsolatban gyakori probléma, hogy a mérési eredmény sokszoros akusztikai reflekciót tükröz, ahol a visszaverődések az áramló közeggel együtt áramló lebegő objektumokról, részecskékről stb. származnak, és a reflektáló objektumok mozgási sebessége gyakran különbözhet az áramló közeg átlagos áramlási sebességétől, például az adott objektum magassági helyzete vagy egyéb tényezők függvényében. Is
-4mertek olyan próbálkozások, amelyek a reflektált Doppler-jelek szelektálása révén igyekeznek a méréspontosságot javítani. Az egyik ismert módszer szerint a legnagyobb amplitúdójú jelet veszik figyelembe, vagy több diszkrét legnagyobb amplitúdójú jel átlagfrekvenciáját veszik alapul. Ezzel a megközelítéssel kapcsolatban az a probléma, hogy nincs semmilyen biztosíték arra, hogy a kiválasztott visszavert jel olyan jelforrásból - objektumról - származik, amely a közeg átlagos áramlási sebességével azonos sebességgel mozog. Elképzelhető például, hogy a visszavert jelek egy viszonylag nagy méretű objektumról származnak, amely az áramló közegben lényegében elsüllyedt helyzetű, ezért előrehaladási sebessége lényegesen kisebb a közeg áramlási sebességénél. A másik szélsőséges eset, amikor a visszavert jelek a közeg felszínén elhelyezkedő objektumról származnak, és elképzelhető, hogy ezek haladási sebessége az átlagos közegáramlási sebességnél nagyobb. Belátható tehát, hogy az ilyen rendszerek sem szolgáltatnak megbízható adatot a közeg átlagos áramlási sebességéről.
A találmánnyal célunk a bevezetőben említett megoldások hiányosságainak kiküszöbölése, tehát olyan rendszer kidolgozása, amelynek révén az áramló közegek áramlási sebessége nagy megbízhatósággal meghatározható. A kitűzött feladat tehát egy tökéletesebb rendszer kidolgozása, célkitűzésünk szerint impulzusos Doppler-technika alkalmazásával.
-5A kitűzött feladat megoldására olyan rendszert dolgoztunk ki, amely az áramlási csatornában elrendezett akusztikai emissziós eszközt és jelátalakítóval rendelkező akusztikai vevőeszközt tartalmaz, ahol a találmány szerint:
az akusztikai emissziós eszköz széles szórási tartományban diszkrét időtartamú és frekvenciájú akusztikai impulzussorozatokat juttat az áramló közeg egy térfogatába;
az akusztikai vevőeszköz az áramló közeg diszkrét térfogatában diszkrét távolságban szállított objektumokról érkező, időtartomány-jelek sokaságát tartalmazó Doppler-eltolódott jelek kiválasztott részének fogadására van kapuzva;
a rendszer továbbá az említett frekvenciatartomány-jeleket frekvenciatartomány-jelek sokaságává átalakító frekvenciatartomány-transzlációs eszközt és a frekvenciatartomány-transzlációs eszközzel jelkapcsolatban lévő sebességszámító eszközt foglal magában, amely sebességszámító eszköz az áramló közeg áramlási átlagsebességével arányos jelet szolgáltató jelkimenettel rendelkezik.
A találmány szerinti rendszer egy előnyös változatánál az akusztikai emissziós eszköz és az akusztikai vevőeszköz is az áramló közegben elrendezett akusztikai jelátalakítóval rendelkezik, amelyek az áramlási iránnyal párhuzamos szignifikáns komponenssel rendelkező akusztikai jelek továbbításához és vételéhez megfelelő helyzetben vannak elrendezve.
A találmány szerinti rendszer egy másik lehetséges változatánál a frekvenciatartomány-transzlációs eszköz az időtarto-6mány-jelekből gyors Fourier-transzformáciőt megvalósító eszközt foglal magában.
Az akusztikai vevőeszköz adott esetben a Doppler-eltolódott jelek szintjét egy meghatározott amplitudótartományban tartó eszközt foglal magában. A rendszer egy előnyös példaként! kiviteli alakjánál az akusztikai vevőeszköz a következő egységeket tartalmazza:
akusztikai/elektromos jelátalakítót;
első kapuzó egységet, amely egy akusztikai impulzussorozatot követő előre meghatározott intervallum után jelentkező kapuzó jelre a Doppler-eltolódott jelek kiválasztott részét kibocsátó kimenettel rendelkezik;
keverőegységet, amely az első kapuzóegységgel van jelkapcsolatban, és az akusztikai jel említett részét egy kiválasztott frekvenciájú jellel keveri, a kiválasztott részből kiküszöböli az akusztikai jel frekvenciakomponenseit, és Dopplereltolódott jeleket továbbító kimenettel rendelkezik;
programozható erősítőt, amely kimenetként amplitudóstabilizált jeleket szolgáltat, továbbá a keverőegység kimenetére csatlakozó referenciabemenete és digitális vezérlőbemenete van;
második kapuzóegységet, amely a kapuzójelből és egy mintavételi jelből a kapuzójeltől függő kapuzott kimenőjelet állít elő;
digitál/analóg átalakítót, amely a keverőegység kimenetére csatlakozó referenciabementtel és digitális vezérlőbemenettel rendelkezik;
analóg/digitál átalakítót, amely a kapuzott mintavételi
-7jellel jelkapcsolatban lévő bemenettel rendelkezik, és az amplitudóstabilizált jeleket kizárólag az akusztikai impulzussorozatot követő előre meghatározott intervallum alatt mintavételezi; és vezérlőegységet, amely az analóg/digitál átalakító kimenetével van jelkapcsolatban és a digitál/analóg átalakító digitális vezérlőbemenetéhez bemenetet szolgáltat, ezáltal a digitál/analóg átalakító kimeneti szintjét vezérli.
A találmány szerinti rendszer egy további változatánál a sebességszámító eszköz átlagolóegységet foglal magában, amely a frekvenciatartomány-transzlációs eszközre csatlakozik, és a kiválasztott részek sokaságát képviselő frekvenciatartományjelek sokaságát szolgáltatja, továbbá az említett jeleket átlagolja és a közegáramlás átlagsebességével arányos kimenettel rendelkezik.
A kitűzött feladat megoldására kidolgozott találmány szerinti rendszer másik változatánál az akusztikai emissziós eszköz diszkrét frekvenciájú és általában széles nyalábú akusztikai jelet juttat az áramlási csatornában áramló közeg egy térfogatába;
az akusztikai vevőeszköz a jelátalakítóval úgy van elrendezve, hogy az áramló közegben szállított objektumokról származó akusztikai jelekkel kapcsolatban lévő Doppler-eltolódott jelek sokaságának fogadására megfelelő helyzetben van elrendezve, és a Doppler-eltolódott jeleket, amelyek időtartományjel-soro • · ·
-8zatot tartalmaznak, egy diszkrét időintervallumon keresztül veszi;
detektáló eszközt, amely az időtartományjel-sorozat alapján Doppler-frekvencia-eltolt jeleket érzékel;
frekvenciakiválasztó eszközt, amely a detektálóeszközzel van kapcsolatban és ennek alapján a Doppler-frekvencia-eltolt jelek tartományával összefüggésben lévő frekvenciajelet választ ki; és sebességszámító eszközt, amely a frekvenciakiválasztó eszközzel van kapcsolatban, és ennek alapján az áramló közeg átlagos áramlási sebességének megfelelő kimenetet szolgáltat, ahol az áramlási sebesség az említett tartomány proximális végéhez közeli frekvenciával arányos.
A találmányt a továbbiakban a rajz alapján ismertetjük. A rajzon:
Az 1. ábrán a találmány szerinti rendszer alkalmazását szemléltettük csatornában áramló közeg áramlási sebességének mérésére;
A 2a és 2b ábrák a találmány szerinti rendszer elektromos blokkdiagrammjának első illetve második részletét mutatják;
A 3. ábrán a 2b ábrán feltüntetett 38 memóriában megjelenő, időtartományt reprezentáló vett jel példakénti amplitudó-idődiagrammját ábrázoltuk;
A 4. ábrán a 2b ábrán feltüntetett 44 memóriában megjelenő, gyors Fourier-transzformáció utáni példakénti amplitudó-frekvenciadiagrammot ábrázoltuk;
-9Αζ 5. ábrán a 4. ábra szerinti hullámformánál lágyabb hullámforma-változat példaként! amplitudó-frekvenciadiagrammja látható, amint az a 2b ábrán feltüntetett 48 memóriában megjelenhet;
A 6. ábra a találmány szerinti rendszer impulzusos változatát szemlélteti, kiemelve az áramló közeg egy sík térfogatát, amelyről a rendszer a reflektált jeleket veszi;
A 7a és 7b ábrák a találmány szerinti rendszer impulzusos változatának blokkdiagrammját mutatják, 42 részletben;
A 8. ábrán A, B, C, D, E és F hullámformák időzítésdiagrammját tüntettük fel, a találmány szerinti impulzusos változat működésének szemléltetésére;
A 9. ábrán a 7b ábrán feltüntetett 44a memóriában megjelenő, egy vett időtartomány-jelen végrehajtott gyors Fourier-transzformáció utáni jel áramlási átlagsebesség időfüggvénynek megfelelő idődiagrammja látható.
Amint az 1. ábrából kitűnik, a találmány szerinti rendszer példaként! kiviteli alakja 9 akusztikai jeladóval rendelkezik, amely 8 csővezeték, például szennyvízcsatorna fenekén elhelyezett 10 foglalatban van elrendezve. A 9 akusztikai jeladóra 24 frekvenciaszintetizátor csatlakozik, amely a 2a ábra blokkdiagrammján látható. A 24 frekvenciaszintetizátor a 9 akusztikai jeladó bemenetét 250,9804 kHz frekvenciajellel hajtja. A 9 akusztikai jeladó a 8 csővezetékben áramló 11 közegben lényegében hosszirányban terjedő akusztikai jelet bocsát ki.
-10Amint a 2a ábrán látható, a 24 frekvenciaszintetizátort
16 MHz-es impulzusgenerátor hajtja, és a már említett 250,9804 kHz-es frekvenciajelen kívül további frekvenciajeleket állít elő a rendszer működtetéséhez. A 24 frekvenciaszintetizátor által előállított frekvenciajelek mindegyike a 16 MHz-es órajelből származik, ezért a frekvenciajelek egymással szinkron vagy koherens jellegűek. Ennek eredményeképpen a rendszer meszszemenően alkalmas egészen kis amplitúdójú visszavert Dopplerbelek érzékelésére/feldolgozására is.
Az 1. ábrára visszatérve látható, hogy a 9 akusztikai jeladó mellett 13 vevő jelátalakító van elrendezve, amely a reflektált jelek frekvenciája a közegáramlás sebességének függvényében különbözik a kibocsátott 250,9804 kHz frekvenciától; a vevő jelátalakító felé történő áramlás esetén a reflektált frekvencia nagyobb, ellentétes irányú áramlás esetén kisebb.
A 13 vevő jelátalakító kimenete egyszerű 16 passzív felüláteresztő szűrőre csatlakozik, amely a jelből minden 150 kHz alatti sávban lévő esetleges zajt kiszűr. A 16 passzív felüláteresztő szűrő célszerűen RC típusú szűrő, amely kimenetével sorbakapcsolt kapacitással rendelkezik, amely minden felesleges, nem-informatív kisfrekvenciájú jel áthaladását kiküszöböli.
A 16 passzív felüláteresztő szűrő kimenete 20 elölerősítőre csatlakozik, amely a 13 vevő jelátalakító általában alacsony szintű jelét felerősíti. A 20 előerősítő kimenete úgy van beállítva, hogy csúcstól-csúcsig kimenetet biztosítson a kimenetére csatlakozó 22 keverőegység számára. A 22 keverőegység a <* · · ·
-1124 frekvenciaszintetizátortól kap 250 kHz-es órajelet. A 22 keverőegység előnyösen egy hagyományos négynegyedes szorzó típusú keverő, amely kimenetén a bemenőjel és a rögzített 250 kHz-es órajel különbségjelét állítja elő, amely a frekvencia tekintetében mindig egyenlő a 980,4 Hz előre meghatározott offset frekvencia és egy a 11 áramló közegben haladó D reflektáló objektum haladási sebességétől függő pozitív, negatív vagy adott esetben nulla értékű Doppler-eltolódás eredőjével. Ez a Doppler-frekvenciaeltolódás a 22 keverőegység kimenetén rendkívül nehezen érzékelhető. Ezen nehézség megértéséhez a 980,4 Hz offset-frekvenciát vivőjelnek tekintjük.
A vivőjel szempontjából a Doppler-eltolódás, ha van, frekvenciamodulációra, vagy a 980,4 Hz középfrekvencia körüli frekvenciaeltolásra szolgál. A 22 keverőegység kimenetén mindazonáltal a vivőjel relatív amplitúdója legalább 100-szor nagyobb, mint bármely Doppler-eltolódott frekvenciájú jel, amely vele együtt jelentkezhet. A vivőjel amplitúdója tehát domináns, ami a 9 akusztikai jeladó és a 13 vevő jelátalakító térbeli közelségével magyarázható. A 9 akusztikai jeladó és a 13 vevő jelátalakító ugyan egymástól akusztikailag szigetelve van, mégis ugyanabban a 10 foglalatban vannak elrendezve. A vivőjel középfrekvenciájához tartozó viszonylag nagy relatív amplitúdó elnyomja a nyilvánvalóan gyengébb reflektált jeleket, különösen a lassan mozgó D reflektáló objektumokról visszavert jeleket, amelyek a vivőjel frekvenciájához igen közeli frekvenciával rendelkeznek.
-12*··· · «« ·« * · · · » · ·*· ♦ Λ «· ««
A D reflektáló objektumok a 11 áramló közeggel együtt haladnak, pillanatnyi haladási sebességük adott időpontokban azonban eltérhet a 11 áramló közeg átlagos áramlási sebességétől, különböző geometriai és fizikai körülmények illetve hatások következtében. A 13 vevő jelátalakítóhoz tehát sokféle reflektált jel érkezik, amelyek sokféle Doppler-jelet eredményeznek - amelyek egymással kombinálva - egy komplex időtartomány-jelet vagy hullámformát képeznek, amint azt példaként a 3. ábra amplitudó-idődiagrammja szemlélteti. Ez a függvénydiagramm a bejelentő tapasztalatai szerint közvetlenül nem alkalmas diszkrét sebességanalízisre.
A vivőjel hatásának viszonylagos csökkentése céljából a 22 keverőegység kimenete egy csillapítóegységre, példánk esetében egy 26 fésűs szűrőre csatlakozik, amely a 980,4 Hz-es vivőfrekvencián drasztikus jelcsillapítást eredményez, a 980,4 Hz közeli környezetében lévő frekvenciákat, amelyek a Doppler-eltolódott jeleknek felelnek meg, átereszti. A 26 fésűs szűrő adott esetben két kaszkádkapcsolt szűrőegységből áll, amelyek közül az egyik egy felüláteresztő szűrő, amely a vivőfrekvencia fölött közvetlenül éles letörést biztosító karakterisztikával rendelkezik, a másik szűrőegység pedig egy aluláteresztő szűrő, amely közvetlenül a vivőfrekvencia alatt rendelkezik hasonlóan éles letöréssel. Ezek a szűrőegységek célszerűen hagyományos kondenzátor-kapcsolt szűrőegységek, és a 24 frekvenciaszintetizátortól kapott 91 KHz-es órajellel működnek.
Α 26 fésűs szűrő beiktatásának köszönhetően a Doppler-jelek hatásosan elválaszthatók a vivőjeltől, amint azt a 3. ábrán a komplex időtartomány hullámforma szemlélteti, amely jellemzően egy csoport Doppler-eltolódott jelet tartalmaz, amelyek változó frekvenciával és fáziskapcsolatokkal rendelkeznek.
A 26 fésűs szűrő adott esetben kimaradhat a rendszerből, például akkor, ha egy nagy felbontású analóg/digitál átalakító, előnyösen 15-bites eszköz kerül alkalmazásra, amint azt a későbbiekben ismertetjük.
A 2a-2b ábrák szerinti példánál maradva a 26 fésűs szűrő 28 aluláteresztő szűrő bemenetére csatlakozik, amely arra szolgál, hogy valamennyi jel sávszélességét 0 Hz és kb. 2500 Hz közötti frekvenciatartományra korlátozza, amely frekvenciatartomány a 36 analóg/digitál átalakító számára érdekes és kompatibilis jelkezelési tartomány. A 28 aluláteresztő szűrő a 2500 Hz fölötti frekvenciatartalmat szűri ki, és célszerűen kondenzátor-kapcsoló típusú szűrő, amelyet a 24 frekvenciaszintetizátor által szolgáltatott 250 kHz-es vezérlőjel vezérel.
A 28 aluláteresztő szűrő kimenete 30 digitál/analóg átalakító bemenetére, a 30 digitál/analóg átalakító kimenete pedig 34 erősítő bemenetére csatlakozik. A 30 digitál/analóg átalakító és a 34 erősítő együttesen 32 programozható erősítőt valósítanak meg, amely egy digitális vezérlőjel függvényében jelerősítő vagy jelcsillapító működést végez.
A 32 programozható erősítő kimenete hagyományos kialakítású 36 analóg/digitál átalakító bemenetére csatlakozik, amelynek mintavételezését és kimenetét a 24 frekvenciaszintetizátor» · • · · · · » · ··· ·*· ··« ·· ·
-14tól kapott 2 MHz-es órajel és 7,8125 kHz-es vezérlőjel vezérli. A 7,8125 KHz-es vezérlőjel frekvenciája a 36 analóg/digitál átalakító mintavételi frekvenciájának felel meg.
Az adatok a 36 analóg/digitál átalakító kimenetéről 38 mintatároló memóriába (2b ábra) kerülnek. A 38 mintatároló memória a 2b ábrán látható 66 digitális processzor időtartomány-memóriája. A nagy felbontású 36 analóg/digitál átalakító célszerűen 15 bites, nagy felbontóképességű eszköz, amelynek alkalmazása esetén a 26 fésűs szűrőre adott esetben nincs is szükség. A nagyobb felbontóképesség ugyanis dinamikusabb tartományokat biztosít, lehetővé téve a jel valamennyi komponensének detektálását.
A 66 digitális jelprocesszor egy a fogadott Doppler-jelekből álló, folyamatosan aktualizált jelsorozatot alakít át az átlag áramlási sebességnek megfelelő jellé, az alábbiak szerint. A 66 digitális jelprocesszor által feldolgozott összes jel bináris szó formában áll rendelkezésre. A 66 digitális jelprocesszor ráadásul felügyeli a beérkező jelek amplitúdóit, és egy digitális visszacsatoló hurkot képez a 30 digitál/analóg konverterhez, annak érdekében, hogy a 38 mintatároló memóriával közölt jelek amplitúdóit egy a további jelfeldolgozás szempontjából megfelelő amplitudótartománybán tartsa. A 66 digitális jelprocesszorban mindez úgy valósul meg, hogy a 38 mintatároló memória 40 digitális szint-komparátorral van kapcsolatban, amelyik felügyeli a 38 mintatároló memóriában lévő bináris értékek által reprezentált csúcsfeszültségeket. Ha a csúcsfeszültség meghaladja a 41 digitális küszöb referenciaszint által meghatá···
-15rozott rögzített tartomány mintegy 90 %-át, úgy a kimeneti erősítés meghatározott százalékos mértékben csökkentve lesz. Ez a folyamat addig ismétlődik, amíg a bemenőfeszültség a küszöbérték alatt marad.
A 66 digitális jelprocesszor processzorelemei hagyományos, önmagában ismert 43 időzítő és vezérlő egység által időzítettek és vezéreltek. A 43 időzítő és vezérlő egység a 24 frekvenciaszintetizátortól kap 8 MHz-es jelet. A 43 időzítő és vezérlő egység előnyösen egy mikroprocesszorba van beépítve vagy mikroprocesszor által van vezérelve, ugyanúgy, mint a rendszer többi eleme. A 43 időzítő és vezérlő egység kimenetén X vezérlőjelet állít elő, amely a 66 digitális jelprocesszor több egységének, így 42 gyors Fourier-transzformátorának, 44 frekvenciatartomány memóriájának, 50 digitális komparátorának, 52 változtatható küszöbszint egységének, 54 sebességértéktároló memóriájának, 56 digitális komparátorának, 58 átlagsebesség jelátalakítójának, 62 szorzóegységének és 64 kimeneti egységének vezérlőbemenetére van kapcsolva.
A 3. ábra amplitudó-idődiagrammja olyan jelsorozatot ábrázol, amely a 38 mintatároló memóriában tárol értékeket, adott esetben például 150 darab minta-értéket jelenít meg, ily módon az összetett Doppler-jeleket hagyományos időtartomány-formában szemlélteti.
A találmány egyik lényeges jellemzője szerint az időtartomány hullámforma, amely a 38 mintatároló memóriában tárolt adatokra épül, a 38 mintatároló memóriából minta-értékenként a 42 gyors Fourier-transzformátorba lesz továbbítva. A 38 minta• ·
-16tároló memória tehát példánk esetében a 42 gyors Fouriertranszformátorra csatlakozik. A 42 gyors Fourier-transzformátor az időtartomány hullámformát minta-értékenként frekvenciatartomány hullámformává alakítja, amint azt a 4. ábra szemlélteti, ahol a frekvencia az amplitúdó függvényében van feltüntetve. A frekvenciatartomány hullámforma a 44 frekvenciatartomány memóriában van tárolva, úgy, hogy minden memóriacím közvetlenül megfeleltethető egy diszkrét frekvenciának, és minden memóriahely tartalmaz egy numerikus értéket, amely az adott frekvenciának megfelelő relatív amplitúdót reprezentálja, ily módon diszkrét jelek állnak rendelkezésre, amelyek adott frekvenciák, így adott sebességek egy csoportját reprezentálják. Az adott csoport tehát egy frekvencia-spektrum reprezentánsa. A spektrumon belüli diszkrét komponens frekvenciák amplitúdói nagy mértékű szórást mutatnak. A csúcsfrekvencia, vagy legalábbis a csúcshoz közeli frekvencia megbízható meghatározásának eszközeként a 44 frekvenciatartomány memóriában tárolt adatot a 46 átlagolóegység segítségével lágyítjuk, aminek eredményét az 5. ábra amplitudó-frekvenciadiagrammja mutatja. A lágyítási lépés keretében például a 44 frekvenciatartomány memóriában tárolt első tíz amplitudóértéket átlagoljuk, ezáltal új átlagamplitúdó értéket kapunk, amelyet azután a 48 adatmemória ötödik helyén tárolunk. Ezt követően a 2-11. amplitúdó értékeket átlagoljuk, és az eredményt a 48 adatmemória hatodik helyére írjuk be. Az eljárás ugyanígy folytatódik a 44 frekvenciatartomány memória 3-12., 4-13., ... (n-9)-n. amplitúdó értékeire. Az eljárás akkor tekinthető befejezettnek, amikor valamennyi ered-17mény be lett írva a 48 adatmemóriába. A 48 adatmemória úgy van kialakítva illetve szervezve, hogy a memóriahelyek progresszív frekvencia alapon vannak jelölve, tehát például az első memóriahely a legalacsonyabb frekvenciához, például 480,4 Hz-hez tartozó amplitúdót, az utolsó memóriahely pedig a legnagyobb frekvenciához, például 2480,4 Hz-hez tartozó amplitúdót tartalmazza. Ez a frekvenciatartomány példánk esetében a -1,5 m/s és a +4,5 m/s közötti sebességtartománynak feleltethető meg.
A találmány szerinti rendszer egy további jellemzője, hogy lehetővé teszi a legnagyobb, vagy egy kiválasztott közel legnagyobb frekvencia, például a legnagyobb frekvencia 0,9-szeresének azonosítását. A kiválasztás a tárolt frekvenciák alulról felfelé történő vizsgálata útján valósul meg; ahol hézag van, tehát egy adott frekvenciakomponens hiányzik, feltételezhető, hogy éppen túlhaladtunk a legnagyobb meglévő frekvenciákon.
Egy ilyen kiválasztást megvalósító példaként! rendzert az alábbiakban ismertetünk. A 2. ábránál maradva tekintsük az 50 digitális komparátort, amely a 48 adatmemória kimenetéről kap bemenőjelet. Az 50 digitális komparátor további bemenetére az 52 változtatható küszöbszint egység bináris szó formájában juttat változtatható, illetve vezérelhető küszöbszintnek megfelelő referenciaértéket. Számításba véve példáiul, hogy várhatóan mindig lesz egy zajszint, amelyet figyelembe kell venni, a referencia küszöbszintet úgy kell megválasztani, hogy legalább akkora érték legyen, hogy egy a 48 adatmemóriából vett amplitúdó értékkel összehasonlítva az 50 digitális komparátor segítsé-18gével végzett komparálási eljárás során a valódi frekvencia-letörés pontosan kimutatható legyen. Hasonlóképpen, ahol a csúcssebesség adott százalékát, például 90 %-át akarjuk érzékelni, az 52 változtatható küszöbszint egységgel a referencia küszöbszint-értéket ennek megfelelően kell beállítani. A letörési kritérium ilyen százalékos pont esetére a következőképpen határozható meg.
A közegáramlásban előforduló csúcssebesség pontos azonosítása érdekében szükség van egy kis amplitúdójú nagyfrekvenciájú komponens kiválasztására a kis amplitúdójú zaj környezetében, amint azt az 5. ábra amplitudó-frekvenciadiagrammjának jobboldali részén ábrázoltuk. Annak a pontnak a pontos meghatározásához, ahol a jel végetér és a zaj kezdődik, az 52 változtatható küszöbszint-egységet használjuk. A küszöbszint referenciaérték néhány kritikus értékre történő beállításával megkülönböztethetjük a külső zajt a jelenlévő legnagyobb frekvenciájú jelkomponenstől, amely közvetlenül a csúcssebességet reprezentálja. Az elválaszthatatlan zajtényező miatt nincs lehetőség az abszolút legnagyobb frekvenciájú komponens biztos kiválasztására. A változtatható küszöbszint referenciaérték (az 5. ábrán 52 hivatkozási szám jelöli) lefelé történő beállítgatásávál megbízhatóan kiválaszthatunk néhány olyan frekvenciát, amelyek csak éppen hogy kisebbek a csúcssebességnek megfelelő legnagyobb frekvenciánál. Egy ilyen kiválasztott érték tehát lényegében jól reprezentálja az áramlási sebesség abszolút legnagyobb értékét. Mivel az átlagos áramlási sebesség a csúcssebességnek mintegy 0,9 része, az 52 változtatható küszöbszint
-19egység által végrehajtott további küszöbszint referenciaérték csökkentéssel megbízható és reprodukálható eszközük van az átlagos áramlási sebesség meghatározásához. A küszöbszint referenciaérték változtatása önmagában ismert módon akár kézi úton, akár távvezérléssel, központi számítógép által, 68 távközlési egységen és a 43 időzítő és vezérlő egységen keresztül megvalósítható.
Meg kell jegyezzük, hogy a Doppler-frekvenciák és a sebességek között az áramlási iránnyal párhuzamos akusztikai jelkibocsátás esetén (1. ábra) lényegében közvetlen arányosság van. Ritkább az az eset, ahol viszonylag nagy csővezetékekben viszonylag teljes keresztmetszeti áramlás mellett a jel terjedési iránya az áramlás irányától lényeges szögeltérést mutat. Ha mégis ez az eset fordul elő, két kompenzációs közelítés lehetséges. Az egyik kompenzációs közelítés szerint a változtatható küszöbszint referenciaértéket felfelé változtatjuk, a másik megközelítés szerint pedig az 58 átlagsebesség jelátalakító segítségével biztosítunk egy szabályozható jelátalakítási tényezőt. A szabályozás mindkét esetben a jel terjedési iránya és az áramlási irány közötti szög koszinusza alapján történik.
A fent ismertetett eljárás ismételten, például egymás után hatszor történő végrehajtása útján a 43 időzítő és vezérlő egység által vezérelt 50 digitális komparátor által hét sebességértéket határoztunk meg. Ez a hét sebességértéké az 54 sebességértéktároló memóriában lesz tárolva.
A méréspontosság további növelése érhető az által, ha a feltehetőleg hamis, méréstartományon kívül eső vagy más extrém « ·
-20értékeket az 56 digitális komparátor által történő meghatározás nyomán kizárunk, nem veszünk figyelembe. Az 56 digitális komparátor alkalmas az 54 sebességértéktároló memóriában tárolt öszszes érték közötti kereszt-komparálásra. Eljárhatunk például úgy, hogy a minták közül a két szélső értéket kizárjuk, és a maradék öt mérési mintából képezünk átlagot, a 43 időzítő és vezérlő egység által vezérelt átlagsebesség jelátalakító segítségével. Az 58 átlagsebesség jelátalakító továbbá elvégzi a frekvenciaegységekben meghatározott értékek megfelelő sebességértékre történő átalakítását.
Az 58 átlagsebesség jelátalakító kimenőjele különbözőképpen kezelhető. Az esetben, ha az 52 változtatható küszöbszint egység segítségével a maximum alatti küszöbszint referenciaértéket választottuk, az 58 átlagsebesség jelátalakító kimenőjele átlagsebesség értéknek tekinthető, és további jelfeldolgozásra nincs szükség. Ez esetben az 58 átlagsebesség jelátalakító kimenete a 63 kapcsoló 2b ábrán látható kapcsolóállása mellett közvetlenül a 64 kimeneti egységre csatlakozik. Ez a maximum értéknél kisebb sebességjel egy közegáramlás átlagsebességet jelent a csúcssebességű kiválasztott százalékaként meghatározva.
Abban az esetben, ha az 52 változtatható küszöbszint egységgel a küszöbszint referenciaértéket a csúcssebesség meghatározásának megfelelően állítjuk be, a 63 kapcsolót felső kapcsolóállásba állítjuk, így az 58 átlagsebesség jelátalakító kimenete a 62 szorzóegységen keresztül csatlakozik a 64 kimeneti egységre. A 62 szorzóegység a 60 konstans egységtől kapja azt a
-21kiválasztott értéket, amelynek alapján a beérkező jel szorzását el kell végeznie. A 60 konstans egységgel példánk esetében a 0,9 szorzószámnak megfelelő konstanst adjuk a 62 szorzóegységre. Az átlagos áramlási sebességnek megfelelő jel tehát ez esetben a 62 szorzóegység kimenetéről érkezik a 64 kimeneti egyég bemenetére.
A 64 kimeneti egység, legyen az akár egy bináris kiolvasó vagy egyszerűen egy ASCII karakterlánc, az átlag közegáramlási sebességet jelzi. A 64 kimeneti egység 68 távközlési egységre csatlakozhat, és ezen keresztül az egész rendszer akár telefonvonalon akár más távközlési úton távvezérléssel kezelhető. A rendszer ily módon standby üzemmódban is működtethető, ami ez esetben azt jelenti, hogy minimális teljesítményfelvételű állapotban van mindaddig, amíg a 43 időzítő és vezérlőegységtől a 68 távközlési egységen keresztül megfelelő utasítás érkezik.
A mérési eredmények későbbi felhasználásra a 68 távközlési egységben tárolhatók. A 68 távközlési egység továbbá alkalmas számítógépközponttól érkező utasítások vételére is, ezáltal opcionális lehetőségeket biztosít.
A találmány szerinti rendszer másik változatának példakénti kiviteli alakját a 6-9. ábrákra való hivatkozással ismertetjük. A példaként! rendszer 8a csővezetékben vezetett 11 áramló közeg áramlási sebességének meghatározására szolgál. A rendszernek 9a akusztikai jeladója és 13a vevő jelátalakítója van, amelyek a 8a csővezeték fenekén elhelyezett 10a foglalatban vannak elrendezve. A 9a akusztikai jeladó 250,9804 kHz-es kapuzott jelet kap, ami azt jelenti, hogy a továbbított jel egy
-22impulzussorozat vagy frekvenciakomponensekkel rendelkező impulzusos jel. A példakénti rendszerben a 250,9804 KHz-es jel, amely a 8. ábra A hullámformája szerinti szinuszos jel lehet, egy hagyományos analóg kapcsoló vagy 100 kapu (7a ábra) egyik bemenetére van kapcsolva. A másik bemenetre a 24a frekvenciaszintetizátorról a 8. ábra B hullámformája szerint kapuzóimpulzus van kapcsolva. A 100 kapu kimenetéről a 9a akusztikai jeladó bemenetére a 8. ábra szerinti C hullámformának megfelelő kapuzott 250,9804 kHz-es jel kerül, amelyet a 9a akusztikai jeladó kisugároz. A B” hullámforma impulzus-időtartama az A” hullámforma meghatározott számú szinuszhullámának megfelelően van beállítva. A rajzon ez az időtartam négy szinuszhullámnak felel meg, tételezzük fel azonban, hogy ez a valóságban például 250 szinuszhullámot jelképez. A 100 kapu kimenetéről tehát 250 szinuszhullámot tartalmazó diszkrét impulzusokból álló impulzussorozat kerül a 9a akusztikai jeladó bemenetére.
A 6. ábra szerint a 9a akusztikai jeladó az említett impulzussorozatot széles nyalábban továbbítja a 11 közegbe, annak áramlási irányában. A kibocsátott jel jellegének megfelelően a visszavert jelek is meghatározott időintevallumban érkeznek a 13a vevő jelátalakítóhoz. Egy-egy vételi időintervallum a kibocsátott impulzussorozat energiájától függ. A 13a vevő jelátalakítóra érkező visszavert jelet példaként a 8. ábra D hullámformája szemlélteti. A 9a akusztikai jeladóhoz közeli D reflektáló objektumokról visszaverődő jelek természetesen rövidebb időtartamon belül és erősebben jelentkeznek, mint a 9a akusztikai jeladótól távolabb lévő D reflektáló objektumokról vissza
-23verődő jelek. Tekintettel erre a tényre, és figyelembe véve, hogy az áramló közegben hordozott D reflektáló objektumok általában meglehetősen nagy sűrűségben találhatók, a visszaverődő jelek D” hullámformája alapvetően folyamatos, időben lecsengő, Doppler-eltolódott hullámforma. A 13a vevő jelátalakító érzékeli a visszaverődött jeleket, amelyek a 11 áramló közeg áramlási irányában nagyobb frekvenciájúak, az áramlási iránnyal ellentétes irányban kisebb frekvenciájúak lesznek.
Amint a 7a ábrán látható blokkdiagrammrészlétből kitűnik, a 13a vevő jelátalakító kimenete 16a passzív felüláteresztő szűrőre csatlakozik, amelynek feladata a 250 KHz alatti frekvenciával rendelkező zajok kiszűrése a 16a passzív felüláteresztő szűrő kimenete 20a előerősítőre csatlakozik, amely a D hullámformának megfelelő felerősített, szűrt jelet állítja elő. Ez a jel kerül 102 kapu egyik bemenetére, amelynek másik bemenetére a 24a frekvenciaszintetizátorról a 8. ábra szerinti E hullámformának megfelelő impulzusjel érkezik. A 102 kapu, adott esetben analóg kapu kimenetéről az előre meghatározott időtartamú kapuzott jel érkezik a 22a keverőegység egyik bemenetére, amelynek másik bemenete a 24a frekvenciaszintetizátorról 250 kHz-es jelet kap. Az E hullámforma impulzusának kezdeti időpontja a D hullámforma szerinti akusztikai impulzussorozat kezdetéhez képest időben el van tolva, amely időeltolódás célszerűen egy adott távolságnak, például a 8a csővezeték kétszerres átmérőjének megfelelően van megválasztva. Ez egy olyan távolság, ahol a kisugárzott jel hullámfrontja már kevésbé konkáv, inkább sík felülethez közelít (6. ábra). Az E hullám
-24forma kapuzó impulzusának időtartama példánk esetében megegyezik a B hullámforma kapuzó impulzusának időtartamával, tehát az A hullámforma szerint 250 szinuszhullám periódusidejének, ily módon a reflektált, Doppler-eltolódott jel, amely a 20a előerősítő kimenetéről felerősítve és szűrve halad tovább, olyan D reflektáló objektumokról származik, amelyek a 11 áramló közeg egy diszkrét térfogatában, a 6. ábra szerint 104 keskeny szeletében találhatók. Az említett 250 szinuszhullámot tartalmazó impulzussorozat esetében a 104 keskeny szelet vastagsága mintegy 0,76 m, ahol a 104 keskeny szelet a 9a akusztikai jeladótól és a 13a vevő jelátalakítótól előre meghatározott távolságban van. Ezzel a technikával kiküszöbölhető a gyengébb reflektált jelek erősebb kisugárzott jelek által történő elnyomása, amely egyébként a 9a akusztikai jeladó és a 13a vevő jelátalakító fizikai közelsége miatt felléphetne. A rendszer ily módon a 11 áramló közeg átlagos áramlási sebességének közvetlen mérését teszi lehetővé.
A 22a keverőegység a 150 KHz-es jellel, amely a fent leírtak szerint a 250 KHz-es jelnek a vett jelből való eltávolítására szolgál, a Doppler-eltolódással pontosított 980,4 Hz-es kimenőjelet állít elő, amelynek F hullámformája a 8. ábrán látható. A Doppler-eltolódás mértékét a 11 áramló közegben haladó D reflektáló objektumok mozgási sebessége határozza meg. Mivel a 22a keverőegység bemenete mintegy 250 darab 250,9804 KHz-es szinuszhullám szélességének megfelelő impulzussal van kapuzva, és a 22a keverőegység kimenőjele lényegesen alacsonyabb frekvenciájú, 980 Hz körüli, a 22a keverőegység kimenője
-25le közelítőleg egyetlen szinuszhulláin lesz (8. ábra, F hullámforma) . Ez a hullámforma nem szolgáltat olyan pontos frekvenciatartomány hullámformákat, amelyek gyors Fourier-transzformáció útján az átlagos áramlási sebesség megbízható meghatározását teszik lehetővé, ezért arra van szükség, hogy sok mintát egymással mintegy sorbakapcsolva vegyünk figyelembe, amint azt az alábbiakban ismertetjük.
A 22a keverőegység kimenetéről a szinuszhullám a 28a aluláteresztő szűrő bemenetére kerül, amely élesen levágja a 2500 Hz fölötti frekvenciatartalmat. A 28a aluláteresztő szűrő a 250 KHz-es órajelet a 24a frekvenciaszintetizátortól kapja. A 28a aluláteresztő szűrő kimenete 30a digitál/analóg átalakító bemenetére csatlakozik, amely a 32a programozható erősítő első egysége. A 32a programozható erősítő második egysége a 34a erősítő, amely a jelet a 40a digitális szint komparátortól (7b ábra) kapott digitális vezérlőjeltől függően erősíti vagy csillapítja. A 32a programozható erősítő kimenetéről a jel a nagy felbontóképességű 36a analóg/digitál átalakító bemenetére kerül. A 36a analóg/digitál átalakító előnyösen egy 15 bites egység, amelyet a 24a keverőegység 7,8125 KHz körüli frekvenciájú kapuzott mintavevő jele hajt meg. A 7,8125 KHz-es jel a 24a frekvenciaszintetizátorról a 106 kapu egyik bemenetére kerül, amelynek másik bemenetére - ugyancsak a 24a frekvenciaszintetizátorról - a 8. ábra szerinti E hullámformájú jel van kapcsolva. A 106 kapu példánk esetében célszerűen ÉS-kapu, amelynek kimenetéről a 36a analóg/digitál átalakító az említett mintavevő jelet kapja. A 36a analóg/digitál átalakító továbbá
-262 MHz-es vezérlőjelet kap közvetlenül a 24a frekvenciaszintetizátortól .
A 36a analóg/digitál átalakító tehát a mintegy 980 Hz-es szinuszhullám (F hullámforma) 7,8125 KHz frekvenciával történő digitalizálására van kapuzva, így kimenetén az adott szinuszhullámot reprezentáló nagy felbontású digitális jelet állít elő. Ezt a digitális jelet a 7b ábrán látható 38a időtartomány memóriában tároljuk, több szekvenciálisán tárolt, hasonlóképpen előállított mintával együtt. A 38a időtartomány memóriában példánk esetében 2048 vagy hasonló nagyságrendű mintát tárolunk, ami tapasztalataink szerint elegendő a kívánt frekvencia/sebesség felbontás megvalósításához. A fent ismertetett kapuzó technikának köszönhetően csak a hasznos mintákat tároljuk, tehát a 8. ábra szerinti D hullámforma E hullámformával a 22a keverőegységre kapuzott részének megfelelő mintákat, így tehát a minták 38a időtartomány memóriából való kiolvasásakor a minták egyetlen összetett hullámformává kapcsolhatók sorba. Ez az összetett hullámforma lesz azután a gyors Fourier-transzformációnak alávetve, amelyet a 38a időtartomány memória kimenetére kapcsolt 42a gyors Fourier-transzformátor hajt végre. A 42a gyors Fourier-transzformátorban végrehajtott jelfeldolgozás eredényeképpen az összetett hullámforma olyan frekvenciatartomány formába íródik át, amely a 9. ábra szerint a 480,4 Hz2480,4 Hz intervallumba esik, amely a -1,5 m/s és +4,5 m/s közötti sebességtartománynak felel meg. A 42a gyors Fouriertranszf ormátor kimenetéről a frekvenciaértékek a 44a frekvenciatartomány memóriába kerülnek. A 44a frekvenciatartomány me
-27mória a digitális jelprocesszor 43a időzítő és vezérlő egységétől kapja az x vezérlőjelet. A 43a időzítő és vezérlő egység, amelyet 8 MHz-es jellel hajtunk, vezérli a digitális jelprocesszor többi egységét.
A 38a időtartomány memóriával kapcsolatban lévő 40a digitális szintkomparátor a 32a programozható erősítő számára előállítja a digitális erősítésvezérlő jelet, amely biztosítja, hogy a jelamplitudó a kívánt tartományban maradjon.
A 44a frekvenciatartomány-memória kimenete 50a kivonóegységre csatlakozik, amely az 52a változtatható zaj küszöbszint egységben tárolt változtatható zaj küszöbszint értéket kivonja a frekvenciatartomány jelből. Ezáltal ha nem is az összes, de a legtöbb kisamplitudójú elektronikus zajkomponens kiszűrhető a 44a frekvenciatartomány memóriában tárolt frekvenciatartomány jelből, amint azt a 9. ábrán szaggatott vonallal jelölt T küszöbszint szemlélteti.
Az 50a kivonóegység kimenete 54a integrátor bemenetére csatlakozik, amely az adatokat integrálja, és ezáltal egy átlagsebességnek megfelelő jelet állít elő, amelyet az 56a memóriában tárolunk. Hét ilyen átlagsebességjelet tárolunk az 56 memóriában, amelynek kimenete 58a átlagsebesség jelátalakítóra csatlakozik, amely a hét mérési adatból átlagolással állítja βίο kimenőjelét, amelyet a 64a kimeneti egységre továbbít. A 64a kimeneti egység lehet kiolvasóegység, vagy csatlakozhat a távirányítható 68a távközlési egységre, amely a 43a időzítő és vezérlő egységgel van vezérelt jelkapcsolatban.
• · ·
-28A fenti kiviteli példákkal kapcsolatban konkrét frekvenciaértékeket és méreteket említettünk. Lényegesnek tartjuk ezért megjegyezni, hogy a találmány szerinti rendszer magától értetődően ezektől eltérő adatokkal is megvalósítható.
Az ismertetett rendszerrel a korábbiaknál lényegesen pontosabb és megbízhatóbb közegáramlás-mérések valósíthatók meg, mintegy 1,2 cm/s tűréstartományon belül. Megjegyezzük, hogy a Doppler-eltolt frekvenciatartomány függvényeként az áramlási sebesség pozitív, negatív vagy nulla lehet. Megfigyeléseink szerint egy adott rekventált frekvencia esetén, áramló közegként vizet feltételezve, minden 30 cm/s áramlási sebességegység közelítőleg +100 Hz frekvenciaeltolódást jelent, a negatív áramlási sebességváltozás pedig ugyanígy 30 cm/s egységenként -100 Hz frekvenciaeltolódásnak felel meg.
A találmány szerinti rendszerben a diszkrét frekvenciák jelenlétét gyors Fourier-transzformáció útján határoztuk meg, megjegyezzük azonban, hogy a rendszerint több meglévő frekvenciát más spektrum-analízis módszerekkel is meg lehet határozni, így például egy rendszer vagy multiplexeit frekvenciahangolt fáziszárt burkok vagy diszkrét szűrők alkalmazásával. A lényeg, hogy a jelfeldolgozás során a visszavert jelek sokaságát oly módon vegyük figyelembe, hogy a sebességekről egy olyan képet kapjunk, amelyből a javasolt sebesség-kiválasztás megvalósítha-
Claims (7)
- SZABADALMI IGÉNYPONTOK1.) Rendszer áramló közeg, különösen szennyvíz áramlási sebességének mérésére, amely az áramlási csatornában elrendezett akusztikai emissziós eszközt és jelátalakítóval rendelkező akusztikai vevőeszközt tartalmaz, azzal jellemezve, hogy az akusztikai emissziós eszköz szélesen irányított diszkrét időtartamú és frekvenciájú akusztikai impulzussorozatokat juttat az áramló közeg (11) egy térfogatába;az akusztikai vevőeszköz az áramló közeg (11) diszkrét térfogatában diszkrét távolságban szállított objektumokról (D) érkező, időtartomány-jelek sokaságát tartalmazó Doppler-eltolódott jelek kiválasztott részének fogadására van kapuzva;a rendszer továbbá az említett frekvenciatartomány-jeleket frekvenciatartomány-jelek sokaságává átalakító frekvenciatartomány-transzlációs eszközt és a frekvenciatartomány-transzlációs eszközzel jelkapcsolatban lévő sebességszámító eszközt foglal magában, amely sebességszámító eszköz az áramló közeg áramlási átlagsebességével arányos jelet szolgáltató jelkimenettel rendelkezik.• · ·· ·<» ·
- 2. ) Az 1. igénypont szerinti rendszer, azzal jellemezve, hogy az akusztikai emissziós eszköz és az akusztikai vevőeszköz is az áramló közegben (11) elrendezett akusztikai jelátalakítóval rendelkezik, amelyek az áramlási iránnyal párhuzamos szignifikáns komponenssel rendelkező akusztikai jelek továbbításához és vételéhez megfelelő helyzetben vannak elrendezve.
- 3. ) Az 1. igénypont szerinti rendszer, azzal jellemezve, hogy a frekvenciatartomány-transzlációs eszköz az időtartomány-jelekből gyors Fourier-transzformációt megvalósító eszközt foglal magában.
- 4. ) A 2. igénypont szerinti rendszer, azzal jellemezve, hogy az akusztikai vevőeszköz a Doppler-eltolódott jelek szintjét egy meghatározott amplitudótartományban tartó eszközt foglal magában.
- 5. ) A 4. igénypont szerinti rendszer, azzal jellemezve, hogy az akusztikai vevőeszköz a következő egységeket foglalja magában:akusztikai/elektromos jelátalakítót;első kapuzó egységet, amely egy akusztikai impulzussorozatot követő előre meghatározott intervallum után jelentkező kapuzó jelre a Doppler-eltolódott jelek kiválasztott részét kibocsátó kimenettel rendelkezik;-31»«· ** · ·A keverőegységet (22) , amely az első kapuzóegységgel van jelkapcsolatban, és az akusztikai jel említett részét egy kiválasztott frekvenciájú jellel keveri, a kiválasztott részből kiküszöböli az akusztikai jel frekvenciakomponenseit, és Dopplereltolódott jeleket továbbító kimenettel rendelkezik;programozható erősítőt (32), amely kimenetként amplitúdóstabilizált jeleket szolgáltat, továbbá a keverőegység (22) kimenetére csatlakozó referenciabemenete és digitális vezérlőbemenete van;második kapuzóegységet, amely a kapuzójelből és egy mintavételi jelből a kapuzójeltől függő kapuzott kimenőjelet állít elő;digitál/analóg átalakítót (30), amely a keverőegység kimenetére csatlakozó referenciabemenettel és digitális vezérlőbemenettel rendelkezik;analóg/digitál átalakítót (36), amely a kapuzott mintavételi jellel jelkapcsolatban lévő bemenettel rendelkezik, és az amplitudóstabilizált jeleket kizárólag az akusztikai impulzussorozatot követő előre meghatározott időtartományon belül mintavételezi; és vezérlőegységet, amely az analóg/digitál átalakító (36) kimenetével van jelkapcsolatban és a digitál/analóg átalakító (30) digitális vezérlőbemenetéhez bemenetet szolgáltat, ezáltal a digitál/analóg átalakító kimeneti szintjét vezérli.«···
- 6. ) A 2. igénypont szerinti rendszer, azzal jellemezve, hogy a sebességszámító eszköz átlagolóegységet (46) foglal magában, amely a frekvenciatartomány-transzlációs eszközre csatlakozik, és a kiválasztott részek sokaságát képviselő frekvenciatartomány-jelek sokaságát szolgáltatja, továbbá az említett jeleket átlagolja és a közegáramlás átlagsebességével arányos kimenettel rendelkezik.
- 7. ) Rendszer áramló közeg, különösen szennyvíz áramlási sebességének mérésére, amely az áramlási csatornában elrendezett akusztikai emissziós eszközt és jelátalakítóval rendelkező akusztikai vevőeszközt tartalmaz, azzal jellemezve, hogy az akusztikai emissziós eszköz diszkrét frekvenciájú és általában széles nyalábú (103) akusztikai jelet juttat az áramlási csatornában áramló közeg (11) egy térfogatába;az akusztikai vevőeszköz a jelátalakítóval úgy van elrendezve, hogy az áramló közegben (11) szállított objektumokról (D) származó akusztikai jelekkel kapcsolatban lévő Doppler-eltolódott jelek sokaságának fogadására megfelelő helyzetben van elrendezve, és a Doppler-eltolódott jeleket, amelyek időtartomány jel-sorozatot tartalmaznak, egy diszkrét időintervallumon keresztül veszi;detektáló eszközt, amely az időtartományjel-sorozat alapján Doppler-frekvencia-eltolt jeleket érzékel;frekvenciakiválasztó eszközt, amely a detektálóeszközzel van kapcsolatban és ennek alapján a Doppler-frekvencia-eltolt-33« » * • · « jelek tartományával összefüggésben lévő frekvenciajelet választ ki; és sebességszámító eszközt, amely a frekvenciakiválasztó eszközzel van kapcsolatban, és ennek alapján az áramló közeg (11) átlagos áramlási sebességének (v) megfelelő kimenetet szolgáltat, ahol az áramlási sebesség (v) az említett tartomány proximális végéhez közeli frekvenciával arányos./Í'í i )
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/736,466 US5226328A (en) | 1989-11-17 | 1991-07-26 | Velocity measurement system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HU9300800D0 HU9300800D0 (en) | 1993-06-28 |
| HUT65940A true HUT65940A (en) | 1994-08-29 |
Family
ID=24959976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HU9300800A HUT65940A (en) | 1991-07-26 | 1992-07-20 | System for the measurement of velocity of fluid flow, especially that of sewage water |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5226328A (hu) |
| EP (1) | EP0550735A4 (hu) |
| JP (1) | JPH07122585B2 (hu) |
| AU (1) | AU646353B2 (hu) |
| BR (1) | BR9205314A (hu) |
| CA (1) | CA2074608C (hu) |
| HU (1) | HUT65940A (hu) |
| NZ (1) | NZ243621A (hu) |
| WO (1) | WO1993003333A1 (hu) |
Families Citing this family (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI87493C (fi) * | 1991-12-23 | 1993-01-11 | Kytoelae Instrumenttitehdas | Foerfarande och anordning foer maetning av stroemningshastigheten av gaser och/eller storheter som kan haerledas fraon denna |
| US5371686A (en) * | 1992-03-30 | 1994-12-06 | Isco, Inc. | Ultrasonic fluid velocity measuring system |
| US5634465A (en) * | 1995-06-09 | 1997-06-03 | Advanced Technology Laboratories, Inc. | Continuous display of cardiac blood flow information |
| US5933079A (en) * | 1995-09-01 | 1999-08-03 | Remote Data Systems, Inc. | Signal discriminator and positioning system |
| DE19533875A1 (de) * | 1995-09-13 | 1997-03-20 | Michael Prof Dr Dr Gitis | Messung der Abwassermengen in Privathaushalten und Industriebetrieben |
| US5811688A (en) * | 1996-01-18 | 1998-09-22 | Marsh-Mcbirney, Inc. | Open channel flowmeter utilizing surface velocity and lookdown level devices |
| US5808195A (en) * | 1997-05-21 | 1998-09-15 | Ads Environmental Services | Arrangement for determining liquid velocity versus depth utilizing historical data |
| US5821427A (en) * | 1997-05-21 | 1998-10-13 | Ads Environmental Services, Inc. | Liquid velocity measurement using curve fitting for peak velocity detection |
| US5912639A (en) * | 1997-05-23 | 1999-06-15 | Power Spectra, Inc. | Ground penetrating radar with synthesized end-fire array |
| DE19740549C2 (de) * | 1997-09-15 | 2002-09-26 | Frank Obergrieser | Verfahren zur Messung der Strömungscharakteristik und anderer Prozeßparameter |
| US6078280A (en) * | 1998-01-09 | 2000-06-20 | Endress + Hauser Gmbh + Co. | Periodic probe mapping |
| US5973637A (en) * | 1998-01-09 | 1999-10-26 | Endress + Hauser Gmbh + Co. | Partial probe mapping |
| US5966090A (en) * | 1998-03-16 | 1999-10-12 | Mcewan; Thomas E. | Differential pulse radar motion sensor |
| US5952954A (en) * | 1998-04-23 | 1999-09-14 | Power Spectra, Inc. | Ground penetrating radar with synthesized end-fire array |
| US6060915A (en) * | 1998-05-18 | 2000-05-09 | Mcewan; Thomas E. | Charge transfer wideband sample-hold circuit |
| US6067861A (en) * | 1998-06-18 | 2000-05-30 | Battelle Memorial Institute | Method and apparatus for ultrasonic doppler velocimetry using speed of sound and reflection mode pulsed wideband doppler |
| US6559657B1 (en) | 1999-01-13 | 2003-05-06 | Endress+Hauser Gmbh+Co. | Probe mapping diagnostic methods |
| EP1089092A1 (en) * | 1999-10-01 | 2001-04-04 | Baggermaatschappij Boskalis B.V. | Method and apparatus for measuring physical parameters from the phase and amplitude histories of an acoustic signal |
| GB2359435B (en) * | 2000-02-16 | 2002-05-22 | Schlumberger Holdings | Microwave doppler flowmeter for multiphase flow |
| US7672797B2 (en) * | 2006-07-20 | 2010-03-02 | Ads Llc | Flow measurement in partially filled pipes using pulsed peak velocity doppler |
| CN101766496B (zh) * | 2008-12-31 | 2012-08-29 | 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 | 一种噪声估计方法和一键优化方法及其系统 |
| US8215183B2 (en) * | 2009-07-03 | 2012-07-10 | Ads Llc | Augmented surface sensor for measuring flow velocity |
| US8988969B2 (en) | 2010-04-23 | 2015-03-24 | Underground Imaging Technologies, Inc. | Detection of cross bores involving buried utilities |
| US8874390B2 (en) | 2011-03-23 | 2014-10-28 | Hach Company | Instrument and method for processing a doppler measurement signal |
| US8857256B2 (en) | 2012-06-27 | 2014-10-14 | Stantec Technology International, Inc. | Micromonitoring apparatus and method |
| US20170219551A1 (en) * | 2016-02-01 | 2017-08-03 | D.C. Water & Sewer Authority | Mount apparatus for a submersible analyzer and method for analyzing fluid |
| US10295385B2 (en) | 2016-06-30 | 2019-05-21 | Hach Company | Flow meter with adaptable beam characteristics |
| US10161770B2 (en) | 2016-06-30 | 2018-12-25 | Ott Hydromet Gmbh | Flow meter with adaptable beam characteristics |
| US10408648B2 (en) | 2016-06-30 | 2019-09-10 | Hach Company | Flow meter with adaptable beam characteristics |
| US10648847B2 (en) | 2016-09-25 | 2020-05-12 | Ads Llc | Level sensor with parabolic reflector |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5020374A (en) * | 1989-11-17 | 1991-06-04 | Ads Environmental Services, Inc. | Velocity measurement system |
| US4790323A (en) * | 1986-11-03 | 1988-12-13 | Hewlett-Packard Company | Flow imaging detector |
| JPS63154163A (ja) * | 1986-12-18 | 1988-06-27 | 富士通株式会社 | 超音波ｃｗドプラ血流計 |
| EP0321717B1 (en) * | 1987-11-30 | 1995-07-05 | Aloka Co. Ltd. | Ultrasonic speckle velocity measurement method and apparatus |
| JPH01270859A (ja) * | 1988-04-22 | 1989-10-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波ドップラ血流計および血流速度測定法 |
| JP2553635B2 (ja) * | 1988-06-15 | 1996-11-13 | 松下電器産業株式会社 | 超音波ドップラ血流計 |
| US4995397A (en) * | 1988-09-30 | 1991-02-26 | Hitachi, Ltd. | Pulse doppler flow speed meter |
| AT392358B (de) * | 1989-05-19 | 1991-03-25 | Pfundner Peter Dr | Verfahren und einrichtung zur untersuchung der rheologischen verhaeltnisse in einem strom eines partikel enthaltenden fluiden mediums |
-
1991
- 1991-07-26 US US07/736,466 patent/US5226328A/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-07-20 HU HU9300800A patent/HUT65940A/hu unknown
- 1992-07-20 WO PCT/US1992/006014 patent/WO1993003333A1/en not_active Application Discontinuation
- 1992-07-20 AU AU23983/92A patent/AU646353B2/en not_active Expired
- 1992-07-20 BR BR9205314A patent/BR9205314A/pt not_active IP Right Cessation
- 1992-07-20 JP JP5503597A patent/JPH07122585B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1992-07-20 EP EP19920916786 patent/EP0550735A4/en not_active Withdrawn
- 1992-07-20 NZ NZ243621A patent/NZ243621A/en unknown
- 1992-07-24 CA CA002074608A patent/CA2074608C/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU646353B2 (en) | 1994-02-17 |
| NZ243621A (en) | 1995-02-24 |
| BR9205314A (pt) | 1994-06-21 |
| WO1993003333A1 (en) | 1993-02-18 |
| JPH06507720A (ja) | 1994-09-01 |
| EP0550735A4 (en) | 1994-10-12 |
| AU2398392A (en) | 1993-03-02 |
| CA2074608C (en) | 1996-07-09 |
| JPH07122585B2 (ja) | 1995-12-25 |
| EP0550735A1 (en) | 1993-07-14 |
| US5226328A (en) | 1993-07-13 |
| HU9300800D0 (en) | 1993-06-28 |
| CA2074608A1 (en) | 1993-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| HUT65940A (en) | System for the measurement of velocity of fluid flow, especially that of sewage water | |
| US10416018B2 (en) | Paired ZF sampling for pulse running time filling level sensor | |
| US5020374A (en) | Velocity measurement system | |
| US9513153B2 (en) | Radar level gauging using frequency modulated pulsed wave | |
| JPH0778437B2 (ja) | 媒体の音響エネルギ伝送特性測定装置 | |
| US9001620B2 (en) | Method for echo processing in a pulse-echo ranging system | |
| WO2012089796A1 (en) | Radar level gauging using frequency modulated pulsed wave | |
| WO2013044950A1 (en) | Mfpw radar level gauging with distance approximation | |
| WO2009125843A1 (ja) | 超音波伝搬時間測定システム | |
| US8593908B2 (en) | Method for determining an echo distance in an acoustic pulse-echo ranging system | |
| US10852168B2 (en) | Method of measuring time of flight of an ultrasound pulse | |
| US20030185101A1 (en) | Method and apparatus for spread spectrum distance measurement and for spread spectrum velocity profile measurement | |
| US20140208867A1 (en) | Open channel flow meter | |
| EP1565708B1 (en) | Ultrasonic signal processing method and applications thereof | |
| US10727787B2 (en) | Flow detection with quadrature demodulation | |
| US6930632B2 (en) | Method and device for determining the level of a filling in a container | |
| EP0794411A2 (en) | Flow measurement | |
| WO2003044559A1 (en) | A method for using a frequency modulated interrupted continuous wave (fmicw) radar signal for geophysical remote sensing | |
| JP6537747B1 (ja) | レーザレーダ装置 | |
| WO2001038899A1 (en) | Signal processing apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| DFD9 | Temporary protection cancelled due to non-payment of fee |