NL7920094A - Akoestische stroomsnelheidsmeter. - Google Patents

Description

' 1 - 79 2 0 0 9 4 j ~ ............ .......... ...................................... .........~..................... ι ί !

I I

ι I

! .. I

j ι ! ι - ! ; ; ί

Akoestische stroomsnelheidsmeter ί i

De uitvinding heeft betrekking op een instrument voor het j ί ! j meten van de snelheid van een in beweging zijnde vloeistof en | in het bijzonder op een akoestische stroomsnelheidsmeter voor | het meten van snelheden van oceaanstromingen.

j 5 Tot voor kort werd de meting van oceaanstromingen en van ! de stroomsnelheid in andere vloeistoffen uitgevoerd met gebruik- j j | | making van mechanische meters die zijn uitgerust met Savonious j rotors en schoepvolgers. Met deze methoden voor het meten van j ! i | stromingen zijn belangrijke problemen verbonden waaronder een 10 geringe betrouwbaarheid als gevolg van de rechtstreekse blootstelling van mechanische bewegende delen aan de marine situatie die resulteert in corrosie en verstopt raken door storend materiaal, en van de niet-ideale hydrodynamische eigenschappen van deze mechanismen die onnauwkeurige metingen tot gevolg hebben. In het 15 verleden zijn verschillende pogingen gedaan tot het ontwerpen en uitvoeren van betere instrumenten. Hierbij is gebruik gemaakt van akoestische, elektromagnetische en verschillende andere elektronische opneemtechnieken die enkele van de problemen die zijn verbonden met mechanische inrichtingen voor het meten van een 20 stroming hebben opgelost. Echter hebben deze recent ontwikkelde j systemen aanzienlijke problemen bij hun toepassing, waaronder nulpuntsverschuiving, een hoog energiegebruik, onwerkzaamheid in; 792 0 0 94 *· .....- 2 ........

I helder water (voor akoestische met terugverstrooiing werkende stroomsnelheidsmeters) en geringe gevoeligheid. j

Akoestische stroomsnelheidsmeters zijn op een aantal verschillende manieren uitgevoerd, waaronder: (1) een recht-i 5 streekse meting van de voortplantingstijd van een puls die j i door een eerste omzetter is uitgezonden en door een tweede omzetter is ontvangen; (2) dubbele "rondzing" geluidssnelheidsmeters met rechtlijnige geluidswegen in tegengestelde richtingen I waarbij het verschil in "rondzing"-frequentie een lineaire functie 10 is van de stroomsnelheid; (3 Jdriaag golf systemen die twee sterk verschillende hoogfrequente draaggolven (bijvoorbeeld 1,1 en 1,6 MHz) benutten die echter zijn gemoduleerd met een identiek signaal met een veel lagere frequentie (bijvoorbeeld 20 kHz), waarbij het faseverschil van het modulerende signaal op de !15 ontvangen draaggolven een lineaire functie is van de snelheid van de stroming; en (U) ongemoduleerde signaalstoten die een enkele frequentie op een enkel paar omzettere gebruiken waarbij het signaalstootinterval bij benadering gelijk is aan de akoestische looptijd tussen de twee omzetters.

20 De uitvinding maakt gebruik van een ongemoduleerde signaalstoot-techniek die voordelen heeft boven eerdere methodes : voor het meten van de snelheid van een stroming. De akoestische ! j stroomsnelheidsmeter bestaat uit twee identieke kanalen met akoestische wegen die ten opzichte van elkaar onder een rechte 25 hoek zijn gericht ten einde orthogonale componenten van een stroomsnelheid te meten. Elk kanaal bevat twee piëzo-elek-trische omzetters of twee omzetters van een ander type die zijn gericht op een akoestische spiegel op een zodanige wijze dat het van elk van de omzetters afkomstige akoestische signaal na j 30 reflectie invalt op de andere omzetter. Periodiek wordt gelijk tijdig een stoot hoogfrequente akoestische energie door de twee omzetters uitgezonden. De signaalstootlengte is korter dan de akoestische looptijd en de twee omzetters ontvangen de akoestische signalen uit de andere omzetter nadat deze is opgehouden | 35 akoestische signalen uit te zenden. Indien langs of door de akoestische weg een stroom loopt met een component die parallel 792 0 0 94 3 --

V

I is aan de as tussen de omzetters, zullen de akoestische signalen I

i ' die in tegengestelde richtingen lopen, respectievelijk worden j versneld en vertraagd door de stroom om zo een relatieve fase-verschuiving tussen de ontvangen signalen op te leveren. De 5 faseverschuiving is representatief voor de snelheid van de stroming.

De door de twee omzetters geleverde uitgangssignalen worden^ ] gecombineerd met een gemeenschappelijk referentiesignaal met een j frequentie die zeer dicht ligt hij de uitgezonden frequentie. Voor | io elk van de omzetters worden vervolgens het referentiesignaal en het ontvangen signaal gecombineerd in een niet-lineair orgaan dat produkttermen genereert, zoals een vermenigvuldiger of een i : kwadratische detector. De verschilcomponenten of zwevings- componenten in het uitgangssignaal van elke vermenigvuldiger 15 wordt afgezonderd door middel van een geschikt filter om zo twee ; zweVingsfrequentiesignalen te verschaffen met een faseverschil dat evenredig is aan de snelheid van de stroming. Als gevolg ! van de frequentieverlaging wordt de faseverschuiving in de tijd verlengd ten opzichte van de faseverschuiving van de uitgezonden i i . . \ ; 20 signalen en kan daarom gemakkelijk worden gemeten met behulp I ' ί van een gebruikelijke, weinig energie vergende schakeling.

De voordelen en de werking van de uitvinding zullen j duidelijk worden bij het lezen van de volgende beschrijving van i een uitvoeringsvoorbeeld dat op dit ogenblik de voorkeur heeft, ! 25 welke beschrijving verwijst naar een tekening.

Fig. 1 toont de mechanische opstelling van de akoestische stroomsnelheidsmeter volgens de uitvinding; fig. 2 is een schema dat de akoestische voorplantingsweg laat zien en dat van nut is voor het beschrijven van de werking i 30 van de uitvinding; fig. 3 is een blokschema van de elektronische schakeling volgens de uitvinding; I fig. h toont de schakeling die is verbonden met de omzet ters en dient voor het meten van het voortplantingstijdverschil; ; | 35 fig. 5 geeft signaaltijddiagrammen zoals die voorkomen in de schakeling volgens fig. U en van nut zijn bij het uitleggen j 792 0 0 94 ♦ 1+ — van de werking daarvan; fig. 6a en fig. 6b zijn equivalente schakelschema's van de omzetterketens en zijn van nut bij het uitleggen van een aspect van de uitvinding; j 5 fig. 7 toont de oriëntatie van twee stromingsmeetkanalen; fig. 8a, fig. 8b en fig. 8c laten de voordelen zien van een nieuwe uitvoering van een akoestische spiegel; j fig. 9 is een in bijzonderheden uitgewerkt schakelschema van een uitvoeringsvorm van fig. U.

-4 ! : 10 De beste manier voor het ten uitvoer brengen van de uit vinding zal nu worden beschreven. In fig. 1 is een akoestische stromingsmeter getekend zoals deze zou worden opgesteld in een oceaan of in een andere watermassa waar stromingen moeten worden gemeten. De verschillende samenstellende delen van de stromings- ; 15 meter zijn aangebracht tussen een bovenplaat 10 en een X-vormige i i

ondersteunsectie 12 die ten opzichte van elkaar gefixeerd worden gehouden door middel van vier titaniumstangen 1U (waarvan er j slechts twee in fig. 1 zijn getekend). De stangen 1U steken door I

j ! gaten in de bovenplaat 10 en in het onderdeel 12 en zijn beves- j 20 tigd door middel van moeren 16 of van andere geschikte bevesti- i

i I

gingsmiddelen. In de ondersteun 12 is een ring 18 gevormd voor : het aanmeren en boven de bovenplaat 10 steekt een tweede aanmeer-ring 20 uit. Onder de bovenplaat 10 bevindt zich een hol cilindervormig huis 22 dat de elektronische schakelingen van de akoes-25 tische stromingsmeter bevat, alsmede een magnetometer van het j fluxpoort-type en een batterij voor het leveren van energie aan de stromingsmeter. Een elektrisch aansluitorgaan 2k bevindt zich boven op de bovenplaat 10 om de elektronische schakeling van'

! I

de stromingsmeter te kunnen instellen en voor het uitlezen van 30 data die van de stromingsmeter afkomstig zijn. De bodem van het cilindervormige huis 22 bestaat uit een aluminiumplaat 26 waardoorheen de vier stangen 1U lopen.

Onder het huis 22 uit steekt een meetsysteem 28 uit dat een geringere doorsnede heeft dan het huis 22 om zo turbulentie j 35 ter plaatse waar de stromingsmetingen worden gedaan te verminderen. | Naar buiten toe en naar beneden onder een hoek steken uit het 792 0 0 94 ' t 5 ; meetsysteem 28 dat met omzetters is uitgerust, vier omzetter- j sondes 30 die orthogonaal zijn gealigneerd. In elke sonde 2k bevindt zich een omzetter 32 die akoestische signalen uitzendt en ontvangt welke akoestische signalen een frequentie van onge- | 5 veer 1,6 MHz hebben. De omzetters 32 zijn vervaardigd van een piëzo-elektrisch materiaal in de hier beschreven voorkeursuitvoering, maar kunnen ook omzetters zijn van het elektrostrictieve type, het magnetostrictieve type, het elektrodynamische type of | enig ander type. Deze omzetters 32 zijn zo gericht dat zij | 10 akoestische signalen uitzenden en ontvangen langs de met stippel-; lijnen 3U aangegeven wegen. De akoestische signalen worden teruggespiegeld door een akoestische spiegel 36 die is opgesteld op | een spiegelsteun 38 die naar boven toe uitsteekt uit de onder steun 12. Tussen omzetters 32 die zich bevinden op schuin tegen- ! 15 over elkaar gelegen sondes 30, lopen akoestische signalen zodat zij langs twee V-vormige wegen gaan die met elkaar een hoek van 90° maken.

Wanneer de in fig. 1 getekende stromingsmeter is afgemeerd doen in het water aanwezige stromingen het water door de ruimte j 20 stromen waarin de akoestische wegen 3*+ oversteken. Zoals hierna j wordt beschreven resulteert deze stroming in een voortplantings-verschiltijd en in een dienovereenkomstige faseverschuiving in de akoestische signalen die binnen een paar tegenover elkaar gelegen omzetters 32 worden overgedragen. Door deze fase- j ! 25 verschuivingen te meten meten de twee paren omzetters de compo- j nenten van de stroming langs twee onderling orthogonale assen. Signalen die representatief zijn voor deze componenten en signalen die afkomstig zijn van de fluxpoort-magnetometer in het i stromingsmeterhuis 22, worden door de elektronische schakeling i | 30 die zich eveneens in het huis 22 bevindt verwerkt om zo signalen | i op te leveren die representatief zijn voor de noord-zuid, respectievelijk oost-west component van de oceaan-stromingen.

! Deze gegevens kunnen meteen worden gebruikt of kunnen worden vastgelegd voor latere opvraag en analyse. j 35 Met verwijzing naar fig. 2 is het volgende een korte uitleg van de wijze waarop een stromingssnelheid wordt gemeten 7 02 0 0 94 ν' — 6 — I door de akoestische stromingsmeter die in fig. 1 is getekend.

! j

Fig. 2 is een zijaanzicht dat twee van de vier omzetters 32 laat zien en hun betrekking tot een akoestische spiegel 36. Door middel van hierna nog in bijzonderheden te beschrijven elektro- I ! 5 nische schakelingen wordt aan elk van de omzetters 32 een elektrisch signaal aangeboden. In reactie daarop trilt elk van de omzetters hetgeen akoestische golven laat voortplanten door het watermedium langs een baan die door de stippellijn 3^ is voorgesteld. De akoestische golf loopt naar beneden vanuit de 10 trillende omzetter 32 en treft de akoestische spiegel 36. De hoek tussen de voortplantingsweg 3^ en de normaal op de spiegel is aangegeven met Θ. De akoestische golven die de akoestische spiegel 36 treffen, worden gereflecteerd en planten zich verder voort naar boven naar de andere omzetter van het paar. De I 15 reflectiehoek is gelijk aan de invalshoek Θ.

Indien het watermedium zich verplaatst en een horizontale i : j snelheidscomponent heeft in de richting van de voortplantings weg 3^, in fig. 2 aangegeven door een pijl bh, wordt de voort-plantingstijd tussen de twee omzetters 32 beïnvloed. De totale I 20 voortplantingssnelheid van een akoestische golf is gelijk aan de voortplantingssnelheid van het geluid in het medium ver-| meerderd met de snelheid van de stroming in het medium in de voortplantingsrichting. Indien in fig. 2 een stroming loopt van : rechts naar links, zoals door de pijl M is aangegeven, lopen : 25 geluidsgolven die door de omzetter 32a worden uitgezonden en na spiegeling aan de spiegel 36 worden ontvangen door de omzetter 32b, in dezelfde richting als de stroming en hebben zij een kortere voortplantingstijd dan geluidsgolven die worden uitgezonden vanuit de omzetter 32b naar de omzetter 32a tegen de ! 30 stroming in. Het verschil in voortplantingstijd ΔΤ wordt door | de volgende betrekking gegeven: ! Δτ.-^f- (1) c waarin v de snelheidscomponent van de stroming is evenwijdig aan! 35 een lijn tussen de omzetters, d de afstand is tussen de omzetter? 792 00 94 .....- 7 » t I en c de geluidssnelheid. Opgemerkt moet worden dat het tijds- j j : ; verschilAT alleen afhangt van de afstand d tussen de omzetters ; en onafhankelijk is van de afstand tussen de spiegel 36 en de omzetters 32.

: j 5 In de hier beschreven voorkeursuitvoeringsvorm zijn typerende afmetingen voor de in fig. 2 getekende omzetteropstel-ling d « 11 cm, Θ = 30° en s * 11 cm. Bij deze aftoetingen en voor een geluidssnelheid c van 1500 m/s bedraagt de verandering in de voortplantingstijd ΔΤ ongeveer 1 nanoseconde per em/s : 10 stromingssnelheid. Dergelijke tijdsverschillen kunnen worden ge- ; meten door moderne met hoge snelheid werkende schakelingen en er zijn al stromingsmeters bekend en verkrijgbaar die dergelijke I schakelingen benutten. Echter vereist een rechtstreekse meting van dergelijke geringe tijdsverschillen kostbare en betrekkelijk i 15 veel energie gebruikende elektronica. Het is vaak wenselijk een stromingsmeter gedurende lange tijd op een plaats opgesteld te laten op afgelegen plaatsen in de oceaan waar de stromingsmeter zijn energie moet krijgen uit een eigen batterij. In het bijzonder bij dergelijke toepassingen maakt het grote vermogen i : 20 dat gevergd wordt door de met zeer hoge snelheid werkende elektronica, zulke technieken voor het meten van een stromingssnelheid praktisch onmogelijk.

In fig. 3 is het elektronische gedeelte van de hier beschreven stromingsmeter getekend in de vorm van een blokschema.

I ; ; 25 Zoals hiervoor gesteld dragen twee omzetters 32a en 32b signalen j naar elkaar over die een component meten van de stromingssnelheid;.

De uitgangssignalen van de omzetters 32 worden beide aangeboden j aan respectievelijke processors 21 voor signaalstoten van onge-i i moduleerde draaggolven. Een uitvoeringsvoorbeeld van een derge- i j 30 lijke processor 21 is in bijzonderheden weergegeven in fig. ^ en in fig. 9· Het uitgangssignaal van elk van de processors 21 is een signaal met een veel lagere frequentie dan de akoestische signalen met een frequentie van 1,6 MHz die door een omzetter 32 worden uitgezonden. Deze laagfrequente signalen hebben fase-35 verschuivingen die representatief zijn voor de fase van de door elk van de omzetters 32 ontvangen akoestische signalen. Kort j 792 0 0 94 8 - gezegd brengen de signaalstoot-processors het uitgangssignaal van elk van de omzetters door zwevingsontvangst naar een veel ! lagere frequentie en het resultaat is dat de door de gemeten ; stroming voortgebrachte vertraging in de voortplanting die 5 wordt voorgesteld door de fase van de uitgangssignalen van de omzetters, in de tijd wordt verlengd. In het hier beschreven | voorkeursuitvoeringsvoorbeeld bedraagt de frequentie van het I uitgangssignaal van de processors 21 3^Hz, hetgeen resulteert in een toename van de voortplantingsvertraging met een factor I 10 van ongeveer 50.000. De uitgerekte voortplantingsvertraging wordt dan gemakkelijk gemeten via een gebruikelijke digitale schakeling die uiterst weinig energie gebruikt, zoals een CMOS -schakeling. Aangezien de hierna beschreven signaalstoot-processor eveneens een minimale hoeveelheid stroom vraagt | 15 resulteert de hier beschreven techniek in een akoestische stromingsmeter die zeer weinig energie verbruikt en daarom j gedurende lange tijd kan worden opgesteld met gebruikmaking van een op batterijen gebaseerde voeding, j De uitgangssignalen uit de processors 21 bestaan uit twee ! 20 signalen met een frequentie van 3^ Hz waartussen een faseverschil ! bestaat dat evenredig is aan de stroomsnelheid. De uitgangs- | signalen uit de processors 21 worden aangeboden aan een fase- meterschakeling 23 die het faseverschil tussen de signalen meet ! om een uitgangssignaal te verschaffen dat representatief is voor ! i i ! 25 de snelheid van de stroming. Ofschoon de fasemeterschakeling 23 j j ! | met gebruikmaking van vele verschillende bekende schakelingen i j kan worden uitgevoerd wordt een voor de hier beschreven stromings meter bijzonder geschikte schakeling beschreven in een tegelijk j met de onderhavige aanvrage ingediende (Amerikaanse) octrooi-30 aanvrage van Kenneth D.Lawson en Neil L.Brown met de titel j "Phase Meter Circuit".

De hier boven beschreven schakeling die in fig. 3 is getekend binnen de stippellijnen van het blok 25, is voor de twee andere, orthogonaal opgestelde omzetters gedupliceerd en 35 deze schakeling is in fig. 3 voorgesteld door het gestippeld [ getekende blok 25'. Een magnetometer 31 is als deel van de hier j 792 0 0 94 9 “ { beschreven akoestische stromingsmeter aanwezig en verschaft

j uitgangssignalen die de oriëntatie van de akoestische stromings- I

meter ten opzichte van het magnetische veld van de aarde voor- i I stellen. Een uitgangssignaal van de magnetometer 31 wordt even- j | | ^ eens aangeboden aan een digitale processor 29. Hoewel voor de i uitvoering van de magnetometer 31 vele bekende schakelingen i kunnen worden gebruikt wordt een voor gebruik bij de uitvinding bijzonder geschikte schakeling beschreven in een gelijktijdig met I : de aanvrage ingediende (Amerikaanse) octrooiaanvrage van Kenneth i I 10 D .Lawson en Neil L.Brown met de titel "Low Power Magnetometer Circuit".

Een coördinaat-conversieschakeling 29 ontvangt de uitgangssignalen van de schakelingen 25 en 25' die de orthogonale componenten van een gemeten stroomsnelheid voorstellen in een referentie-I 15 kader dat afhangt van de plaatsing van de stromingsmeter ten opzichte van de horizontaal. Ook ontvangt de conversieschakeling i 29 signalen uit de magnetometer 31 die een voorstelling geven van de oriëntatie van de stromingsmeter ten opzichte van de aardassen. Met gebruikmaking van algemeen bekende trigonometrische ; 20 transformaties levert de conversieschakeling 29 uitgangssignalen ! ! die representatief zijn voor de noord-zuid en de oost-west eompo- | nenten van de stroomsnelheid. In het algemeen bevat de akoes tische stromingsmeter ook nog een temperatuuropnemer 33 die de | temperatuur meet van het omgevende water. De geluidssnelheid j 25 in een vloeistof is een functie van de temperatuur van de vloei- stof en de uit de temperatuuropnemer 33 afkomstige data kunnen worden benut voor het leveren van een correctie op de gemeten snelheid.

i

De uitgangsdata van de conversieschakeling 29 en de tempera-| 30 tuuropnemer 33 worden in het algemeen vastgelegd op magneetband ! of op een andere wijze, zoals door het blok 35 is aangeduid, ! i i zodat data overceen lange tijd kunnén worden verzameld voor een j latere analyse. Als een alternatief zal het duidelijk zijn dat de· aan de schakeling 29 aangeboden signalen direct kunnen worden | j 35 vastgelegd en later kunnen worden verwerkt.

.......... De signaalstootprocessors 21 meten de hierboven beschreven | 792 00 94 \ 10 — v tijdverschillen op een nieuwe wijze die een stromingsmeter oplevert met talloze voordelen boven bekende inrichtingen.

In de uitvinding worden de twee tot een paar behorende omzetters gelijktijdig gedurende een voorafbepaald tijdsinterval ! 5 bekrachtigd en zenden zij een stoot ongemoduleerde akoestische energie uit. Typerend is dat deze een frequentie van ongeveer 1,6 MHz hebben. De twee door omzetters 32a en 32b uitgezonden stoten akoestische golven worden door de akoestische spiegel 36 gereflecteerd en door de andere omzetter ontvangen. Indien er 10 een component van de waterstroom is die in de richting van de voortplantingsas loopt levert het verschil in voortplantings-tijden van de door de twee omzetters uitgezonden golven die i zich in tegengestelde richtingen verplaatsen, zoals gegeven door de betrekking (1), een faseverschil op tussen de twee 15 akoestische golf-stoten. Door het faseverschil tussen de door elk van de omzetters 32a en 32b ontvangen stoten te meten kan het tijdsverschil en daaruit de stroomsnelheid worden bepaald.

Om het faseverschil te meten tussen de twee ontvangen golven wordt het uitgangssignaal voor elk van de omzetters 20 32 in zweving gebracht met een referentiefrequentie om twee verschilfrequentiesignalen op te leveren. Het zwevingsproces resulteert in twee verschilfrequentiesignalen met hetzelfde relatieve faseverschil als de hoogfrequente signalen die door de ; omzetters 32 worden ontvangen, maar bij een lage frequentie.

25 Door de referentiefrequentie zo te kiezen dat de verschilfrequentie een zeer lage frequentie is, kan het geringe voortplantings-tijdverschil worden geconverteerd in een veel langer tijdsverschil dat wordt voorgesteld door het faseverschil van de twee verschilfrequentiesignalen.

30 Fig. U is een blokschema van de processors 21 die de om- j zetters 32 aandrijven met de hierboven beschreven ongemoduleerde draaggolfstootsignalen en die de ontvangen akoestische golven ί i verwerken om zo een meting van de stroomsnelheid op te leveren. | ! i

| Deze schakeling zal worden beschreven met verwijzing naar fig.5 I

i | ! 35 die signaaltijddiagrammen toont van de signalen die op ver- L....

| schillende punten in fig. k optreden.

792 0 0 94 11 ..........

Een kristalbestuurde zender-oscillator 50 wordt periodiek aangesloten voor het bekrachtigen van de omzetters 32 via een zend-schakelaar 52. In de hier beschreven voorkeursuitvoering heeft de zender-oscillator 50 een frequentie van 1,605 MHz. De | i 5 zend-schakelaar is aangesloten tussen de uitgang van de oscillator 50 en twee autotransformatoren 55a respectievelijk 55¾ die aan | de omzetters 32a respectievelijk 32b zijn aangesloten. De auto- i < transformatoren 55 worden gebruikt voor het aanpassen van de | hoge uitgangsimpedantie van de uitgangsschakeling van de 10 oscillator 50 die typerend 100 kohm of meer bedraagt, aan de lagere impedantie van de piëzo-elektrische omzetters 32. In de hier beschreven voorkeursuitvoering hebben de transformatoren 55 een wikkelingverhouding van 4 op 1. Bij het zenden zijn de om- i : zetters 32 geaard via weerstanden 60 en de lage impedantie van | 15 een referentie-oscillator die door een weerstand 59 is voorge- I steld. Aangezien het uitgangssignaal uit de referentie-oscillator 58 weel kleiner is dan het signaal uit de zender-oscillator 50 : | en aangezien de hoge impedantie van de oscillator 50 iedere | stroomdoorgang vanuit de oscillator 58 blokkeert, kan het j I 20 effect van de referentie-oscillator op het uitgezonden signaal j buiten beschouwing worden gelaten.

De zend-schakelaar 52 wordt periodiek gesloten in responsie op een zend-besturingssignaal T. Wanneer de zend-schakelaar 52 j | is gesloten wordt de zender-oscillatorfrequentie aangeboden aan | 25 de tot een paar behorende omzetters 32a en 32b en deze omzetters | zenden in reactie daarop een stoot akoestische golven uit bij | | de zender-oscillatorfrequentie. Dit is in fig. 5 voorgesteld door | het tijddiagram A dat de signalen voorstelt die afkomstig zijn van de zender-oscillator 50 en worden aangeboden aan de omzetters 30 32 door de zenderschakelaar 52. In de hier beschreven voorkeurs-i uitvoering is de schakelaar 52 gesloten en worden de omzetters 32 bekrachtigd gedurende ongeveer 91*5 microseconden, hetgeen zich j iedere 610 microseconden herhaalt zoals in fig. 5 is aangegeven, i Bij het openen van de schakelaar 52 sluit een tweede schakelaar ; 35 5^ in responsie op een signaal T welk signaal het omgekeerde is i I van het signaal T. De schakelaar 5^ is aangesloten tussen de j 792 0 0 94 4 ” 12 — I auto-transformatoren 55 en aarde en verschaft een terugweg | voor het signaal dat door de omzetters 32 wordt geleverd wanneer ! deze werkzaam zijn als ontvangende omzetters bij de ontvangst van akoestische golven.

5 De gelijktijdig door de omzetters 32 uitgezonden stoot akoestische golven bij het gesloten zijn van de zend-schakelaar i 52 wordt ontvangen door de andere omzetter van het paar. De voordplant ingstijd tussen de omzetters wordt bepaald door de afmetingen ; i van de akoestische stromingsmeter in kwestie en in de hier be-! 10 schreven uitvoeringsvorm bedraagt de voortplantingstijd ongeveer 150 microseconden. In fig. 5 laat het tijddiagram B de uitgangssignalen van de omzetters 32 zien die in reactie op de ontvangen akoestische golven optreden. Zoals uit fig. 5 blijkt is het uitgangssignaal B ten opzichte van het uitgezonden signaal A in : 15 tijd vertraagd met ongeveer 150 microseconden. Ofschoon de uit- i gangssignalen van de omzetter 32a en de omzetter 32b in fig. 5 met êln enkele signaalvorm zijn weergegeven zullen indien er een | stroomsnelheidscomponent in de voortplantingsrichting bestaat de j signalen van de afzonderlijke omzetters iets ten opzichte van 20 elkaar in fase zijn verschoven, zoals hierboven is beschreven.

De signalen uit de omzetters 32a en 32b worden op identieke wijze verwerkt om laagfrequente signalen op te leveren waarvan dé fase tenslotte wordt vergeleken om de stroomsnelheid te metenr Om deze reden wordt alleen de schakeling voor het met de omzetter ! 25 32a verbonden "kanaal a" in het volgende beschreven. De werking \ van de overeenkomstig genummerde schakeling voor "kanaal b" is in wezen identiek.

Het uitgangssignaal uit de omzetter 32a wordt aangeboden aan een eerste aansluitklem van een schakelaar 56a. De referentie- i I 30 oscillator 58 is door een weerstand 60 aangesloten aan de eerste aansluitklem van de schakelaar 56a. Het signaal dat aanwezig is op de eerste aansluitklem van de schakelaar 56a, is de som van het uitgangssignaal van de omzetter 32a en het uitgangssignaal van de referentie-oscillator 58. Wanneer de schakelaar 56a 35 gesloten is, worden deze gesommeerde signalen via een buffer-versterker 62a aangelegd aan een niet-lineaire inrichting die 792 0 0 94 ..... 13 — produkt-termen genereert, bijvoorbeeld een demodulator of meng-trap 6Ha die som- en verschil-frequentiesignaalcomponenten | levert, In de hier beschreven voorkeursuitvoering is de demodulator 5*+ een kwadratische detector. Het uitgangssignaal uit de | ; 5 detector 6Ha wordt aangelegd aan een filter 66a waarvan de frequentie-responsie zo is gekozen dat de verschilfrequentie-component wordt doorgelaten en de andere signaalcomponenten in het uitgangssignaal van de detector 6ka. worden gedempt, dus een laag doorlaatfilter of een banddoorlaatfilter. Het uitgangssignaal j10 uit het filter 66b wordt aangelegd aan een begrenzende versterker; 67b. j

De door de omzettere 32 bij de ontvangst voortgebrachte | uitgangssignalen zijn veel minder sterk dan de signalen die I

worden aangeboden aan de omzetters vanuit de zender-oscillator . . ., .. i 15 50 tijdens het uitzenden. Dit is voornamelijk toe te schrijven aan het divergeren van de akoestische golf hetgeen resulteert j in de ontvangst door elk van de omzetters van slechts een fractie | van de uitgezonden energie. De signaalsterkte van het uitgangs- j ! signaal van de referentie-oscillator 58 dient ongeveer van | 20 dezelfde grootte te zijn als het uitgangssignaal van de omzetters| 32 om het uitgangssignaal van de detector 6h maximaal te maken en dus is het signaalniveau van het uitgangssignaal van de referentie-oscillator 58 veel lager dan het signaalniveau van het uitgangssignaal van de zender-oscillator 50, zoals hierboven 25 beschreven. j | De frequentie van de referentie-oscillator 58 is zo gekozen ! dat deze iets verschilt van de frequentie van de zender-oscilla- j tor 50. In de hier beschreven voorkeursuitvoering bedraagt het I verschil tussen de frequenties van de zender-oscillator en de 30 referentie-oscillator 3^ Hz. Het uitgangssignaal van het band doorlaat filter 66a is dus een signaal met een frequentie van 3U Hz en met een fase die wordt bepaald door de fase van het door de omzetter 32a ontvangen signaal en door de fase van de referentie-oscillator 58. In de voorkeursuitvoering zijn de zender-oscilla-35 tor en de referentie-oscillator kristalbestuurde oscillatoren die fase-vergrendeld zijn om een stabiele verschilfrequentie van 3*+Ηζ 792 0 0 94 i te verzekeren.

De hierboven beschreven werking kan nog worden verduidelijkt met verwijzing naar de in fig. 5 weergegeven signaalvormen. Zoals' hiervoor gezegd zijn de uitgangssignalen uit de omzettere 32a en | 5 32b samengesteld uit in wezen gelijktijdige stoten ongemoduleerde! signalen met een frequentie van 1,605 MHz die iets uit fase zijn ; waarbij het faseverschil wordt bepaald door de snelheid van de stroming. De signaalvorm C laat het ontvangstpoortsignaal R zien ' dat de schakelaars 56 bedient. Het is duidelijk dat de schakelaars 10 56 alleen zijn gesloten gedurende een gedeelte van de door de ontvangers ontvangen ongemoduleerde signaalstoot. In de voorkeursuitvoering die hier wordt beschreven, is er een uitsteltijd van 91»5 microseconden die volgt op het eind van de uitgezonden signaalstoot om iedere resterende oscillatie in de omzettere te 15 kunnen laten uitsterven tot een verwaarloosbaar laag niveau.

Volgend op dit uitstel worden de schakelaars 56 gedurende onge- J : veer 30,5 microseconden gesloten.

Het uitgangssignaal van de omzetter en het referentie-oscillatorsignaal worden gemengd door middel van een detector 6Ua; 20 en het uitgangssignaal van de detector 6*+a is wanneer het wordt j ' gemiddeld over het ontvangstpoortinterval, een gelijkspannings- j signaal met een sterkte die evenredig is aan het faseverschil tussen het uitgangssignaal van de omzetter 32a en het refe-rentie-oscillatorsignaal. Aldus wordt gedurende elk ontvangst- j ! 25 poortinterval een 30,5 microseconde durende puls met een ge- | i .... . . . . i middelde gelijkspanningswaarde die evenredig is aan dit faseverschil, aan de uitgang van de detector 6ka. geleverd. !

I * · * I

Als gevolg van het 3^ Hz bedragende verschil in frequentie j tussen het signaal dat door de omzetter 32 wordt^ontvangen en de j 30 referentie-oscillatorfrequentie, zal het faseverschil tussen de ! signalen langzaam variëren met een constante frequentie van | Hz. Aldus is het uitgangssignaal van de detector 6Ua een reeks pulsen die gemoduleerd is met een frequentie van 3^ Hz. Dit! wordt in fig. 5 getoond aan de hand van de signaalvorm D. Op 35 dezelfde wijze is het uitgangssignaal uit de demodulator 6Ub een j tweede reeks pulsen die gemoduleerd is met de zwevingsfrequentie 792 0 0 94 15 I van Hz. Dit wordt door de signaalvorm E in fig. 5 weer- | gegeven. De fasen van de twee modulatie-omhullenden met een frequentie van Hz worden bepaald door de fase van de referentie-oscillator en de verschillende fasen van de door de 5 omzetters 32 ontvangen signalen. Aangezien de fase van de referentie-oscillator constant is voor de twee kanalen is het faseverschil alleen een functie van de fasen van de ontvangen signalen.

De hierboven beschreven uitgangssignalen van de detectoren : ! 10 6¼ die als signaaltijddiagrammen D en E zijn getekend, worden aangeboden aan banddoorlaatfilters 66. De banddoorlaatfilters 66 j zijn filters met een hoge Q en met een centrale frequentie van 3U Hz. De uitgangssignalen van de banddoorlaatfilters 66 zijn sinusvormige golven met een frequentie van 3^ Hz waarvan de ; 15 relatieve fase evenredig is aan de gemeten snelheid van de stroming. De uitgangssignalen van de filters 66 worden geconverteerd in digitale signalen door middel van begrenzende ver-I sterkers 67 en worden vervolgens aangelegd aan een fase-meter- j schakeling 68 die het faseverschil meet om een uitgangssignaal j 20 te leveren dat representatief is voor de gemeten snelheid van de : stroming.

Zoals hierboven beschreven correspondeert voor de voorkeurs- uitvoering waar het hier om gaat, een tijdsverschil van 1 nanoseconde met een stroomsnelheid van ongeveer 1 cm/s. Typerend I 25 is de verlangde nauwkeurigheid bij de meting van de snelheid van een stroming in de orde van grootte van 1 mm/s. Een derge- i lijke nauwkeurigheid komt overeen met een voortplantingstijds- j verschil van ongeveer 10~1^ seconden. Voor een zenderfrequentie j s ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ van 1,6 MHz levert een dergelijk tijdsverschil een faseverschuiving ; 30 van ongeveer 0,06° op. De hierboven beschreven schakeling resulteert in hetzelfde faseverschil tussen de twee 3^ Hz uit- j gangssignalen uit de banddoorlaatfilters 66. Aldus wordt het | voortplantingstijdsverschil effectief vergroot in de verhouding van de 3^ Hz verschilfrequentie tot de 1,6 MHz draaggolffrequentie. 35 Bij de 3^ Hz verschilfrequentie levert een stroomsnelheid van 1 mm/s die een faseverschuiving van 0,06° produceert, een tijds- 792 0 0 94

V

. 16 \ verschil van ongeveer 12 microseconden op. Dergelijke tijds-I verschillen kunnen gemakkelijk worden gemeten met behulp van gemakkelijk verkrijgbare en uiterst weinig energie gebruikende onderdelen, zoals logische schakelingen van het CMOS-type. Het

! I

I 5 zal duidelijk zijn uit de hierboven gegeven bespreking dat de j i i door stroomsnelheden met typerende waarden geïntroduceerde faseverschuivingen zeer gering zijn. Een van de belangrijkste | zorgen bij het meten van stroomsnelheden is de nulpuntinstelling ! en de daarin als gevolg van drift optredende fouten van de ! 10 stroomsnelheidsmeter. Typerend dient de nulpuntsfout 1 mm/s j | te bedragen of minder en dit komt overeen met een faseverschui- ving van ongeveer 0,06° of minder. De faseverschuivingen .in elk van de blokken van de in fig. 3 getoonde schakeling dienen dus uiterst stabiel te zijn. In het algemeen kan een constant | 15 faseverschil door afregeling worden weggewerkt of op andere wijze worden gecompenseerd door middel van de verwerkende elektronica i die volgt op de fasemeetschakeling. Echter kan geen compensatie worden geboden voor drift in de nulpuntinstelling. In het | bijzonder bij toepassingen waar een akoestische stroomsnelheids- | | 20 meter zonder bewaking wordt gelaten gedurende een tijd die wel j een jaar kan bedragen, in vijandige omstandigheden onder water, j is het van belang dat de schakeling op de juiste wijze is ont- j worpen ten einde iedere drift in de faseverschuivingseigen- j schappen van de verschillende blokken die in fig. 3 zijn 25 weergegeven, tot een minimum te beperken.

Er zijn twee belangrijke bronnen van faseverschuiving die hier van belang zijn. Ten eerste kan de wisselwerking van de reactanties van de omzettere 32 met de componenten van de schakeling waarmee zij zijn verbonden, resulteren in fase-30 verschuivingsverschillen tussen de twee kanalen die worden veroorzaakt door wijzigingen in de waarden van de in de schakeling opgenomen componenten. Ten tweede moet de faseverschuiving van de banddoorlaatfilters 66 zeer vlak verlopen in de rondom 3^ Hz gecentreerde doorlaatband ten einde faseverschuivings-35 verschillen die worden veroorzaakt door veranderingen van ! parameters in de filters te vermijden.

792 0 0 94 > 17 I Het zodanig ontwerpen van voorversterkers 62 en detectoren ; 64 dat deze geen belangrijk fas eve rs chui vi ngs vers chi1 introdu- i ceren, stelt in de meeste typerende toepassingen geen grote problemen. Ofschoon de signaalfrequenties van 1,6 MHz die aan 5 de voorversterkers 62 worden aangeboden, betrekkelijk hoog zijn, i zijn deze signalen bijna identiek in frequentie aangezien zij _k slechts een factor van ongeveer 5 x 10 verschillen. Zelfs ofschoon veranderingen van parameter in de voorversterker de faseverschuiving van een 1,6 MHz signaal dat door de voorver-: 10 sterker is versterkt, aanzienlijk kunnen wijzigen, is het verschil in faseverschuivingen tussen referentie-oscillatorsignaal en de ! akoestisch ontvangen signalen praktisch verwaarloosbaar. In de praktijk is de schakeling van de voorversterkers 62 identiek en zijn deze versterkers dicht bij elkaar geplaatst. Een drift : 15 van een parameter in de schakeling die een faseverschuiving in de ene versterker veroorzaakt, produceert een dergelijke, zo niet identieke faseverschuiving in de tweede voorversterker en deze met elkaar overeenkomende faseverschuivingen zullen ieder faseverschuivingsverschil tussen de ontvangen signalen en het 20 referentie-oscillatorsignaal nog verder verminderen.

Typerend zijn de demodulatoren 64 kwadratische detectoren die zijn verwezenlijkt door middel van een halfgeleiderovergang met een niet-lineaire responsie of door middel van een andere niet-lineaire detector. Veranderingen in de faseverschuiving 25 door dit soort inrichtingen zijn in het algemeen gering om te beginnen en dezelfde redenering die hierboven is gegeven | | i ten aanzien van de voorversterkers 62, resulteert in faseverschuivingen door de detectoren 64 die eveneens verwaarloosbaar klein zijn.

| 30 Nu overgaande tot de kwestie van het faseverschuivings verschil door de omzetters 33 wordt verwezen naar fig. 6a en | fig. 6b die de equivalente schakelingen van de omzetters 32 ! j j laten zien tijdens respectievelijk zenden en ontvangen. Gebleken is dat door de impedanties die door de omzetters worden 35 gezien tijdens het zenden, respectievelijk ontvangen aan te L...........................passen het faseverschuivingsverschil tussen de signalen die van

In 792 0 0 94 - - 18 — > t i de omzetter 32a gaan naar de omzetter 32b en de signalen die gaan in de tegengestelde richting van de omzetter 32b naar de i . . . ! ! omzetter 32a, tot een minimum kunnen worden teruggebracht. Dit is waar voor omzetters van alle types, in het bijzonder voor de j 5 piëzo-elektrische omzetters die in de voorkeursuitvoering worden ; | gebezigd. Met verwijzing weer naar fig. h is de referentie- oscillator 58 een spanningsbron met een zeer geringe impedantie i j i | of zelfs een impedantie nul en is de impedantie tussen aarde en het verbindingspunt 57 dat de twee kanalen gemeenschappelijk j 10 hebben, gezien door elk van de omzetters 32 tijdens het zenden, j gelijk aan de waarde van de weerstanden 60 vermeerderd met een factor die gelijk is aan het kwadraat van de wikkelingverhouding ! van de transformatoren 55· Bij het ontvangen zijn de schakelaars 56b gesloten en is de door elke omzetter 32 waargenomen j 15 impedantie in wezen gelijk aan de parallelschakeling van de weerstand 60 en de ingangsimpedantie van de voorversterker 62 die door de weerstand 63 wordt voorgesteld. Door de door de omzetters waargenomen impedanties tijdens het zenden en tijdens ! het ontvangen aan te passen worden faseverschuivingsverschillen ! 20 in de twee kanalen die worden veroorzaakt door veranderingen in ! andere parameters in de schakeling, aanzienlijk verkleind.

Om de uitleg hiervan te vereenvoudigen wordt voor de impedantie-aanpassende transformator 55 een wikkelingsver-houding ter waarde 1 aangenomen. In fig. 6a en fig. 6b stellen | j r 25 L, R en C de equivalente elektrische schakeling van een piëzo- j elektrische omzetter voor waarbij de verliezen die worden veroorzaakt door door de omzetter uitgestraalde of geabsorbeerde akoestische energie in R zijn opgenomen. C is de statische capaciteit van de omzetter. Lq is de zelfinductie van de aan-30 passingstransformator 55· De spanningsgenerator 60 stelt voor de referentie-oscillator en de spanningsgenerator 62 de zender-oscillator. Het elektrische signaal dat wordt geleverd door een akoestische golf die de omzetter 32 bij ontvangst treft, V , | Ά is voorgesteld door de spanningsgenerator 6k.

35 Tijdens het zenden is het door de omzetter uitgezonden akoestische signaal in fase met de elektrische stroom die de 792 0 0 94 * 19

omzetter binnenstroomt. Deze elektrische stroom is in fig. 6a | I

aangegeven met I^. De fasebetrekking tussen het bekrachtigings- j signaal, het uitgangssignaal van de zender-oscillator, in fig. 6a aangeduid met V^, en de door de omzetter opgewekte 5 akoestische golf, kan worden teruggebracht tot twee fase- | verschuivingen. De eerste is de faseverschuiving tussen de zender-oscillator en de spanning over de omzetter die in fig. 6a is aangeduid met V^. Deze faseverschuiving wordt aangeduid als ï en wordt gegeven door: '0 0, . tan-’ p*2 * g2) (ï) Bt * 2-Rt (2) |

(R2 + Z2) + R.R

to

1 J

waarin Z * ( 03 L-- (3a) !

WC

ï * ( —- °o ) (3b) 15 wlo

Het tweede deel van de faseverschuiving is de fasebetrekking tussen de spanning over de omzetter VT en de elektrische stroom die de omzetter ingaat, 1^. Dit faseverschil wordt aange- ; duid met en wordt gegeven door: i ; j 20 ! ®2 * tan"1 if) W \

Aldus is het totale faseverschil tussen het zender-oscillator uitgangssignaal en de door de omzetter uitgezonden akoestische j 25 golf θτ, waarbij j θτ = θ, + θ2 (5) ί

Met verwijzing naar fig. 6b is de fasehoek tijdens ontvangst, 0o, tussen de omzetteruitgangsstroom IA en de ! π o akoestisch geïnduceerde spanning V. gegeven door: | 30 | i ! ! R.Rr . Y - Z ! | vtan’ - (6) R + R + R ZY r r ! L —; : ί 35 waarin Rr de impedantie is zoals die wordt gezien door de omzetter j...... tijdens het ontvangen.

792 0 0 94 -..... 20

Het totale faseverschuivingsverschil tussen zenden en ontvangen wordt aangeduid met ΔΘ en wordt gegeven door: ΑΘ = Ör - θτ = 0R - (θ, + θ2) (7) 5 of, door de termen anders te schikken: ! ! ΔΘ * (0R - θ2) - Θ1 (8) I Door de eerste term aan de rechterkant van de vergelijking (8) ! te nemen en de trigonometrische identiteit voor de tangens | 10 van het verschil van twee hoeken te benutten kan deze term worden voorgesteld als: tan 0R - tan 0? tan (0R - Op) = - (9) i 1 + tan 0R tan Op

15 of: _ J

tan 0 - tan Q0 Ί ‘ (Op - Op) * tan” - (10) 2 1 + tan 0D tan 0o 1 JK c.

! \ i

Door de waarden voor 0_ en uit de vergelijkingen (k) en ! n d.

| 20 (6) in te vullen in de vergelijking (10) ontstaat: j

—2- 1 ) I

, R ♦ Rn + Rp .Z . Y i 0R - 02 = tan”1 R_ (11|) i 25 1 + R * RR * Y ”Z ( ^| ) i ” i

R + Rr + Rr . Z . Y

of: r

(R2 + Z2)(Y) R + Z.R

Op - Op - tan” —-r---- (12)

; 30 R 2 [(R2 + Z2) + R.Rr J

|

Het kan duidelijk zijn dat de door de vergelijking (12) geleverde waarde identiek is aan de waarde van 0^ die wordt gegeven door (2) waarbij de ontvanger-impedantie Rr is ge-35 substitueerd voor de zender-impedantie R^. Uit vergelijking (8) i 792 0 0 94 21 I volgt dat het totale faseverschuivingsverschil Δθ gelijk is aan het verschil tussen en de waarde die in vergelijking (12) wordt verkregen. Indien dus R gelijk is aan R. is het totale faseverschuivingsverschil nul onafhankelijk van veranderingen in 5 andere parameters van de vergelijkingen (2) en (12).

Met andere woorden, indien de generator-impedantie hij het i : zenden dezelfde is als de belastingsimpedantie bij het ontvangen, zal het faseverschuivingsverschil steeds nul zijn onafhankelijk van enige wijziging in de andere parameters in de fig. 6a en 6b.

| 10 Bijvoorbeeld, indien CQ verandert als gevolg van temperatuur of druk, zal het faseverschuivingsverschil nul blijven. Dit is ; ! weergegeven in tabel A die berekende waarden bevat voor het faseverschuivingsverschil voor verschillende waarden van parameters van de omzettere. Zoals hierboven beschreven is in 15 de hier beschreven voorkeursuitvoering de betrekking tussen de stroming en de akoestische faseverschuiving bij benadering gelijk aan 0,5° per cm/s. Uit tabel A blijkt dat voor grote variaties

; ' J

van parameters van de omzetters de snelheidsfout voor aangepaste ontvang- en zend-impedanties nul is. Waar het onpraktisch is 20 en Ry gelijk te houden dienen deze weerstandswaarden zo ;

gering als maar mogelijk is te worden gehouden. Uit tabel A

kan blijken dat voor een waarde van R^ van 22,1+ ohm en een waar- j ! de van R. van 68 ohm de maximale faseverschuivingsverschilfout ! % overeenkomt met snelheidsfouten van minder dan 0,3 cm/s.

I 25 Weer verwijzend naar fig. 1+ en fig. 5 moet het banddoor- laatfilter 66a voldoen aan de volgende vereisten. Zoals blijkt uit fig. 5 bestaat als gevolg van het uitpoorten van het omzetter-uitgangssignaal door de schakelaar 56 het uitgangssignaal van de ; detector 61+a uit periodieke pulsen met een frequentie van ongeveer I 30 1600 Hz. Als gevolg van de uiterst geringe fasehoeken die zeer j nauwkeurig moeten worden gemeten, moet de component met een • i frequentie 1600 Hz in het uitgangssignaal van de detector 6k j zeer sterk worden gedempt. Voorts moet om een zeer nauwkeurige fasemeting van de 3*+ Hz component in het uitgangssignaal van de | | 35 detector 61+ te verkrijgen het banddoorlaatfilter 61+ een zeer ! stabiele faseverschuiving hebben in de doorlaatband rondom 3^ Hz.; 792 0 0 94 22

Een filter dat de hier genoemde vereisten kan vervullen, wordt i beschreven in een gelijktijdig ingediende (Amerikaanse)octrooi- j aanvrage met de titel " Bandpass Filter Having Low Pass-Band j

Shift" van Neil L.Brown en Kenneth D.Lawson.

I ί j j

; I

I I

' j

I I

i , i ; i j i i i 792 0 0 94 23

Tabel A

I 1 ;^0 r L c Rr Faseverschil 1350 22,92 165 251,0 39,3 68,0 68,0 0,00 ;1*00 22,92 165 251,0 39,3 68,0 68,0 0,00 U50 22,92 165 251,0 39,3 68,0 68,0 0,00 350 22,92 165 21+0,0 39,3 68,0 68,0 0,00 1+00 22,92 165 21+0,0 39,3 68,0 68,0 0,00 1+50 22,92 165 21+0,0 39,3 68,0 68,0 0,00 350 22,92 165 251,0 1+1,0 68,0 68,0 0,00 1+00 22,92 165 251,0 1+1,0 68,0 68,0 0,00

1+50 22,92 165 251,0 1+1,0 68,0 68,0 0,00 I

I350 25,00 165 251,0 39,3 68,0 68,0 0,00 1+00 25,00 165 251,0 39,3 68,0 68,0 0,00 1+50 25,00 165 251,0 39,3 68,0 68,0 0,00 350 22,92 165 251 ,0 39,3 22,1+ 68,0 0,08 1+00 22,92 165 251,0 39,3 22,1+ 68,0 0,00 :1+50 22,92 165 251 ,0 39,3 22,1+ 68,0 -0,08

350 22,92 165 21+0,0 39,3 22,1+ 68,0 0,1U

1+00 22,92 165 21+0,0 39,3 22,1+ 68,0 0,12 1+50 22,92 165 21+0,0 39,3 22,1+ 68,0 0,10 !350 22,92 165 251,0 1+1 ,0 22,1+ 68,0 -0,06 1+00 22,92 165 251 ,0 1+1 ,0 22,1+ 68,0 0,08 1+50 22,92 165 251,0 1+1 ,0 22,1+ 68,0 0,09 350 25,00 165 251 ,0 39,3 22,1+ 68,0 0,02 1+00 25,00 165 251,0 39,3 22,1+ 68,0 -0,05 1+50 25,00 165 251,0 39,3 22,1+ 68,0 -0,13 350 22,92 165 251 ,0 39,3 22,1+ 10000,0 3,65 1+00 22,92 I65 251 ,0 39,3 22,1+ 10000,0 -0,01 1+50 22,92 165 251 ,0 39,3 22,1+ 10000,0 -3,71 350 22,92 165 21+0,0 39,3 22,1+ 10000,0 9,30 1+00 22,92 165 21+0,0 39,3 22,1+ 10000,0 7,82 1+50 22,92 165 21+0,0 39,3 22,1+ 10000,0 6,39 | 350 22,92 165 251 ,0 1+1 ,0 22,1+ 10000,0 -1+,18 | ii+oo 22,92 165 251,0 1+1,0 22,1+ 10000,0 -5,30 i 1+50 22,92 165 251,0 1+1,0 22,1+ 10000,0 -6,1+6 j 350 25,00 165 251,0 39,3 22,1+ 10000,0 1,05 1+00 25,00 165 251 ,0 39,3 22,1+ 10000,0 -2,61+ 11+50 25,00 165 251,0 39,3 22,1+ 10000,0 -6,36 ; l 792 0 0 94 2k — ! In fig. 7 is de opstelling van de omzettere 32 en van de akoestische spiegel 36 in bijzonderheden weergegeven. Een van de paren tegenover elkaar geplaatste omzetters 32a en 32b is opgesteld zoals hiervoor beschreven en in fig. 2 weergegeven, namelijk j | 5 zodanig dat akoestische golven vanuit elk van de omzetters naar beneden lopen langs de akoestische weg 3^, door de akoestische spiegel 36 worden gereflecteerd en de tegenover gelegen omzetter vervolgens treffen. Een tweede paar omzetters 32c en 32d zijn opgesteld als in fig. 7 weergegeven zodat de akoestische weg 3k ! 10 tussen deze omzetters een rechte hoek maakt met de akoestische weg 3k tussen de omzetters 32a en 32b. Op deze wijze meten de twee paren omzetters 32 horizontale snelheidscomponenten langs ! onderling loodrechte assen om een complete voorstelling van de i gemeten stroming op te leveren.

! 15 Een van de belangrijkste voordelen van akoestische i stromingsmeters zoals die volgens de uitvinding is dat de stroomdoorgang zeer weinig hinder ondervindt van de stromings-meter in het gebied waar de meting van de stroomsnelheid wordt j · | uitgevoerd. De V-vormige akoestische wegen tussen de omzetters 20 32 en de akoestische spiegel 36 zorgen er voor dat noch de om- j ! zetters, noch de spiegel in de akoestische bundel een zog van betekenis trekken. De vier stangen 1¾ die de ondersteunsectie 12 I en de akoestische spiegel 36 op hun plaats houden, zijn geplaatst' i op lijnen die een hoek van J+5° maken met de vlakken waarin de i 25 akoestische voortplantingswegen 3k liggen. Deze stangen hebben I , een geringe diameter en veroorzaken een minimaal zog, terwijl wat er aan zog door de stangen wordt veroorzaakt slechts een gering segment van de akoestische voortplantingswegen 3^ zal treffen. De in fig. 7 voorgestelde oriëntatie resulteert dus in 30 een minimale fout die ontstaat door hinderlijke wisselwerking i I tussen de meetapparatuur en de normale stroomdoorgang.

i Ofschoon in fig. 2 en fig, 7 de akoestische golven als enkelvoudige stippellijnen zijn getekend planten zij zich voort in een bundel die divergeert tijdens de voortplanting 35 door het medium water. Als gevolg van deze divergentie wordt ! slechts een fractie van de door een omzetter uitgezonden akoes- 792 0 0 94 ' 25 ' I tische energie uiteindelijk ontvangen door de tegenover gelegen omzetter en een deel van de akoestische bundel kan om de zijkanten van de akoestische spiegel 36 heen gaan. De bekende spiegels in ! akoestische meters zijn cirkelvormige of bolvormige schijfjes.

5 Gebleken is dat een uitvoering van de akoestische spiegel 36 in een vierkante vorm waarbij de voortplantingsvegen 34 tussen de omzetters 32 in een vlak liggen met de diagonalen van het vierkant, ten opzichte van de bekende spiegels voordelen op- ! levert. De redenen voor deze opstelling kunnen duidelijk worden j I ; | 10 aan de hand van de fig. 8a, 8b en 8c.

I In fig. 8a is een omzetter 32 getekend die een bundel ! straling uitzendt die is aangegeven door stippellijnen 3¾ en die j wordt gereflecteerd door een cirkelvormige akoestische spiegel | 46 van de bekende soort. Zoals in fig. 8a aangegeven divergeert I 15 de stralingsbundel en wordt slechts een deel van de akoestische j energie die door de uitzendende omzetter 32 wordt uitgezonden, door de akoestische spiegel 46 gereflecteerd.

Een deel van de akoestische energie, namelijk het deel dat ! i niet het bovenoppervlak van de spiegel 46 treft, wordt gere-! 20 flecteerd door de zijkanten en de rand van de akoestische spiegel zoals in fig. 8a is aangeduid met de golven 47. Gebleken j is dat een aanzienlijke fractie van de akoestische energie 47 | die wordt gereflecteerd door de rand aan de bovenkant van de schijfvormige spiegels, wordt gericht in de richting terug naar 25 de omzetter 32. Deze storende reflecties zijn door de pijl 48 in fig. 8a aangegeven. In fig. 8b dat een bovenaanzicht van de | opstelling in fig. 8a laat zien, zijn deze reflecties 48 nog duidelijker aangegeven. Uit fig. 8b is duidelijk dat met de j bekende cirkelvormige spiegels storende reflecties afkomstig van | 30 een aanzienlijk deel van de omtrek van de spiegel 46 in een zodanige richting worden teruggekaatst dat zij terechtkomen op j de uitzendende omzetter 32. j

Ofschoon slechts een geringe fractie van de totale energie ! die door een omzetter 32 wordt ontvangen, bestaat uit de 35 storende reflecties 48, kunnen deze reflecties resulteren in aanzienlijke fouten in de meting van de stroomsnelheid als gevolg 792 0 0 94 26 -......

van de zeer kleine fasehoeken die worden gemeten. Bijvoorbeeld j ! . . . . ! wordt bij een frequentie van 1,6 MHz indien de storende j reflecties 1+8 90° uit fase zijn met het van de tegenover j gelegen omzetter ontvangen akoestische signaal en indien 0,1% \ 5 van de door de omzetter ontvangen energie bestaat uit de storende ! i o 1 reflecties, een fasefout van ongeveer 0,3 geïntroduceerd. Dit komt overeen met een stroomsnelheid van ongeveer 1 cm/s.

Door een vierkante vorm te kiezen voor de akoestische i ; spiegel en daarbij de diagonalen van de spiegel te laten vallen ! j j 10 in een vlak met de hoofdassen van de omzetters, kunnen de storende reflecties 1+8 enorm worden verminderd. Dit blijkt uit fig. 8c die een bovenaanzicht is van de omzetters 32 en van de ! : nieuwe, vierkante akoestische spiegel 36 die volgens de uitvinding wordt toegepast. Het grootste deel van de akoestische energie 15 die de bovenrand van de akoestische spiegel 36 treft, wordt i ! van de uitzendende omzetterweg teruggekaatst onder een hoek van ongeveer 1*5°, zoals door de golven 1+9 in fig. 8c is aangegeven.

Slechts een zeer geringe hoeveelheid akoestische energie wordt teruggekaatst in de richting naar de uitzendende omzetter 32 20 toe door de hoek van de vierkante akoestische spiegel 36, zoals door de golven 51 in fig. 8c is aangegeven, en aldus worden j fasefouten die worden geïntroduceerd door deze storende reflecties', onderdrukt. Het moet duidelijk zijn dat nog andere vormen voor j de akoestische spiegel 36 dan in de figuur aangegeven kunnen i 125 worden gebruikt voor het verminderen van de storende reflecties die in de richting van de uitzendende omzetter worden teruggekaatst, ofschoon de hierboven beschreven vierkante spiegel 36 waarvan de diagonalen in een vlak liggen met de voortplantings-wegen, gebleken is superieur te zijn boven deze andere vormen.

30 Een andere bron van storende reflecties aan de akoestische | spiegel kan zijn de omstandigheid dat indien een deel van de j energie die de akoestische spiegel treft, niet wordt gereflec- j teerd aan het bovenoppervlak van de spiegel maar door de spiegel heen gaat en aan het onderoppervlak van de spiegel reflecteert.

35 Ook kunnen meervoudige reflecties tussen de bovenkant en de onder-I kant optreden. Om deze foutenbron tot een minimum terug te brengeri 792 00 94 — 27 .........

dient de akoestische energie in zo groot mogelijke mate te worden j teruggekaatst aan de akoestische spiegel 36.

De verhouding tussen de druk van de teruggekaatste golf en de druk van de invallende golf wordt gegeven door:

j 5 I

Z..COS Θ - z.

H - —-1 ( 13)

Zq.COS Θ + Z1 waarin R de verhouding is en Zq en Z^ de akoestische impedanties 10 zijn van de spiegel, respectievelijk het water. De akoestische impedantie van het materiaal is gelijk aan de dichtheid van het materiaak, vermenigvuldigd door de geluidssnelheid in het materiaal. Uit de betrekking (13) blijkt dat om de akoestische energie in de gereflecteerde golf maximaal te maken en de ! 15 energie die in de spiegel 36 doordringt minimaal, de akoestische impedantie van het vaste medium ΖΛ zo groot mogelijk moet zijn.

U !

Van de algemeen beschikbare materialen die geschikt zijn voor de vervaardiging van een akoestische spiegel 36, vertoont wolfram de hoogste waarde van het produkt van een dichtheid en geluids-! 20 snelheid. De spiegel 36 wordt typerend vervaardigd uit ontlaten wolfram en zijn dikte bedraagt ongeveer 0,25 mm.

In fig. 9 wordt een uitvoeringsvoorbeeld gegeven van een schakeling voor het bekrachtigen van de omzetters 32 tijdens het uitzenden en voor het ontvangen, voorversterken en detecteren j 25 van het ontvangen signaal bij het ontvangen. Slechts een kanaal j van de in fig. k weergegeven schakeling is in fig. 9 getekend, maar het zal wel duidelijk zijn dat het andere kanaal een identieke schakeling zal bevatten en zal worden aangesloten als in j de fig. 1+ en 9 is aangegeven.

I 30 Zoals getekend in fig. 1+ en hierboven is beschreven, is i I de zender-oscillator 50 aangesloten aan de autotransformator 55 [ via de transistorschakelaar 52 die de oscillator verbindt met de autotransformator in responsie op een zendsignaal T. De terug- j ] voeraansluiting aan de zender-oscillator 50 is geaard via een 35 condensator 70. De ene aansluiting van de condensator 70 is geaard en de andere verschaft een wisselspanningsaardaansluiting. j 782 0 0 94 28 ........

I De laatstgenoemde aansluiting van de condensator JO is aange- j sloten aan de autotransformator 55 en de omzetter 32 via een weerstand 59 met een waarde van 2,7 ohm en een in serie j i daarmee aangesloten weerstand 60 met een waarde van 68 ohm. De i i 5 omzetter 32 is aangesloten over de secundaire uitgangen van de i | autotransformator 55. Typerend is dat de wikkelingverhouding van j de autotransformator 55 ^':. 1 bedraagt. Aan het eind; van een zend-periode verbreekt de schakelaar 52 de verbinding tussen de zender-oscillator 50 en de autotransformator 55 en de omzetter 32.; I io Een tweede zender-poortsignaal f wordt aan een FET-schakelaar 72 aangeboden om deze in een geleidende toestand te brengen gedurende perioden waarin niet wordt uitgezonden. De schakelaar 72 dient om een kant van de autotransformator 55 te aarden gedurende het ontvangen en dient tevens voor het kortsluiten van ; 15 ieder storend signaal dat afkomstig is van de zender-oscillator 50 dat door de transistorschakelaar 52 heen is geleid of door capacitieve koppeling daardoorheen geraakt.

Van de referentie-oscillator 58 is één aansluitklem aange- ; I sloten aan het verbindingspunt tussen de weerstanden 59 en 60 l 20 en is de tweede aansluitklem verbonden met het wisselstroomaard- j punt dat door de condensator 70 wordt verschaft. Het signaal uit j de referentie-oscillator wordt aangeboden aan een voorversterker j 62 via de weerstand 60 zoals hierboven in verband met fig. 1+ is beschreven.

25 Het uitgangssignaal uit de omzetter 32 wordt aangeboden | aan een versterkertrap jk met een transistor waarvan de basis is geaard, en wel via een koppelcondensator 76. De emitter van de transistor Jk is verbonden met een punt dat een negatieve | spanning voert via een weerstand 78 om zo een ruststroom te 30 verkrijgen. De waarde van de weerstand J8 is typerend veel groter dan de ingangsimpedantie van de versterker met geaarde basis 7^· In het voorbeeld bedraagt de ingangsimpedantie van de transistorversterker 7^ ongeveer 30 ohm. Tijdens het ontvangen is deze impedantie parallel aan de weerstand 60 om een 35 equivalente impedantie op te leveren die door de omzetter 32 wordt gezien met een waarde van ongeveer 22 ohm. De primaire 792 0 0 94 ^ * 29 — ....... ........- ....... "" " .................. ' j wikkeling 80 van de transformator 82 is in serie verbonden met een condensator 8U om zo een belastingsimpedantie voor de versterker 7b \ \ te verkrijgen.

| Het uitgangssignaal uit de versterkertrap 7b wordt afgenomen | 5 van de secundaire wikkeling 86 van de transformator 82. De ontvang-poortschakelaar 56 wordt verschaft door een FET-schakelaar 88 die in serie staat met de uitgangen uit de secundaire wikkeling 86 en een tweede FET-schakelaar 90 die is aangesloten over de FET-schakelaar 88 en de secundaire wikkeling 86. Wanneer de ontvang-poort- iq schakelaar is gesloten, is de FET-schakelaar 90 niet-geleidend en de FET-schakelaar 88 wel geleidend om het uitgangssignaal uit de secundaire wikkeling 86 naar de basis-aansluiting van een transistor 92 te kunnen aanbieden. Om de verbinding tussen de transistor 92 en de secundaire wikkeling 86 te verbreken wordt de FET-schake-15 laar 88 uitgeschakeld door het ontvang-poortsignaal R, en het signaal R, de omkering van het ontvang-poortsignaal R, wordt aan de FET-schakelaar 90 aangelegd, en wanneer de FET-schakelaar 88 open is wordt de FET-schakelaar 90 gesloten om ieder signaal dat aanwezig is aan de uitgang van de FET-schakelaar 88 als gevolg van :20 lek of van capacitieve koppeling kort te sluiten. Een weerstand 9k is aangesloten over de secundaire wikkeling 86 en levert een weg op voor het uitgangssignaal vanuit de wikkeling 86 wanneer de FET-schakelaar 88 open is.

De transistor 92 combineert versterking met de functie van 25 kwadratische detector. De basisstroom naar de transistor 92 wordt op een zodanige sterkte gehouden dat de transistor 92 zijn werkpunt heeft op de knie van de transfer-karakteristiek van de basis-emitterovergang. De transfer-karakteristiek van een diode heeft i een exponentiële vorm; echter zijn de aan de transistor 92 aange-130 legde signalen zeer klein en over een beperkt gebied levert de j exponentiële transfer-karakteristiek van de basis-emitterovergang j | een dichte benadering op van een kwadratische karakteristiek. j ! |

De basisstroom naar de transistor 92 wordt door een tweede j transistor 9b bestuurd welke laatste is aangesloten aan de transistor 35 92 in een stroom-spiegelconfiguratie. De basis-aansluiting en de j i collector-aansluiting van de transistor 9^ zijn met elkaar verbonden 792 0 0 94 30 en de collectorstroom van de transistor 9¾ wordt bepaald door eenj weerstand 96 tussen de collector en aarde. De emitters van zowel ' de transistor 92 als de transistor 9¾ zijn aangesloten aan een positieve spanningsbron, terwijl de basis-collectoraansluiting 5 van de transistor 9¾ via een weerstand 96 is geaard welke weerstand van de FET-schakelaars 88 en 90 afkomstige voorbijgaandé in- en uit-schakelspanningen kortsluit. Bij voorkeur zijn de : 1 transistors; 92 en 9¾ een bij elkaar gezocht paar. Aangezien steeds of de FET-schakelaar 88 of de FET-schakelaar 90 is inge- j i I 10 schakeld, bestaat er een verbinding voor gelijkstroom tussen de j | bases van de transistoren 9U en 92. De basis-emitterspanningen van de twee transistoren 92 en 9¾ zijn dus in wezen identiek i S en de ruststroom van de transistor 92 is gelijk aan de collector- i I stroom van de transistor 9¾. Tussen de emitter en de collector 15 van de transistor 9¾ is een condensator 96 aangesloten om de aan de transistor 92 aangeboden rustspanning te stabiliseren.

| Tijdens het ontvangen wordt wanneer de ontvangpoort- schakelaar 56 gesloten is, het uitgangssignaal van de secundaire ; i ; wikkeling 86 aangelegd over de weerstand 96 aan de transistor 92.: 20 Zoals hierboven beschreven werkt de basis-emitterovergang van de j transistor 92 als een kwadratische detector. Een uit een weerstand 100 en een condensator 102 die parallel zijn geschakeld, samengestelde belastingsimpedantie is aangesloten tussen de j j collector van de transistor 92 en een negatieve spanningsbron, i 25 Wanneer de ontvang-poortschakelaar 56 is gesloten wordt het signaal afkomstig van de secundaire wikkeling 86 zowel gedetecteerd als versterkt door de transistor 92. Het uitgangssignaal vanuit de collector van de transistor 92 wordt aangelegd aan een j emittervolger-buffertrap die bestaat uit een transistor 10¾ en 30 een emitterweerstand 106. Het uitgangssignaal vanuit de emitter van de transistor 10¾ wordt aangelegd aan de volgende schakeling, i zoals in fig. ¾ is getekend. j | Beschreven is nu een nieuwe akoestische stroommeter | die voordelen oplevert boven de tot nu toe bekende inrichtingen 35 voor het meten van oceaanstromingen en dergelijke. Het zal j duidelijk zijn dat het beschreven systeem bruikbaar is voor het 792 0 0 94 ν' 1 31 ......

meten van vloeistofstroomsnelheden ook als deze geen oceaan- j stromingen zijn, en de toeschrijving van een voorkeursuitvoering voor het meten van oceaanstromingen dient niet te worden opgevat I als een beperking van de uitvinding tot dergelijke metingen. Verder j 5 zal het duidelijk zijn dat de kenmerken en voordelen van de uit- j vinding ook kunnen worden toereikt met wijzigingen en toevoegingen aan de hierboven beschreven schakeling.

[ ; i : [ : i i i : ! i j j

! I

j ! | i 792 00 94

Claims (26)

1. 32 _ .................................................... ................... ............................................................. i ; i I I - CONCLUSIES !
2. 1. Stelsel voor het meten van een component van de snelheid van een vloeistofstroom voor het verschaffen van een' uitgangssignaal dat representatief is voor de snelheidscomponent;, I gekenmerkt door I 5 tenminste twee omzetters die zo zijn opgesteld j dat akoestische energie die door elk van de omzetters wordt uitgezonden, zich verplaatst langs een akoestische weg tussen de omzetters en de andere omzetter treft, waarbij elke omzetter aansluitklemmen heeft voor het daaraan aanbieden van een signaal; 10 dat de omzetter akoestische signalen laat uitzenden en voor het | leveren van een omzetteruitgangssignaal dat representatief is | voor een akoestisch signaal dat door de omzetter is ontvangen; j een zender-oscillator voor het leveren van een; uitgangssignaal met een eerste frequentie; j 15 een orgaan voor het periodiek aanleggen van het' uitgangssignaal van de zender-oscillator aan elk van de omzetters om de omzetters een stoot akoestische energie te laten uitzenden; een referentie-oscillator voor het leveren van een j uitgangssignaal bij een tweede frequentie die van de eerste 20 frequentie verschilt ten bedrage van een verschilfrequentie; een eerste signaalverwerkend kanaal en een tweede signaalverwerkend kanaal die respectievelijk zijn verbonden met i de eerste omzetter en de tweede omzetter en die dienen voor het ' verwerken van uitgangssignalen die door de bijbehorende omzetter! 25 zijn geleverd in responsie op door de omzetter ontvangen akoestische signalen, waarbij elk van de signaalverwerkende kana-! len omvat: een orgaan dat reageert op het uitgangssignaal uit de bijbehorende omzetter en op het uitgangssignaal van de ..............30 .........- - -........................... ........-....................- ............................... 792 0 0 94 ... 33 ..... referentie-oscillator en dat een tussensignaal levert bij de verschilfrequentie met een fase die representatief is voor de fase voor het akoestische signaal dat door de bijbehorende omzetter is ontvangen; 5 en een orgaan voor het vergelijken van de fasen van de tussensignalen uit het eerste en uit het tweede verwer-kingskanaal en voor het leveren van een signaal dat representatief is voor het faseverschil tussen deze fase om zo een voorstelling te verschaffen van de snelheidscomponent van de vloei-10 stofstroom die wordt gemeten. !
3. 2. Stelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk; dat de beide signaalverwerkingskanalen omvatten: j een someerpunt waaraan het uitgangssignaal van-; uit de bijbehorende omzetter wordt aangeboden; j 15 een orgaan voor het aanbieden van het uitgangs-j i signaal van de referentie-oscillator aan het someerpunt om een j samengesteld signaal te leveren aan de aansluitklem dat zowel j i het uitgangssignaal van de referentie-oscillator als het uit- j gangssignaal uit de bijbehorende omzetter bevat; j 20 waarbij het someerpunt zich bevindt in het sig-· naaiverwerkingssignaal voorafgaand aan signaalverwerkingstrappen! i die zouden leiden tot het introduceren van een faseverschuiving j i in het uitgangssignaal van de referentie-oscillator en het uit- j gangssignaal van de omzetter, zodat iedere door volgende sig- j 25 naalverwerkingstrappen ingevoerde faseverschuiving zowel het uitgangssignaal van de omzetter als het uitgangssignaal van de j refentie-oscillator zal beïnvloeden, waardoor ieder faseverschui-vingsverschil daartussen zal worden verminderd. ! i
4. 3. Stelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk; 30 dat elk van de signaalverwerkingssignalen omvat: Een detector waaraan worden aangeboden het bijbehorende omzetteruitgangssignaal en het referentieoscillator uitgangssignaal, en die dient voor het leveren van een uitgangs- ! signaal waarin verschilfrequentiecomponenten voorkomen. ...... 35 792 0 0 94 — 3¾ — 1*. Stelsel volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat elk van de s i gnaalverwerkingss i gnalen een orgaan bevat voor j | het afzonderen van de frequentieverschilsignalen uit het uit- j gangssignaal van de detector en voor het onderdrukken van andere j i | 5 signalen die door de detector worden geleverd. j i I ! 5· Stelsel volgens conclusie 3, gekenmerkt door ; een filter met een doorlaatband waarin de verschilfrequentie ligt, I ; ί aan welk filter het detectoruitgangssignaal wordt aangelegd. j
5. 6. Stelsel volgens conclusie 1 of conclusie 5, j 10 met het kenmerk, dat elk van de signaalverwerkingssignalen een j poortorgaan bevat voor het afzonderen van een gedeelte van het | uitgangssignaal uit de bijbehorende omzetter voor de verwerking,; waarbij het uit het uitgangssignaal genomen deel volgt op het | begin van het uitgangssignaal om zo de effecten van iedere res- j 15 terende trilling die het gevolg is van een eerdere uitzending | van akoestische signalen door de bijbehorendeomzetter te vermin-; I ; deren. I j
6. 7. Stelsel volgens conclusie 1,2, 3 of 5» roet ] j het kenmerk, dat de aan elk van de omzetters gepresenteerde impe-20 dantie gedurende perioden waarin de omzetter akoestische signalen ! uitzendt, althans nagenoeg gelijk is aan de impedantie die aan i ! de omzetter wordt gepresenteerd gedurende perioden waarin de om zetter akoestische signalen ontvangt.
7. 8. Stelsel volgens conclusie 7S met het kenmerk. 25 dat elk van de omzetters een piëzo-elektrische omzetter is.
8. 9. Stelsel volgens conclusie 1, gekenmerkt door I een orgaan voor het in fase vergrendelen van de frequentie van dé I . i ! zender-oscillator en de referentie-oscillator om zo daartussen een ! ! stabiele verschilfrequentie te verkrijgen.
9. 10. Stelsel volgens conclusie 1 of conclusie 5, met het kenmerk, dat de frequentie van de zender-oscillator ongeveer 1,6 MHz bedraagt.
10. 11. Stelsel volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de verschilfrequentie ongeveer 3¾ Hz bedraagt. — 35 792 0 0 94 i j
11. 12. Stelsel volgens conclusie 5, gekenmerkt door: ' # % i een derde en een vierde omzetter die zo zijn j opgesteld dat akoestische signalen die door de derde, respectie-! ' * · · * velijk de vierde omzetter worden uitgezonden, zich voortplanten j | 5 langs een akoestische weg tussen deze omzetters en de andere van: het paar omzetters treffen, en zo geplaatst dat de akoestische | weg tussen de derde en de vierde omzetter loodrecht staat op de ! ^ i akoestische weg tussen de eerste en de tweede omzetter; waarbij het orgaan voor het periodiek aanleggen 10 van het zender-oscillatoruitgangssignaal verder werkzaam is voor het aanleggen van dit signaal aan de derde en aan de vierde om- ; zetter; ! | en door een derde en een vierde signaalverwer- j | kingskanaal die respectievelijk behoren bij de derde en de vierde 15 omzetter en dienen voor het verwerken van uitgangssignalen uit de bijbehorende omzetter, waarbij het derde en het vierde signaal- ! . I verwerkmgssignaal dezelfde elementen bevatten als zijn opgenomen | in het eerste en in het tweede signaalverwerkingssignaal. j
12. 13. Stelsel volgens conclusie 1 of conclusie 12j 2. gekenmerkt door een akoestische spiegel, waarbij de omzetters en; de akoestische spiegel zo zijn geplaatst dat akoestische signaler! # i die door elk van de omzetters worden uitgezonden, door de akoes-| tische spiegel worden teruggekaatst in V-vormige weg om zo de ontvangende omzetter te treffen. ; 25 1^, Stelsen volgens conclusie 13, met het ken- I merk, dat de akoestische spiegel althans in hoofdzaak vierkant | van vorm is en zo is geplaatst dat een diagonaal van het vier- ! kant evenwijdig is aan het vlak van de V-vormige akoestische weg | tussen de eerste en de tweede omzetter. | 30 15. Akoestische stromingsmeter voor het meten van ; een component van een snelheid van een vloeistofstroom, gekenmerkt door: twee omzetters die zo zijn geplaatst dat akoestische energie die door elk van de omzetters. is uitgezonden, zich voort- 7 92 0 0 94 -........36 -..... f plant langs een akoestische weg tussen de omzetters en de andere | i omzetter treft, waarbij elke omzetter aansluitklemmen heeft voor het daaraan aanleggen van een signaal om de omzetter akoestische signalen te laten uitzenden en voor het verschaffen van een om- 5 zetteruitgangssignaal dat representatief is voor een akoestisch signaal dat door de omzetter is ontvangen; | een orgaan voor het periodiek aanleggen van een | wisselspanningssignaal van een eerste frequentie aan de beide j omzetters tegelijk ten einde de omzetters periodiek stoten 1. akoestische energie van de voorafbepaalde frequentie te laten uit;- i | zenden; en j I # i I een orgaan dat kan reageren op uitgangssignalen; I die door elk van de omzetters in responsie akoestische energie | ! die door de andere omzetter is uitgezonden, worden geleverd, en j 15 dat dient voor het vergelijken van een fase van de omzetter-uit-j j gangssignalen en voor het leveren van een uitgangssignaal dat j I representatief is voor het faseverschil tussen deze uitgangssig-! | ' | | nalen, welk vergelijkingsorgaan omvat: een orgaan voor het laten zweven van elk omzettér- 20 uitgangssignaal tegen een signaal van een tweede frequentie om zo twee verschilfrequentiesignalen te verkrijgen; en S een orgaan voor het vergelijken van de fasen van de verschilfrequentiesignalen.
13. 16. Stelsel volgens conclusie 15, met het kenmerk, ! 25 de aan elke omzetter gepresenteerde impedantie gedurende perioden wanneer de omzetter akoestische signalen uitzendt, althans nage- noeg gelijk is aan de impedantie die wordt gepresenteerde aan de omzetter gedurende perioden wanneer deze akoestische signalen I ontvangt. j
14. 17. Akoestische stroommeter volgens conclusie 15 i of 16, inet het kenmerk, dat het orgaan voor de vergelijking ! poortorganen bevat voor het selecteren van slechts een deel van j de omzetteruitgangssignalen uit elke stoot voor vergelijking, waarbij het uit het omzetteruitgangssignaal genomen deel volgt j 35 op het begin van elke stoot door de omzetter ontvangen akoestische 792 0 0 94 I ! I energie om zo de effecten te verminderen van iedere resterende I j · · ! trilling die resulteert uit een eerdere uitzending van akoestische signalen door de bijbehorende omzetter.
15. 18. Akoestische stroommeter volgens conclusie 5 17, met het kenmerk, dat elk van de omzettere een pïëzó-elek- trische omzetter is.
16. 19· Akoestische stroommeter volgens conclusie 18, I ! j met het kenmerk, dat de eerste frequentie ongeveer 1,6 MHz be- i draagt.
17. 20. Akoestische stroommeter voor het meten van de snelheid van een vloeistofstroom van de soort met een eerste omzetter, een tweede omzetter, een akoestische spiegel, waarbij de eerste en de tweede omzetter en de akoestische spiegel zo zijri geplaatst dat akoestische signalen die door êén van de omzetters 15 zijn uitgezonden, door een bovenoppervlak van de akoestische spiegel zo worden teruggekaatst dat zij op de andere omzetter terecht komen volgens een V-vormige akoestische weg, met het kenmerk, : dat de akoestische spiegel zo is geconstrueerd dat randen van het bovenoppervlak die zo zijn gericht ten opzichte van de weg ! ί ! 20 van de door de omzetters uitgezonden akoestische signalen dat zij j | een deel van de daarop vallende akoestische signalen reflecteren1 ! terug naar de omzetter waarvandaan de signalen werden uitgezonden, i ; I zijn weggelaten. ;
18. 21. Akoestische stroommeter volgens conclusie 20, ! 25 met het kenmerk, dat het bovenoppervlak van de akoestische spiegel i ^ . i I tenminste twee hoeken heeft die in verschillende richtingen wij zén, | waarbij elke hoek wordt gevormd door het elkaar snijden van twee; kanten en waarbij de spiegel zo is geplaatst dat elk van de twee' hoeken wijst in althans in benadering de richting van een van de; 30 twee omzetters om zo reflecties aan de zijden die aan de omzetters i terecht komen, te verminderen. j
19. 22. Akoestische stroommeter volgens conclusie 20, j met het kenmerk, dat de akoestische spiegel althans nagenoeg vierkant van vorm is. 792 00 94 I 35 -....... 38— ..... " j
20. 23. Akoestische stroommeter volgens conclusie i 22, met het kenmerk, dat de spiegel zo is geplaatst dat een dia- | gonaal van het vierkant evenwijdig is gericht aan het vlak waarirj. de akoestische weg tussen de twee omzetters ligt. i ! 5 2k. Akoestische stroommeter volgens conclusie 20, 21, 22 of 23, met het kenmerk, dat de akoestische spiegel is I gevormd uit een vlakke dunne plaat wolfram. j
21. 25. Akoetische stroommeter volgens conclusie 20; | met het kenmerk, dat een derde en een vierde omzetter aanwezig 10 zijn die zo zijn geplaatst dat de signalen die door de derde of de vierde omzetter worden uitgezonden, door de akoestische spiegel zo worden teruggekaatst dat zij de andere omzetter treffen volgens een V-vormige akoestische weg, waarbij de derde en de | vierde omzetter zo zijn geplaatst dat het vlak van de akoestische i i | i5 weg tussen deze omzetters loodrecht staat op het vlak van de ! ' ' \ akoestische weg tussen de eerste en de tweede omzetter; j en waarbij het bovenoppervlak van de akoestische spiegel althans nagenoeg vierkant van vorm is en zo is geplaatst\ dat de diagonalen van het vierkant evenwijdig zijn met de vlakken i , 2. van de akoestische weg tussen de eerste en de tweede omzetter, ; | respectievelijk tussen de derde en de vierde omzetter.
22. 26. Akoestische stroommeter volgens conclusie 25, met hét kenmerk, dat de spiegel is gevormd uit een dunne j vlakke plaat van wolfram. j
23. 27. Akoestische stroommeter volgens conclusie 26, met het kenmerk, dat de plaat is gevormd uit ontlaten wolf- j ram, ongeveer 0,25 mm dik. j
24. 28. Akoestische stroommeter volgens conclusie 20* met het kenmerk, dat het bovenoppervlak van de akoestische spiegel 30 veelhoekig van vorm is en zo is geplaatst dat een lijn die loopt van een hoekpunt van de veelhoek naar een ander hoekpunt van de veelhoek althans nagenoeg evenwijdig is aan het vlak van de akoestische weg. j
25. 29. Akoestische stroommeter volgens conclusie 2Q, 35 met het kenmerk, dat het bovenoppervlak van de akoestische spiegel 79200 94 — 39 __ * ' ............ j i de vorm heeft van een regelmatige veelhoek met een even aantal j j zijden en zo is geplaatst dat een lijn van een hoekpunt van de J veelhoek naar een ander hoekpunt van de veelhoek en die de veel-j hoek in twee delen opdeelt, althans nagenoeg evenwijdig is aan 5 het vlak van de akoestische weg.
26. 30. Akoestische stroommeter voor het meten van | een component van de snelheid van een vloeistofstroom van de soort met tenminste omzetters die zo zijn geplaatst dat akoestische signalen die door elk van de omzetters zijn uitgezonden, de andere 10 omzetter treffen, een orgaan voor het periodiek aanleggen van een signaal aan elk van de omzetters om de omzetter akoestische sig-nalen te laten uitzenden, en een orgaan dat is aangesloten aan de omzetters en reageert op de uitgangssignalen die worden voortge- | | bracht in responsie op door de omzetters ontvangen akoestische 1. signalen, en dient voor het detecteren van de relectieve fase | van de omzetteruitgangssignalen en voor het leveren van een signaal dat een component van de vloeistofsnelheid voorstelt, met het kenmerk, dat het orgaan voor het aanleggen van een signaal aan de omzetters een orgaan bevat voor het presenteren van èen 20 eerste empedantie aan elk van de omzetters gedurende perioden waarin de omzetter akoestische signalen uitzendt, en dat het j detectieorgaan een orgaan omvat voor het presenteren van een j tweede impedantie aan elke omzetter gedurende perioden waarin de j omzetter akoestische signalen ontvangt, en dat tenslotte de eerste 25 en de tweede impedantie aanelkaar gelijk zijn. j j | 792 0 0 94