NL8402588A

NL8402588A - Inrichting voor het bepalen van de stroomsnelheid in een stromend medium, onder gebruikmaking van het akoestische doppler-effect.

Info

Publication number: NL8402588A
Application number: NL8402588A
Authority: NL
Original assignee: Stichting Speurwerk Baggertech
Priority date: 1984-08-24
Filing date: 1984-08-24
Publication date: 1986-03-17
Also published as: WO1986001605A1; JPS62500260A; US4713971A; ATE44623T1; DE3571505D1; EP0175403B1; EP0175403A1

Description

P & C & f i

W 4665-8 Ned.GB/EvP

• c

Korte aanduiding: Inrichting voor het bepalen van de stroomsnelheid in een stromend medium, onder gebruikmaking van het akoestische Doppler-effect.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het bepalen van de (gemiddelde) stroomsnelheid in een stromend medium, van het type bestaande uit een zender voor geluidsgolven en een daarmede gekoppelde ontvanger voor de door het medium gereflecteerde geluidsgolven, welke 5 laatsten na versterking en demodulatie een laag-frequent Doppler-signaal leveren, dat vervolgens door een uit een aantal (n) bandfilters bestaande spectrumanalysator wordt geanalyseerd, terwijl met behulp van piek-detectoren de energiewaarden van de door de bandfilters verkregen frequentiecomponenten worden bepaald en waarbij vervolgens met behulp 10 van een rekeneenheid die frequentie wordt bepaald, waarbij het als maat voor de (gemiddelde) stroomsnelheid geldende maximum in het laag-frequente Doppler-signaal optreedt.

Een inrichting van dit type is bekend uit het Duitse octrooi-schrift 1.791.191, waarin de toepassing voor het meten van de stroom-15 snelheden in bloedvaten wordt beschreven. De met deze bekende inrichting verkregen stroomsnelheidswaarden blijken sterk af te wijken van de waarden die met behulp van een ander bekend type meter, nl. de algemeen als nauwkeurig beschouwde electromagnetische deüetmeter, worden verkregen.

De volgens het Doppler-principe werkende meetinrichting heeft 20 nochtans het praktische voordeel ten opzichte van andere debietmeters, dat hij ook goed toepasbaar is in omstandigheden, waarin andere typen inrichtingen niet of minder goed bruikbaar zijn. De meter is namelijk eenvoudig te plaatsen, niet aan slijtage onderhevig en relatief goedkoop.

De uitvinding beoogt daarom de inrichting van de in de aanhef 25 omschreven soort te verbetèren en in het bijzonder de meetnauwkeurigheid ervan te vergroten.

Aan de uitvinding ten grondslag liggende proefnemingen met stromende media van uiteenlopende samenstelling, dichtheid en debiet hebben geleid tot het inzicht, dat de door achtergrondruis veroorzaakte 30 "verstoring” van het Doppler-spectrum een min of meer vaste verdeling over de individuele frequentiebanden vertoont. Gevonden werd, dat de opeenvolgende gemeten frequentiecomponenten bij benadering tot het werkelijke Doppler-spectrum kunnen worden teruggebracht met een eenvoudige correctiekromme, welke in hoofdzaak wordt bepaald door de intensiteiten, 35 die met de bandfilters aan de onder- resp. bovengrens van het spectrum worden gemeten.

8402588 V* ^

» * I

- 2 -

Hiervan uitgaande vertoont de inrichting volgens de uitvinding het kenmerk, dat de rekeneenheid componenten bevat, die zodanig zijn gedimensioneerd, dat zij de energiewaarden van de individuele frequentiecomponenten uit het frequentiespectrum doen verminderen volgens een 5 monotoon dalende correctiekromme.

Volgens een verder kenmerk van de uitvinding werkt de rekeneenheid volgens een correctiekromme, die een tussen 65% en 85% van de met het laagste bandfilter gemeten energiewaarde gelegen punt verbindt met een tussen 35% en 45% van de met het hoogste bandfilter gemeten energie-10 . waarde gelegen punt.

De uitvinding zal hieronder aan de hand van de in de figuren der bijgaande tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeelden nader worden toegelicht.

Pig. 1 geeft een blokschema van de inrichting volgens de 15 uitvinding weer; fig. 2 is een grafische voorstelling van een Doppler-energiespectrum van een stromend medium; en fig. 3'toont het rekeneenheidgedeelte van het spectrumanalysator-blok van fig. 1.

20 De in fig. 1 schematisch weergegeven inrichting voor het bepalen van de stroomsnelheid in een door een pijpleiding stromend medium 1 bevat een op de pijpwand 2 geplaatste zender 3, die een bundel geluidsgolven 4 uitzendt. Met 5 is de door het stromende medium gereflecteerde bundel geluidsgolven aangeduid, welke wordt opgevangen door een eveneens 25 op de pijpwand 2 geplaatste ontvanger 6. Door het zogenaamde Doppler-effect treedt er een frequentievèrschuiving tussen de uitgezonden en ontvangen bundel' geluidsgolven op. Deze frequentieverschuiving komt tot uiting in het spectrum van het uitgangssignaal van de ontvanger 6. Uit dit signaal wordt na versterking in blok 7 en demodulatie in blok 8 30 het laag-frequente Doppler-signaal 9 verkregen. Een voorbeeld van het spectrum van een laag-frequent Dopplerlsignaal wordt in fig. 2 aangegeven door de onderbroken lijn 15.

Fig. 2 toont bovendien nog twee verdere krommen 16 en 17. De kromme 16 geeft de ruisbijdrage aan het door kromme 15 voorgestelde totale 35 spectrum weer, terwijl de kromme 17 het gecorrigeerde ènergiespectrum voorstelt.

Het Doppler-signaal 9 wordt toegevoerd aan een in blok 10 aanwezige spectrumanalysator welke ëeh reeks' van n bandfilters bevat, die 8402588 - 3 -

V

: *Γ.

tezamen het totale spectrum bestrijken en waarvan de bandbreedtes bij voorkeur gelijk zijn. De n bandfilters zijn met hun uitgang elk verbonden met een piekdetector, die de enèrgie-intensiteit van de bijbehorende frequentieband bepaalt (zie de meetpunten in fig. 2}. De 5 uitgangssignalen van de n piekdetectoren worden toegevoerd aan een rekeneenheid, die deel uitmaakt van blok 10. Tot zover beantwoordt de meet-inrichting aan de stand van de techniek.

In afwijking van de stand van de techniek, waarbij uit de n piekdetectorsignalen onmiddellijk de gemiddelde frequentie, als maat voor 10 de stroomsnelheid, wordt bepaald volgens de formule 7 'f I (f } _ _ Z. m m m gem. yl (f ï waarin I de met bandfilter m gemeten intensiteit is en f de filter-m m 15 frequentie is, is de in de inrichting volgens de uitvinding toegèpaste rekeneenheid zodanig ingericht, dat uit de afzonderlijke piekdetectorsignalen eerst n gemodificeerde of gecorrigeerde intensiteitswaarden worden afgeleid. Deze gemodificeerde of gecorrigeerde waarden worden weergegeven door de met de stippellijn 17 in fig. 2 aangeduide kromme, 20 welke verkregen wordt door de intensiteitswaarden van de kromme 15 te verminderen met de bijbehorende intensiteitswaarden van kromme 16. Een voorbeeld van de rekeneenheid van de inrichting volgens de uitvinding wordt getoond in fig. 3.

In fig. 3 worden de n uitgangssignalen van de n piekdetectoren 25 toegevoerd aan een multiplexer 18. Deze multiplexer 18 verbindt achtereenvolgens de n ingangen met zijn uitgang. De n intensiteitssignalen 1^ - In, die achtereenvolgens op de uitgang van de multiplexer 18 verschijnen, worden door een analoog-digitaalomzetter 19 omgezet in een numerieke waarde. De aldus verkregen n numerieke intensiteitswaarden 30 worden opgeslagen in n werkregisters 20-1 tot 20-n. De monotoon dalende kromme 16 in fig. 2 kan, zoals gebleken is uit een groot aantal metingen, eenvoudig worden benaderd door een rechte lijn, die bepaald wordt door de intensiteitswaarde aan de grenzen van het energiespectrum 15, d.w.z. de intensiteiten bepaald met de eerste en n-de piek-detèctor, waarbij de 35 ruisbijdrage van de laagste frequentie (f^} - tussen 65% en 85% van de totale energie-intensiteit is gelegen en die van de hoogste frequentie (f ) tussen 35% en 45% ligt. De intensiteitswaarden I. en I uit de werkregisters- 20-1 en 20-n worden respectievelijk in de vermenigvuldigings- «40 ?588 S- -, * b- - 4 - inrichtingen 21 en 22 vermenigvuldigd met respectievelijk een factor a^ (0,65-0,85) en an (0,35-0,45). De uitgangen van de vermenigvuldigings-inrichtingen 21 en 22 zijn verbonden met een inrichting 23, die de volgende bewerking uitvoert: 5 /Vl - Vn\

Uit de uitgangssignalen van de vermenigvuldigingsinrichtingen 10 21 en 22 en de inrichting 23 kunnen de intensiteitswaarden van de ruisbij dragekromme 16 in fig. 2 bij benadering worden bepaald volgens de vergelijking: I' - a.I. - a (f - f ) m 11 3 m 1 15 waarin 1^ de ruisintensiteit bij frequentie fffl is en m loopt van 1 tot n.

De ruisbijdrageïntensiteiten (correctiekromme) Ij tot 1^ worden opgeslagen in een correctietabel 24. De n waarden uit de correctietabel 24 worden toegevoerd aan de inverterende ingang van een optelinrichting 20 25. Aan de niet-inverterende ingang van de optelinrichting 25 worden de intensiteitswaarden tot I uit de n werkregisters 20-1 tot 20-n toegevoerd. De ruisbijdrageïntensiteiten Ij tot rj worden door de inrichting , '25 van de bijbehorende totale intensiteiten tot I afgetrokken, zodat een tabel 26 van gecorrigeerde intensiteiten I";tot ijj verkregen wordt.

25 Deze gecorrigeerde intensiteiten I" tot I" vormen de kromme 17 in fig.2.

in

Uit deze tabel wordt vervolgens op bekende, b.v. in het bovengenoemde Duitse octrooischrift beschreven wijze, met behulp van inrichting 27, welke optellers, vermenigvuldigers en delers bevat, de gemiddelde frequentie f" bepaald volgens de vergelijking: gem 30 y f i" (f ) £n ^ m m m gem " .............

Σ K (fJ

..m m

Deze geiddelde frequentie f" wordt tenslotte in blok 11(fig.1), mét een door de zendfrequentie en de sensorgeometrie bepaalde conversiefactor, 35 omgewerkt naar een aanwijzing van de stroomsnelheid.

De hierboven aan de hand van het schema van fig.3 beschreven functies en bewerkingen zijn gemakkelijk te realiseren in een eenvoudige, specifiek voor de stroomsnelheidsmeter in te richten "processor".

8402588

Claims

1. Inrichting voor het bepalen van de (gemiddelde) stroomsnelheid in een stromend medium, van het type bestaande uit een zender voor geluidsgolven en een daarmede gekoppelde ontvanger voor de door het medium gereflecteerde geluidsgolven, welke laatsten naar versterking en 5 demodulatie een laag-freqiient Doppler-signaal leveren, dat vervolgens door een uit een aantal (n) bandfilters bestaande spectrumanalysator wordt geanalyseerd, terwijl met behulp van piekdetectoren de energie-waarden van de door de bandfilters verkregen frequentiecomponenten worden bepaald en waarbij vervolgens met behulp van een rekeneenheid die 10 frequentie wordt bepaald, waarbij het als maat voor de (gemiddelde) stroomsnelheid geldende maximum in het laag-frequente Doppler-signaal optreedt, met het kenmerk, dat de rekeneenheid componenten bevat, die zodanig zijn gedimensioneerd, dat zij de ènèrgiewaarden van de individuele frequentiecomponenten uit het frequentiespectrum doen verminderen volgens 15 een monotoon dalende correctiekromme.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de rekeneenheid werkt volgens een correctiekromme, die èen tussen 65% en 85% van de met het laagste bandfilter gemeten energiewaarde gelegen punt verbindt met een tussen 35% en 45% van de met het hoogste bandfilter 20 gemeten energiewaarde gelegen punt.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de correctiekromme een rechte lijn is. 25 8*02588