NO332425B1

NO332425B1 - Method and system for measuring relative speed of water.

Info

Publication number: NO332425B1
Application number: NO20061296A
Authority: NO
Inventors: Helge Namtvedt Minken
Original assignee: Aanderaa Data Instr As
Priority date: 2006-03-21
Filing date: 2006-03-21
Publication date: 2012-09-17
Also published as: NO20061296L

Abstract

Det beskrives en fremgangsmåte for å generere et akustisk signal for å måle relativ hastighet for et medium, kjennetegnet ved å omfatte én eller flere av de følgende trinn: å generere minst to unike sinusformede signaler, å mikse de minst to sinusformede signalene sammen til ett enkelt akustisk signal, å sende ut de akustiske signalet i mediet, å motta det reflekterte akustiske signalet fra mediet, å separere frekvenskomponentene fra hverandre i det mottatte signalet, å sammenligne henholdsvis hver mottatte komponent med den tilhørende utsendte komponenten for å bestemme den relative hastigheten for mediet. Et system for å utføre fremgangsmåten er også beskrevet.A method of generating an acoustic signal for measuring relative velocity of a medium is described, comprising one or more of the following steps: generating at least two unique sinusoidal signals, mixing the at least two sinusoidal signals together into a single acoustic signal, transmitting the acoustic signal in the medium, receiving the reflected acoustic signal from the medium, separating the frequency components from each other in the received signal, comparing each received component with the corresponding transmitted component, respectively, to determine the relative velocity of the medium . A system for carrying out the method is also described.

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for å produsere og prosessere et akustisk signal for å måle relativ bølgehastighet av et medium, og også et system for å utføre fremgangsmåten. The present invention relates to a method for producing and processing an acoustic signal to measure relative wave velocity of a medium, and also a system for carrying out the method.

Endringer i ultralydsbølgeutbredelseshastighet, sammen med energitap, fra samhandling med mikrostrukturer i et materiale, blir ofte anvendt for å ikke-destruktivt oppnå informasjon om karakteristikkene for et materiale. Changes in ultrasonic wave propagation speed, together with energy loss, from interaction with microstructures in a material, are often used to non-destructively obtain information about the characteristics of a material.

Grove ultrasoniske hastighetsmålinger er så enkelt som å måle tiden det tar for en ultralydpuls å forflytte seg fra en transduser til en annen (pitch-catch) eller retur til den samme transduseren (puls-ekko). En annen fremgangsmåte er å sammenligne fasen eller frekvensen for den detekterte lydbølgen med et referansesignal: små endringer i frekvens blir sett som små faseendringer, hvorfra den relative hastigheten for et reflekterende objekt kan bli beregnet. Coarse ultrasonic velocity measurements are as simple as measuring the time it takes for an ultrasonic pulse to move from one transducer to another (pitch-catch) or return to the same transducer (pulse-echo). Another method is to compare the phase or frequency of the detected sound wave with a reference signal: small changes in frequency are seen as small changes in phase, from which the relative speed of a reflecting object can be calculated.

Det finnes flere fremgangsmåter for å måle frekvens i dag. Den vanligste måten å utføre frekvensmålinger har lenge vært å anvende FFT (Fast Fourier Transform). På denne måten kan målte bølgesignaler bli konvertert fra tids- eller romdomenet til frekvensområdet for analyse. Denne teknikken tilveiebringer en frekvensoppløsning som er definert av inversen av samplingstiden. Denne fremgangsmåten fungerer kun bra for lave frekvensoppløsninger. There are several methods for measuring frequency today. The most common way to perform frequency measurements has long been to use FFT (Fast Fourier Transform). In this way, measured wave signals can be converted from the time or space domain to the frequency domain for analysis. This technique provides a frequency resolution defined by the inverse of the sampling time. This method only works well for low frequency resolutions.

Oppløsningen for vannstrømhastighetsmålinger som blir tilveiebrakt av fremgangsmåten ovenfor er imidlertid langt fra tilstrekkelig. Den vanlige samplingsperioden som blir tillatt er typisk 1 ms, som gir en oppløsning på 1000Hz. Ved å anvende en bærefrekvens på 2 MHz tilsvarer denne oppløsningen omtrent 37,5 cm/s hastighetsoppløsning. Kravet er nede i området 1 mm/s. However, the resolution for water flow velocity measurements provided by the above method is far from sufficient. The usual sampling period that is allowed is typically 1 ms, which gives a resolution of 1000Hz. Using a carrier frequency of 2 MHz, this resolution corresponds to approximately 37.5 cm/s velocity resolution. The requirement is down to the range of 1 mm/s.

Lyd blir ikke reflektert fra selve vannet, men heller fra partikler som er tilstede i vannet. Doppler-effekten kan studeres for å måle strømhastighet ved å sende en kort lydpuls, lytte til dens ekko og måle endringen i tonehøyde eller frekvensen på ekkoet. Erfaring viser at å måle små Doppler-skift med små akustiske pulser er en utfordring. Sound is not reflected from the water itself, but rather from particles present in the water. The Doppler effect can be studied to measure current velocity by sending a short pulse of sound, listening to its echo, and measuring the change in pitch or frequency of the echo. Experience shows that measuring small Doppler shifts with small acoustic pulses is a challenge.

For systemer som krever en høyere frekvensoppløsning blir fremgangsmåter for statistisk frekvensestimering anvendt i dagens systemer for å overkomme denne begrensningen. En typisk fremgangsmåte som blir anvendt er autoregresjon (AR). Denne fremgangsmåten utøver en parametrisk modell som beskriver det fysiske fenomenet og anvender den samplede tidsserien for å etablere koeffisientene for denne modellen. Dette tilveiebringer en mye bedre frekvensoppløsning. For systems that require a higher frequency resolution, methods for statistical frequency estimation are used in today's systems to overcome this limitation. A typical method that is used is autoregression (AR). This method exercises a parametric model that describes the physical phenomenon and uses the sampled time series to establish the coefficients for this model. This provides a much better frequency resolution.

Én ulempe med å anvende fremgangsmåter for statistisk frekvensestimering er den statistiske usikkerheten. Denne usikkerheten er resultatet av faseubestemtheten i den siste perioden i den samplede tidsserien. Den statistiske feilen er proporsjonal med den relative lengden for den siste perioden til alle tidsseriene. Dess lengre tidsserien er (opprettholde frekvenskonstanten) dess mindre brøkdel er representert av den siste perioden som gir mindre statistisk feil. One disadvantage of using methods for statistical frequency estimation is the statistical uncertainty. This uncertainty is the result of the phase uncertainty in the last period of the sampled time series. The statistical error is proportional to the relative length of the last period of all the time series. The longer the time series is (maintaining the frequency constant) the smaller fraction is represented by the last period, which gives less statistical error.

På den måten kan den statistiske feilen bli redusert ved enten å øke pulsen og/eller samplingstiden. Å øke begge med det dobbelte av originalen vil gi en reduksjon i statistisk feil med en halv. Å øke pulslengden kan imidlertid resultere i høyere strømforbruk og mindre romoppløsning. In that way, the statistical error can be reduced by either increasing the pulse and/or the sampling time. Increasing both by twice the original will produce a reduction in statistical error by half. However, increasing the pulse length can result in higher power consumption and less spatial resolution.

En annen løsning er å øke frekvensen, men høyere frekvenser er følsom for mer dempning i rom, som forårsaker en reduksjon i spesialområde. Another solution is to increase the frequency, but higher frequencies are sensitive to more attenuation in space, which causes a reduction in special area.

Den vanlige løsningen er derfor å utføre flere målinger og deretter finne middelverdien av dem til et sluttresultat. Formelen her er at dersom antallet målinger som det blir tatt gjennomsnitt av blir fordoblet, så blir den statistiske feilen redusert til en halvdel. The usual solution is therefore to carry out several measurements and then find the mean value of them for a final result. The formula here is that if the number of measurements that are averaged is doubled, the statistical error is reduced to half.

Denne nøyaktighetsøkningen (forårsaket av mindre statistisk feil) er ikke gratis. I tillegg til at målingene er mer tidskrevende (og begrenser derved hvor ofte en strømhastighet kan fremskaffes), så brukes også mer strøm. I et Doppler-basert sjømåleinstrument er hovedkilden for strømforbruk genereringen av akustiske pulser. Dess flere pulser som behøves dess mer strøm blir forbrukt. Vanligvis er strømkilden et internt batteri. Instrumentene er plassert i sjøen og registrerer sjøstrømhastighet så lenge det er batterikapasitet. Registrering av data stopper når batteriet er tomt. Derfor kan en økning i antallet samplinger som det tas gjennomsnitt av resultere i en kortere utsettelsestid. This increase in accuracy (caused by minor statistical error) is not free. In addition to the fact that the measurements are more time-consuming (and thereby limit how often a current rate can be obtained), more power is also used. In a Doppler-based marine measuring instrument, the main source of power consumption is the generation of acoustic pulses. The more pulses that are needed, the more power is consumed. Typically, the power source is an internal battery. The instruments are placed in the sea and record sea current speed as long as there is battery capacity. Recording of data stops when the battery is empty. Therefore, an increase in the number of samples that are averaged can result in a shorter delay time.

US 3861211 A beskriver en strømningshastighetsmåler for å måle strømhastighet i vann ved hjelp av et akustisk signal. Anordningen anvender en sentralt plassert transduser med fire mottakere i samme avstand fra transduseren. En bærefrekvens med to ulike modulatorfrekvenser er rettet mot transduseren og mottakerne mottar de sendte pulsene gjennom vannstrømmen. Vannhastigheten blir bestemt ved å måle faseforskyvningen for de ulike signalene som går gjennom vannet og som blir mottatt av mottakerne. De ulike signalene gjør det mulig å bestemme vannets hastighet. US 3861211 A describes a flow velocity meter for measuring current velocity in water by means of an acoustic signal. The device uses a centrally located transducer with four receivers at the same distance from the transducer. A carrier frequency with two different modulator frequencies is aimed at the transducer and the receivers receive the transmitted pulses through the water flow. The water speed is determined by measuring the phase shift of the various signals that pass through the water and are received by the receivers. The various signals make it possible to determine the speed of the water.

Det er derfor et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for å måle hastighet av et medium, relativ til en måleenhet og tilveiebringe høy frekvensoppløsning. It is therefore an object of the present invention to provide a method for measuring the speed of a medium, relative to a measuring unit and to provide a high frequency resolution.

Det er et annet formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte for å måle frekvens uten å øke systemets strømforbruk. It is another object of the present invention to provide an improved method for measuring frequency without increasing the system's power consumption.

Det er et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for å måle hastighet av et medium uten å øke antall samplinger som behøves for å oppnå den ønskede nøyaktighet for målingene. It is a further object of the present invention to provide a method for measuring the velocity of a medium without increasing the number of samples needed to achieve the desired accuracy for the measurements.

Formålene med oppfinnelsen og andre formål blir oppnådd ved fremgangsmåten ifølge krav 1, kjennetegnet ved å beregne gjennomsnittet av de minst to respektive frekvensforskyvningene for å finne vannets relative fart. The purposes of the invention and other purposes are achieved by the method according to claim 1, characterized by calculating the average of the at least two respective frequency shifts to find the relative speed of the water.

Foretrukne utførelser av fremgangsmåten ifølge krav 1 er beskrevet i de avhengige kravene 2-5. Preferred embodiments of the method according to claim 1 are described in the dependent claims 2-5.

Oppfinnelsen beskriver også et system for å utføre fremgangsmåten, som beskrevet i krav 6, kjennetegnet ved at systemet omfatter midler som er innrettet for beregne gjennomsnittet av de minst to respektive frekvensforskyvningene for å finne vannets relative fart. The invention also describes a system for carrying out the method, as described in claim 6, characterized in that the system comprises means which are designed to calculate the average of the at least two respective frequency shifts to find the relative speed of the water.

Foretrukne utførelser av systemet i følge krav 9 er beskrevet i de avhengige krav 7-11. Preferred embodiments of the system according to claim 9 are described in the dependent claims 7-11.

Én fordel med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er at fremgangsmåten reduserer antall akustiske pulser som behøves med en faktor på to eller mer sammenlignet med kjent teknikk uten å redusere datakvalitet. One advantage of the method according to the invention is that the method reduces the number of acoustic pulses that are needed by a factor of two or more compared to prior art without reducing data quality.

En annen fordel med den foreliggende oppfinnelsen er å oppnå en betydelig utvidelse av utsettelsestid, idet størst batteristrømforbruk blir forårsaket av å forsyne de utsendte akustiske pulsene. Another advantage of the present invention is to achieve a significant extension of delay time, the greatest battery current consumption being caused by supplying the emitted acoustic pulses.

En annen fordel med den foreliggende oppfinnelsen er å oppnå raskere målinger. Another advantage of the present invention is to obtain faster measurements.

Oppfinnelsen skal nå bli beskrevet med henvisning til de medfølgende figurene, hvori The invention will now be described with reference to the accompanying figures, in which

Figur 1 viser en samplet tidsserie over en sinuspuls i tidsdomenet. Figure 1 shows a sampled time series of a sine pulse in the time domain.

Figur 2 viser en statistisk normalfordeling over standardavviket for et antall målte samplinger ifølge kjent teknikk. Figur 3 viser det akustiske signalet ifølge den foreliggende oppfinnelsen i frekvensdomenet. Figur 4 viser en akustisk puls ifølge den foreliggende oppfinnelsen i tidsdomenet. Figur 5 viser et skjematisk diagram over senderen ifølge én utførelse av den foreliggende oppfinnelsen. Figur 6 viser et blokkdiagram over mottakeren ifølge én utførelse av den foreliggende oppfinnelsen. Figur 1 viser en samplet tidsserie av en sinuspuls i tidsdomenet. Figuren viser den statistiske usikkerheten i målingene ifølge kjent teknikk, dvs. statistiske frekvenstilnærmingsmetoder. Usikkerheten ifølge figur 1 ligger i fasetvetydigheten i den siste sinusformede perioden i den samplede tidsserien, og vil påvirke den statistiske måleestimeringen. Den statistiske feilen kan bli redusert ved utvide lengden på tidsserien. Imidlertid vil ikke denne løsningen overkomme formålene med oppfinnelsen, idet korte pulser er krevd for å samle den ønskede informasjonen. Figur 2 viser en statistisk normalfordeling over standardavviket (statistisk feil) i figur 1. Bredden for normalfordeling (kalt enkel-ping standardavvik) kan innsnevres ved å øke lengden for den akustiske pulsen, øke lengden på målevolumet, øke bærefrekvensen Fc eller øke antallet målinger og ta gjennomsnittet av resultatet. Figur 3 viser en løsning på problemene for den kjente teknikken ifølge den foreliggende oppfinnelsen, og er basert på en teknikk hvor flere unike frekvenser blir kombinert til én enkel puls som skissert i figuren. Figur 3 viser den statistiske feilen som er tilknyttet med to separate bærefrekvenser FcLav og FcHøy, tilsvarende figur 2. Ifølge figur 3 blir to unike frekvenser anvendt, og den etterfølgende beskrivelsen vil være basert på denne utførelsen. Imidlertid skal det bemerkes at å anvende to frekvenser kun er én utførelse av fremgangsmåten for å illustrere teknikken, og at et antall unike frekvenser kan være anvendt ifølge oppfinnelsen for å ytterligere forbedre målingene. Figure 2 shows a statistical normal distribution over the standard deviation for a number of measured samples according to known techniques. Figure 3 shows the acoustic signal according to the present invention in the frequency domain. Figure 4 shows an acoustic pulse according to the present invention in the time domain. Figure 5 shows a schematic diagram of the transmitter according to one embodiment of the present invention. Figure 6 shows a block diagram of the receiver according to one embodiment of the present invention. Figure 1 shows a sampled time series of a sine pulse in the time domain. The figure shows the statistical uncertainty in the measurements according to known techniques, i.e. statistical frequency approximation methods. The uncertainty according to Figure 1 lies in the phase ambiguity in the last sinusoidal period in the sampled time series, and will affect the statistical measurement estimation. The statistical error can be reduced by extending the length of the time series. However, this solution will not overcome the purposes of the invention, since short pulses are required to collect the desired information. Figure 2 shows a statistical normal distribution over the standard deviation (statistical error) in Figure 1. The width of the normal distribution (called single-ping standard deviation) can be narrowed by increasing the length of the acoustic pulse, increasing the length of the measurement volume, increasing the carrier frequency Fc or increasing the number of measurements and take the average of the result. Figure 3 shows a solution to the problems of the known technique according to the present invention, and is based on a technique where several unique frequencies are combined into one simple pulse as outlined in the figure. Figure 3 shows the statistical error associated with two separate carrier frequencies FcLav and FcHøy, corresponding to figure 2. According to figure 3, two unique frequencies are used, and the subsequent description will be based on this embodiment. However, it should be noted that using two frequencies is only one embodiment of the method to illustrate the technique, and that a number of unique frequencies may be used according to the invention to further improve the measurements.

Hver frekvens blir nøyaktig generert og bør ligge innenfor båndbredden for transduseren eller annen sendeenhet som sender ut pulsen. I ekkoresultatet vet mottakeren hvilke frekvenser som ble inkludert og forholdet mellom dem. Each frequency is accurately generated and should be within the bandwidth of the transducer or other transmitting device that emits the pulse. In the echo result, the receiver knows which frequencies were included and the ratio between them.

Det statistiske støyet fra hver frekvenskomponent er fordelaktig ukorrelert, dvs. at fasefeilen er ukorrelert. Ved å simpelthen ta gjennomsnittet av Doppler-estimatet for to unike frekvenskomponenter blir en reduksjon i statistisk støy oppnådd med en faktor på 4l ■ Dette er den samme reduksjonen som tidligere blir oppnådd ved å utføre to pulser og to målinger. The statistical noise from each frequency component is advantageously uncorrelated, i.e. the phase error is uncorrelated. By simply averaging the Doppler estimate for two unique frequency components, a reduction in statistical noise is achieved by a factor of 4l ■ This is the same reduction previously achieved by performing two pulses and two measurements.

Som et resultat blir halvparten av målingene behøvd for å oppnå den samme nøyaktigheten som tidligere. Dette fører ytterligere til halve strømtrekket og en dobling i utsettelsestid. Det sistnevnte er den mest ønskede muligheten i markedet. As a result, half the measurements are needed to achieve the same accuracy as before. This further leads to halving the current draw and doubling the delay time. The latter is the most desired option in the market.

Gevinsten i nøyaktighet trenger ikke å tas ut i forlenget utsettelsestid. Som et eksempel kan en sjøstrømhastighetsmåling og bli tatt dobbelt som ofte og fremdeles opprettholde utsettelsestiden. The gain in accuracy does not need to be taken out in the extended grace period. As an example, a sea current velocity measurement can be taken twice as often and still maintain the delay time.

Den nye akustiske pulsen ifølge den foreliggende oppfinnelsen er ikke lenger en "rett" sinuskurve vi er vant til å se. Den nye kombinerte pulsen har en kompleks form, som vist i figur 4. Pulsen ifølge figur 4 viser seg å være en sekvens med mindre vektede pulser, men er faktisk to frekvenser som er modulert oppå hverandre. Den andre grafen i figuren er en utvidelse av de fem første sekvensene i graf 1 i figur 4. The new acoustic pulse according to the present invention is no longer a "straight" sine curve we are used to seeing. The new combined pulse has a complex shape, as shown in Figure 4. The pulse according to Figure 4 turns out to be a sequence of smaller weighted pulses, but is actually two frequencies that are modulated on top of each other. The second graph in the figure is an extension of the first five sequences in graph 1 in figure 4.

En annen fordel med pulsen ifølge figur 3 og 4 er at den ikke har behov for vindusfiltrering. Vanligvis blir et samplet signal vindusfiltrert for å hindre "skarpe" diskontinuiteter. Pulsen ifølge figur 4 har allerede dette trekket innebygd. Another advantage of the pulse according to Figures 3 and 4 is that it does not need window filtering. Typically, a sampled signal is window-filtered to prevent "sharp" discontinuities. The pulse according to Figure 4 already has this feature built in.

For å kunne generere en nøyaktig kompleks puls omfattende flere unike frekvenser plassert nøyaktig i rommet, må de følgende temaene vurderes: - Hver frekvenskomponent må være nøyaktig i frekvens og ha den samme oscillatorbasen. In order to be able to generate an accurate complex pulse comprising several unique frequencies located precisely in space, the following issues must be considered: - Each frequency component must be accurate in frequency and have the same oscillator base.

- De må være mikset med lite forvrengning. - They must be mixed with little distortion.

- De bør ligge innenfor transduserens båndbredde i systemet (som er svært begrenset) - Svært effektive effekttrinn må fremdeles anvendes for å ikke sløse strømforbruk oppnådd av selve teknikken. - They should be within the bandwidth of the transducer in the system (which is very limited) - Very efficient power stages must still be used in order not to waste power consumption obtained by the technique itself.

De ovennevnte kravene ekskluderer anvendelsen av en hvilken som helst lineær forsterker. En lineær forsterker vil være i stand til å produsere den krevde pulsformen, men dårlige effektivitet fra forsterkerne ekskluderer dem fra anvendelse i batteridrevne effekttrinn. The above requirements exclude the use of any linear amplifier. A linear amplifier will be able to produce the required pulse shape, but poor efficiency of the amplifiers excludes them from use in battery powered power stages.

Nylig utviklede DSPer (Digital Signal Prosessors) som kjører på svært høye klokkefrekvenser (100MHz eller mer), omfattende flere tidsur, er i stand til å produsere firkantbølger tilstrekkelig nær hverandre i frekvens for å anvendes til formålet ifølge den foreliggende oppfinnelsen. Siden frekvensen blir utledet fra den samme tidsbasen (DSPens klokkeoscillator), har signalene den samme tidsbasen også. Men, det resulterende signalet er en firkantbølge og ikke en sinusformet bølge som det er behov for. Recently developed DSPs (Digital Signal Processors) running at very high clock frequencies (100MHz or more), comprising multiple timers, are capable of producing square waves sufficiently close in frequency to be used for the purpose of the present invention. Since the frequency is derived from the same time base (the DSP's clock oscillator), the signals have the same time base as well. However, the resulting signal is a square wave and not a sine wave as required.

Ulike teknikker ble prøvd ut for å "klippe inn" frekvensene til et resulterende pulstog, men flankeflimring gjorde signalet ubrukbart for praktisk anvendelse. Various techniques were tried to "clip" the frequencies of a resulting pulse train, but flank flicker rendered the signal unusable for practical application.

Imidlertid tilveiebrakte skissen ifølge figur 5 en brukbar løsning for å implementere fremgangsmåten for å produsere den ønskede signalet ifølge den foreliggende oppfinnelsen. To firkantbølgebaserte pulstog med henholdsvis frekvens FcLav, FcHøy, blir produsert fra to tilhørende pulsgeneratorer, fortrinnsvis et tidsur (ikke vist), og pulstogene blir sendt inn i et svært effektivt helbro push-pull effektrinn. Oppfinnelsen er ikke begrenset til anvendelsen av to separate pulstog, men kan omfatte et antall ulike pulstog for å oppnå mer nøyaktige målinger. However, the sketch according to Figure 5 provided a workable solution to implement the method of producing the desired signal according to the present invention. Two square wave-based pulse trains with respective frequency FcLow, FcHøy are produced from two associated pulse generators, preferably a timer (not shown), and the pulse trains are sent into a highly efficient full-bridge push-pull power stage. The invention is not limited to the use of two separate pulse trains, but can include a number of different pulse trains to obtain more accurate measurements.

Utgangen er passivt filtrert til en sinusformet kurve og sendt til en primærside 52 av en transformator, én for hver frekvens Ifølge dette kan systemet enkelt være modifisert til å anvende et antall frekvenser som nevnt ovenfor ved å innføre tilsvarende transformatorer og pulsgeneratorer for hver ytterligere frekvens. The output is passively filtered to a sinusoidal curve and sent to a primary side 52 of a transformer, one for each frequency According to this, the system can easily be modified to use a number of frequencies as mentioned above by introducing corresponding transformers and pulse generators for each additional frequency.

Hver frekvenskomponent blir deretter magnetisk mikset i transformatorkjernen 54, og det resulterende komplekse signalet, omfattende alle frekvenskomponentene, blir deretter plukket opp av en sekundærvikling 56 og sendt til en transduser 58, og fortrinnsvis til en piezoelektrisk transduser. Transduseren 58 representerer typisk både sender og mottaker, med disse kan også være separate enheter. Each frequency component is then magnetically mixed in the transformer core 54, and the resulting complex signal, comprising all the frequency components, is then picked up by a secondary winding 56 and sent to a transducer 58, and preferably to a piezoelectric transducer. The transducer 58 typically represents both transmitter and receiver, although these can also be separate units.

Magnetisk miksing blir oppnådd ved å sende hver frekvenskomponent inn i en separat primær vikling 52 i en transformator, én for hver frekvenskomponent. Det resulterende magnetiske feltet, som er et resultat av strømmen i alle primærviklingene 52, vil indusere en strøm i en sekundær vikling 56 som reflekterer alle frekvenskomponentene. Magnetic mixing is achieved by feeding each frequency component into a separate primary winding 52 of a transformer, one for each frequency component. The resulting magnetic field, which is a result of the current in all the primary windings 52, will induce a current in a secondary winding 56 which reflects all the frequency components.

Løsningen ovenfor produsere et ekte og tilstrekkelig rent kompleksformet signal på transduseren mens den fremdeles benytter svært effektive effekttrinn. The above solution produces a true and sufficiently clean complex-shaped signal at the transducer while still using very efficient power stages.

Det skal merkes at utførelsen for å produsere sinusformede kurver ifølge figur 5 er kun et eksempel, og andre utførelser som tilveiebringer et identisk eller tilsvarende ønsket pulssignal kan erstatte utførelsen i figur 5. It should be noted that the embodiment for producing sinusoidal curves according to figure 5 is only an example, and other embodiments which provide an identical or similar desired pulse signal can replace the embodiment in figure 5.

Figur 6 viser et blokkdiagram over ett eksempel for å utføre mottakeren ifølge den foreliggende oppfinnelsen. Utførelsen henviser til å motta et bredbåndsignal omfattende n ulike frekvenser. Det mottatte Doppler-signalet blir mottatt og forsterket som et bredbåndsignal. Digital signalbehandling vil deretter splitte det mottatte signalet inn i separate deler, i figur 6 ved å anvende en digital filterbank 64, én for hver frekvenskomponent, og analyse dem for Doppler-skift individuelt i en statistisk frekvensestimator 66. Ved å kjenne de initiale frekvenskomponentene, så vel som deres innbyrdes forhold, kan et generelt Dopper-skift basert på Doppler-skift 1,2,..., n være utledet med mye bedre nøyaktighet enn tidligere metoder som analyserer kun en enkel frekvenskomponent. Sluttestimatet for målingen blir beregnet i trinn 68, og estimerer middelverdien for de respektive Doppler-skiftene 1, 2, ....n. Figure 6 shows a block diagram of one example for implementing the receiver according to the present invention. The embodiment refers to receiving a broadband signal comprising n different frequencies. The received Doppler signal is received and amplified as a broadband signal. Digital signal processing will then split the received signal into separate parts, in Figure 6 by applying a digital filter bank 64, one for each frequency component, and analyze them for Doppler shift individually in a statistical frequency estimator 66. Knowing the initial frequency components, as well as their interrelationship, a general Dopper shift based on Doppler shifts 1,2,...,n can be derived with much better accuracy than previous methods that analyze only a single frequency component. The final estimate for the measurement is calculated in step 68, and estimates the mean value for the respective Doppler shifts 1, 2, ...n.

Den nye pulsen ifølge oppfinnelsen okkuperer ikke mer plass i rommet. Pulslengden er den samme som for den for en enkel frekvenspuls. Dette er fordelaktig ved anvendelse i strømprofileringsapplikasjoner når strømhastighetsanalyse i nærheten av overflaten er ønsket. The new pulse according to the invention does not occupy more space in the room. The pulse length is the same as that of a simple frequency pulse. This is advantageous when used in current profiling applications when near-surface current velocity analysis is desired.

En svak reduksjon i område kan være forventet. Idet den totale energien nå blir delt mellom alle frekvenskomponentene, og hver komponent i seg selv vil ha mindre energi. Reduksjonen i akustisk styrke er omtrent 3dB for en dobbelfrekvensbasert puls, som vil forårsake en reduksjon i område på omtrent 5 % ved å anvende det samme eller tilsvarende total strømforbruk. A slight reduction in area can be expected. As the total energy is now shared between all the frequency components, and each component in itself will have less energy. The reduction in acoustic power is about 3dB for a dual frequency based pulse, which would cause a reduction in range of about 5% using the same or equivalent total power consumption.

Claims

1. Method for measuring relative speed of water using an acoustic signal, where the method comprises the following steps: - generating at least two different sinusoidal signals with different frequencies derived from a common time base, - mixing the at least two different sinusoidal signals together into a single acoustic signal, - to emit the acoustic signal in the water, - to receive an associated reflected acoustic signal in the water, - to separate the at least two different sinusoidal signals from each other in the received signal, - to determine the frequency shift for the at least two respective individual sinusoidal signals in the sent and received signal, where the frequency shift occurs as a result of the movement of particles in the water, characterized by calculating the average of the at least two respective frequency shifts to find the relative speed of the water.

2. Method in accordance with claim 1, characterized by defining the at least two different frequencies within the bandwidth of the transmitter/receiver unit, e.g. a transducer (58).

3. Method in accordance with one of the preceding claims, characterized by generating the at least two different sinusoidal signals in respective signal generators by producing a square pulse series comprising associated frequencies (FcLow, FcHøy), and sending the associated output signals from the respective signal generators through a push-pull power stage, and passively filter the output signals into a combined modulated signal.

4. Method in accordance with one of the preceding claims, characterized by mixing the at least two different sinusoidal signals together magnetically in at least one transformer core (54).

5. Method in accordance with one of the preceding claims, characterized in that the common time base is, for example, an oscillator.

6. System for measuring relative speed of water by means of an acoustic signal, where the system comprises at least two signal generators, which are arranged to receive their different frequency from a common time base, where the system is arranged to transform pulse series from the respective signal generators into at least two respective different sinusoidal signals, means for mixing the at least two the sinusoidal signals together into a single acoustic signal, a transmitter unit, a receiver unit, means for separating the at least two sinusoidal signals from each other in the received signal, means arranged to determine the frequency shift of the at least two respective individual sinusoidal signals in the transmitted and received the signal, where the frequency shift occurs as a result of the movement of particles in the water, characterized in that the system includes means which are designed to calculate the average of the at least two respective frequency shifts to find the relative speed of the water.

7. System in accordance with claim 6, characterized in that the various signals from the respective signal generators are a unique square pulse series.

8. System in accordance with one of claims 7, characterized in that the various square pulse series for the respective signal generators include associated frequencies (FcLow, FcHøy), and where the respective output signals from the signal generators are sent through a push-pull power stage, which is arranged to to passively filter the output signal into a combined sinusoidal wave.

9. System in accordance with one of the preceding claims 7-8, characterized in that the mixing means comprise at least one transformer, comprising a number of primary windings (52) and a secondary winding (56).

10. System in accordance with one of the preceding claims 7-9, characterized by the fact that the common time base is e.g. an oscillator.

11. System in accordance with one of the preceding claims 7-10, characterized in that the respective frequencies for the individual signals are within the bandwidth of the transmitter/receiver unit, e.g. a transducer (58).