RU108631U1 - ULTRASONIC FLOW SPEED METER - Google Patents

ULTRASONIC FLOW SPEED METER Download PDF

Info

Publication number
RU108631U1
RU108631U1 RU2011115989/28U RU2011115989U RU108631U1 RU 108631 U1 RU108631 U1 RU 108631U1 RU 2011115989/28 U RU2011115989/28 U RU 2011115989/28U RU 2011115989 U RU2011115989 U RU 2011115989U RU 108631 U1 RU108631 U1 RU 108631U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
trigger
output
iii
wind speed
Prior art date
Application number
RU2011115989/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Иванович Симонов
Олег Алексеевич Волков
Алексей Александрович Смирнов
Вадим Андреевич Проценко
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ЛОМО МЕТЕО"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ЛОМО МЕТЕО" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ЛОМО МЕТЕО"
Priority to RU2011115989/28U priority Critical patent/RU108631U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU108631U1 publication Critical patent/RU108631U1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

Ультразвуковой измеритель скоростей потока, содержащий три канала измерения скорости ветра, каждый из которых включает два обратимых электроакустических преобразователя, подключенных через коммутатор к передатчику и приемнику импульсных сигналов, два компаратора, входы которых подключены к коммутатору, три триггера и узел выделения третьего периода синусоид, при этом выход первого компаратора подключен к первому входу первого триггера, выход второго компаратора подключен к первому входу узла выделения третьего периода синусоид, выход первого триггера подключен ко второму входу узла выделения третьего периода синусоид, выход которого подключен к второму входу второго триггера и к второму входу третьего триггера, первый вход третьего триггера подключен к коммутатору, выход второго триггера подключен к преобразователю временного интервал-цифра, выход которого через блок деления подключен к блоку вычитания, выходы блоков вычитания всех трех каналов измерения скорости ветра связаны с вычислительным устройством, а электроакустические преобразователи каждого канала измерения скорости ветра образуют три измерительные базы, расположенные под углом 120° относительно друг друга и под углом 30-60° в вертикальной плоскости, отличающийся тем, что каждый из трех каналов измерения скорости ветра дополнен последовательно соединенными согласующим устройством, третьим компаратором и счетчиком, четвертым триггером и ключевым устройством, при этом выход счетчика одновременно подключен к второму входу ключевого устройства и первому входу четвертого триггера, выход которого соединен со вторым входом счетчика, а � An ultrasonic flow velocity meter containing three channels for measuring wind speed, each of which includes two reversible electro-acoustic transducers connected through a switch to a transmitter and receiver of pulsed signals, two comparators, the inputs of which are connected to the switch, three triggers and a third-phase sinusoid extraction unit the output of the first comparator is connected to the first input of the first trigger, the output of the second comparator is connected to the first input of the selection node of the third period of the sine wave, output One of the first trigger is connected to the second input of the selection node of the third period of the sine wave, the output of which is connected to the second input of the second trigger and to the second input of the third trigger, the first input of the third trigger is connected to the switch, the output of the second trigger is connected to the time-to-digital converter, the output of which is through the division unit is connected to the subtraction unit, the outputs of the subtraction units of all three channels for measuring wind speed are connected to a computing device, and the electro-acoustic transducers of each channel wind speed measurements form three measuring bases located at an angle of 120 ° relative to each other and at an angle of 30-60 ° in a vertical plane, characterized in that each of the three wind speed measurement channels is supplemented by a serially connected matching device, a third comparator and a counter, the fourth a trigger and a key device, while the output of the counter is simultaneously connected to the second input of the key device and the first input of the fourth trigger, the output of which is connected to the second input of the counter, and

Description

Предлагаемая полезная модель относится к приборостроению, а именно, к технике измерения параметров ветра, в частности для измерения горизонтальных скоростей и направления ветра, а также вертикальной компоненты скорости ветра и может быть использована в аэропортах для обеспечения безопасности полетов воздушных судов.The proposed utility model relates to instrumentation, namely, to a technique for measuring wind parameters, in particular for measuring horizontal wind speeds and directions, as well as the vertical component of wind speed and can be used at airports to ensure aircraft flight safety.

В настоящее время в практике метеорологического обеспечения полетов авиации широко используются датчики параметров ветра как винтокрылые, так и акустические анемометры.Currently, in the practice of meteorological support for aviation flights, wind parameters sensors, both rotorcraft and acoustic anemometers, are widely used.

Широкое распространение в отечественной и зарубежной практике получили винтокрылые датчики, в которых используются ветреные датчики, которые определяют скорость ветра по угловой скорости вращения, а направление - по расположению вертушек вдоль направления ветра благодаря наличию флюгеров [1, 2, 3].Rotorcraft sensors are widely used in domestic and foreign practice, in which wind sensors are used that determine the wind speed by the angular speed of rotation, and the direction - by the location of the turntables along the wind direction due to the presence of weathercocks [1, 2, 3].

В настоящее время стали применять для измерения скорости ветра и его направлений акустические анемометры [4], которые имеют преимущество, т.к. не содержат механически вращающихся элементов (вертушек и флюгеров), наличие которых сильно уменьшает надежность измерителей скорости ветра и его направлений.At present, they began to use acoustic anemometers for measuring wind speed and its directions [4], which have an advantage, since do not contain mechanically rotating elements (turntables and weathercocks), the presence of which greatly reduces the reliability of wind speed meters and its directions.

К недостаткам известных технических решений можно отнести невозможность измерения вертикальной составляющей скорости ветра, что может привести к усложнению условий посадки воздушных судов.The disadvantages of the known technical solutions include the impossibility of measuring the vertical component of the wind speed, which can lead to more complicated landing conditions for aircraft.

Известен ультразвуковой измеритель пульсирующих скоростей потока [5], содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, подключенных через коммутатор к передатчику и приемнику импульсных сигналов, преобразователь временной интервал-цифра, выход которого через блок деления подключен к первому блоку вычитания, синхронизатор и регистратор.Known ultrasonic meter of pulsating flow rates [5], containing two reversible electro-acoustic transducers connected through a switch to a transmitter and a receiver of pulse signals, a time-to-digital converter, the output of which through a division block is connected to the first subtraction unit, a synchronizer and a recorder.

К недостаткам известного измерителя можно отнести его ограниченные возможности, т.к. он предназначен только для измерения скорости ветра, а такие параметры, как направление ветра и вертикальную составляющую ветра измерить невозможно.The disadvantages of the known meter include its limited capabilities, because it is intended only for measuring wind speed, and parameters such as wind direction and the vertical component of the wind cannot be measured.

Известен ультразвуковой измеритель скоростей потока [6], который содержит три канала измерения скорости ветра I, II и III.Known ultrasonic flow velocity meter [6], which contains three channels for measuring wind speed I, II and III.

Каждый из каналов измерения скорости ветра включает по два обратимых электроакустических преобразователей, подключенные через коммутатор к передатчику и приемнику импульсных сигналов, преобразователь временной интервал-цифра, выход которого через блок деления подключен к блоку вычитания.Each of the channels for measuring wind speed includes two reversible electro-acoustic transducers connected through a switch to a transmitter and a receiver of pulse signals, a time-to-digital converter, the output of which through a division block is connected to a subtraction block.

Выходы блока вычитания каждого канала измерения связаны с вычислительным устройством.The outputs of the subtraction block of each measurement channel are connected to a computing device.

Электроакустические преобразователи каждого канала измерения скорости ветра образуют три измерительные базы, расположенные на одинаковом расстоянии L под углом 120° относительно друг друга и под углом (30-60)° в вертикальной плоскости.The electro-acoustic transducers of each channel for measuring wind speed form three measuring bases located at the same distance L at an angle of 120 ° relative to each other and at an angle of (30-60) ° in the vertical plane.

К недостаткам известного измерителя скоростей потока можно отнести низкую точность измерения горизонтального и вертикального составляющих скоростей ветра и направления ветра.The disadvantages of the known flow velocity meter include the low accuracy of measuring the horizontal and vertical components of wind speeds and wind direction.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является ультразвуковой измеритель скоростей потока [7], содержащий три канала измерения скорости ветра, каждый из которых включает два обратимых электроакустических преобразователей, подключенные через коммутатор к передатчику и приемнику импульсных сигналов, преобразователь временной интервал-цифра, выход которого через блок деления подключен к блоку вычитания, при этом выходы блоков вычитания всех трех каналов измерения скорости ветра связаны с вычислительным устройством, а электроакустические преобразователи каждого канала измерения скорости ветра образуют три измерительные базы, расположенные под углом 120° относительно друг друга и под углом (30-60)° в вертикальной плоскости.The closest technical solution to the proposed utility model is an ultrasonic flow velocity meter [7], containing three channels for measuring wind speed, each of which includes two reversible electro-acoustic transducers connected through a switch to a transmitter and receiver of pulse signals, a time-to-digital converter, and an output which through the division block is connected to the subtraction block, while the outputs of the subtraction blocks of all three channels for measuring wind speed are connected with the computational stroystvom and electroacoustic transducers for each channel of the wind speed measurements form three measuring base, angled 120 ° relative to one another and at an angle (30-60) ° in the vertical plane.

Каждый из трех каналов измерения скорости ветра дополнен двумя компараторами, тремя триггерами и узлом выделения третьего периода синусоид, при этом входы компараторов подключены к коммутатору, выход первого компаратора подключен к первому входу первого триггера, выход второго компаратора подключен к узлу выделения третьего периода синусоид, выход первого триггера подключен ко второму входу узла выделения третьего периода синусоид, выход которого подключен ко второму входу второго триггера, ко второму входу первого триггера и ко второму входу третьего триггера, кроме того, первый вход третьего триггера подключен к коммутатору, а выход третьего триггера подключен к первому входу второго триггера, причем выход второго триггера подключен к преобразователю временного интервал-цифра.Each of the three channels for measuring wind speed is supplemented by two comparators, three triggers and a selection unit for the third sinusoid period, while the inputs of the comparators are connected to the switch, the output of the first comparator is connected to the first input of the first trigger, the output of the second comparator is connected to the selection unit of the third period of the sine wave, output the first trigger is connected to the second input of the selection node of the third period of the sine wave, the output of which is connected to the second input of the second trigger, to the second input of the first trigger and to the second the input of the third trigger, in addition, the first input of the third trigger is connected to the switch, and the output of the third trigger is connected to the first input of the second trigger, and the output of the second trigger is connected to the time-to-digital converter.

К недостаткам известного ультразвукового измерителя скоростей потока можно отнести существенную зависимость точности измерений от технологического разброса некоторых параметров электроакустических преобразователей, зависящих от внешних факторов, например, от температуры окружающего воздуха.The disadvantages of the known ultrasonic flow velocity meter include a significant dependence of the accuracy of the measurements on the technological spread of some parameters of electro-acoustic transducers, depending on external factors, for example, ambient temperature.

В известном устройстве время задержки tЗИ ультразвукового сигнала, определяемое скоростью ветра равно:In the known device, the delay time t ZI of the ultrasonic signal, determined by the wind speed is:

где t1, t2 - измеренное время прохода ультразвукового сигнала в прямом и обратном направлении.where t 1 , t 2 is the measured transit time of the ultrasonic signal in the forward and reverse directions.

В соответствии с алгоритмом функционирования измерительных каналов в известном устройстве время ti, i={1,2} равноIn accordance with the algorithm for the operation of the measuring channels in the known device, the time t i , i = {1,2} is equal to

где t0i - истинное время задержки ультразвукового сигнала, определяемое только скоростью ультразвука и скоростью ветра в i-ом направлении;where t 0i is the true delay time of the ultrasonic signal, determined only by the speed of ultrasound and wind speed in the i-th direction;

где Ti и fi соответственно период и действительная частота генерации соответствующего акустического преобразователя, a i=1,2 - номер акустического преобразователя. where T i and f i, respectively, the period and the actual generation frequency of the corresponding acoustic transducer, ai = 1,2 is the number of the acoustic transducer.

Добавляя отношение (2) в уравнение (1) имеем:Adding relation (2) to equation (1) we have:

В уравнении (3) первое слагаемое соответствует действительному времени задержки, определяющее скорость ветра, а второе - является погрешностью измерений, которая сильно зависит от разности резонансных частот электроакустических преобразователей. Учитывая, что расчеты горизонтальной и вертикальной составляющих ведутся по результатам измерений 3-х пар измерительных баз, то погрешности измерений могут быть чрезвычайно большими.In equation (3), the first term corresponds to the actual delay time, which determines the wind speed, and the second is the measurement error, which greatly depends on the difference in resonant frequencies of the electro-acoustic transducers. Given that the calculations of the horizontal and vertical components are carried out according to the measurement results of 3 pairs of measuring bases, the measurement errors can be extremely large.

Основной задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение точности измерения параметров ветра.The main task, which the utility model is aimed at, is to increase the accuracy of measuring wind parameters.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого ультразвукового измерителя скоростей потока, который, как и прототип, содержит три канала измерения скорости ветра, каждый из которых включает два обратимых электроакустических преобразователя, подключенные через коммутатор к передатчику и приемнику импульсных сигналов, два компаратора, входы которых подключены к коммутатору, три триггера и узел выделения третьего периода синусоид, при этом выход первого компаратора подключен к первому входу первого триггера, выход второго компаратора подключен к узлу выделения третьего периода синусоид, выход первого триггера подключен ко второму входу узла выделения третьего периода синусоид, выход которого подключен ко второму входу второго триггера и к второму входу третьего триггера, первый вход третьего триггера подключен к коммутатору, выход второго триггера подключен к преобразователю временного интервал-цифра, выход которого через блок деления подключен к блоку вычитания, выходы блоков вычитания всех трех каналов измерения скорости ветра связаны с вычислительным устройством, а электроакустические преобразователи каждого канала измерения скорости ветра образуют три измерительные базы, расположенные под углом 120° относительно друг друга и под углом (30-60)° в вертикальной плоскости.The problem is solved using the proposed ultrasonic flow velocity meter, which, like the prototype, contains three channels for measuring wind speed, each of which includes two reversible electro-acoustic transducers connected through a switch to a transmitter and receiver of pulse signals, two comparators, the inputs of which are connected to the switch, three triggers and a selection node of the third period of the sine wave, while the output of the first comparator is connected to the first input of the first trigger, the output of the second compar the torus is connected to the selection node of the third period of the sine wave, the output of the first trigger is connected to the second input of the selection of the third period of the sine wave, the output of which is connected to the second input of the second trigger and to the second input of the third trigger, the first input of the third trigger is connected to the switch, the output of the second trigger is connected to a time-digital time converter, the output of which through the division block is connected to the subtraction block, the outputs of the subtraction blocks of all three wind speed measuring channels are connected to the computing device property, and the electro-acoustic transducers of each channel for measuring wind speed form three measuring bases located at an angle of 120 ° relative to each other and at an angle of (30-60) ° in the vertical plane.

В отличие от прототипа каждый из трех каналов измерения скорости ветра дополнен последовательно соединенными согласующим устройством, третьим компаратором и счетчиком, четвертым триггером и ключевым устройством, при этом выход счетчика одновременно подключен ко второму входу ключевого устройства и первому входу четвертого триггера, выход которого соединен со вторым входом счетчика, а второй вход соединен с выходом узла выделения третьего периода синусоид, первый вход ключевого устройства подключен к выходу третьего компаратора, а его выход - к первому входу второго триггера, вход согласующего устройства соединен с первым входом третьего компаратора.Unlike the prototype, each of the three wind speed measuring channels is supplemented by a sequentially connected matching device, a third comparator and counter, a fourth trigger and a key device, while the counter output is simultaneously connected to the second input of the key device and the first input of the fourth trigger, the output of which is connected to the second counter input, and the second input is connected to the output of the selection node of the third period of the sine wave, the first input of the key device is connected to the output of the third comparator, and e o output - to the first input of the second trigger, the input of the matching device is connected to the first input of the third comparator.

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что, благодаря введению в каждый из трех каналов измерения скорости ветра согласующего устройства, компаратора, счетчика, триггера и ключевого устройства, достигнута независимость измерения от разброса собственных резонансных частот электроакустических преобразователей и их зависимости от влияния окружающей среды, что приводит к повышению точности определения параметров ветра и обеспечения высокой технологичности изготовления ультразвуковых измерителей, стабильности и повторяемости градуировочных характеристик.The essence of the proposed utility model is that, thanks to the introduction of a matching device, comparator, counter, trigger, and key device into each of the three wind measurement channels, independence of measurement from the spread of the natural resonant frequencies of electro-acoustic transducers and their dependence on the environment which leads to an increase in the accuracy of determining wind parameters and ensuring high manufacturability of manufacturing ultrasonic meters, stability and repeat adjustability of calibration characteristics.

Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, где наThe proposed utility model is illustrated in the drawing, where

фиг.1 - изображена функциональная схема ультразвукового измерителя скоростей потока;figure 1 - shows a functional diagram of an ultrasonic flow velocity meter;

фиг.2 - временные диаграммы взаимодействия узлов.figure 2 - timing diagrams of the interaction of nodes.

Ультразвуковой измеритель скоростей потока, содержит три канала измерения скорости ветра I, II и III.An ultrasonic flow velocity meter contains three channels for measuring wind speed I, II and III.

Каждый из каналов измерения скорости ветра включает по два обратимых электроакустических преобразователей 1I и 2I, 1II и 2II, 1III и 2III, подключенные через коммутатор 31, 3II и 3III к передатчику 4I, 4II и 4III и приемнику 5I, 5II и 5III импульсных сигналов, первый компаратор 6I, 6II и 6III, второй компаратор 7I, 7II и 7III, первый триггер 8I, 8II и 8III, узел выделения третьего периода синусоид 9I, 9II и 9III, второй триггер 10I, 10II и 10III, третий триггер 11I, 11II и 11III, последовательно соединенные согласующее устройство 12I, 12II и 12III, третий компаратор 13I, 13II и 13III, и счетчик 14I, 14II и 14III, четвертый триггер 15I, 15II и 15III, ключевое устройство 16I, 16II и 16III, преобразователь временной интервал-цифра 17I, 17II и 17III, выход которого через блок деления 18I, 18II и 18III подключен к блоку вычитания 19I, 19II и 19III.Each of the channels for measuring wind speed includes two reversible electro-acoustic transducers 1 I and 2 I , 1 II and 2 II , 1 III and 2 III , connected through a switch 3 1 , 3 II and 3 III to the transmitter 4 I , 4 II and 4 III and receiver 5 I , 5 II and 5 III pulse signals, the first comparator 6 I , 6 II and 6 III , the second comparator 7 I , 7 II and 7 III , the first trigger 8 I , 8 II and 8 III , the allocation of the third sine wave period 9 I , 9 II and 9 III , second trigger 10 I , 10 II and 10 III , third trigger 11 I , 11 II and 11 III , serially connected matching device 12 I , 12 II and 12 III , third comparator 13 I , 13 II and 13 III , and counter 14 I , 14 II and 14 III , fourth trigger 15 I , 15 II and 15 III , key device 16 I , 16 II and 16 III , time-to-digit converter 17 I , 17 II and 17 III , the output of which through the block divisions 18 I , 18 II and 18 III are connected to the subtraction unit 19 I , 19 II and 19 III .

Выходы блоков вычитания 19I, 19II и 19III связаны с вычислительным устройством 20.The outputs of the subtraction blocks 19 I , 19 II and 19 III are connected to the computing device 20.

Электроакустические преобразователи каждого канала измерения скорости ветра образуют три измерительные базы, расположенные на одинаковом расстоянии L под углом 120° относительно друг друга и под углом (30-60)° в вертикальной плоскости.The electro-acoustic transducers of each channel for measuring wind speed form three measuring bases located at the same distance L at an angle of 120 ° relative to each other and at an angle of (30-60) ° in the vertical plane.

Входы первого компаратора 6I, 6II и 6III, и второго компаратора 7I, 7II и 7III, подключены к коммутатору 3I, 3II и 3III, выход первого компаратора 6I, 6II и 6III, подключен к первому входу первого триггера 8I, 8II и 8III, выход второго компаратора 7I, 7II и 7III, подключен к узлу выделения третьего периода синусоид 9I, 9II и 9III, выход первого триггера 8I, 8II и 8III, подключен ко второму входу узла выделения третьего периода синусоид 9I, 9II и 9III, выход которого подключен ко второму входу второго триггера 10I, 10II и 10III, ко второму входу первого триггера 8I, 8II и 8III, ко второму входу третьего триггера 11I, 11II и 11III, и ко второму входу четвертого триггера 15I, 15II и 15III, кроме того, первый вход третьего триггера 11I, 11II и 11III, подключен к коммутатору 3I, 3II и 3III, а выход третьего триггера 11I, 11II и 11III, через ключевое устройство 16I, 16II и 16III, подключен к первому входу второго триггера 10I, 10II и 10III, причем выход второго триггера 10I, 10II и 10III, подключен к преобразователю временного интервал-цифра 12I, 12II и 12III, причем выход счетчика 14I, 14II и 14III, одновременно подключен ко второму входу ключевого устройства 16I, 16II и 16III, и к первому входу четвертого триггера 15I, 15II и 15III, выход которого соединен со вторым входом счетчика 14I, 14II и 14III, а вход согласующего устройства 12I, 12II и 12III, с первым входом третьего триггера 11I, 11II и 11III.The inputs of the first comparator 6 I , 6 II and 6 III , and the second comparator 7 I , 7 II and 7 III , are connected to the switch 3 I , 3 II and 3 III , the output of the first comparator 6 I , 6 II and 6 III , is connected to the first input of the first trigger 8 I , 8 II and 8 III , the output of the second comparator 7 I , 7 II and 7 III , connected to the node selection of the third period of the sine wave 9 I , 9 II and 9 III , the output of the first trigger 8 I , 8 II and 8 III , connected to the second input of the selection node of the third period of the sinusoid 9 I , 9 II and 9 III , the output of which is connected to the second input of the second trigger 10 I , 10 II and 10 III , to the second input of the first trigger 8 I , 8 II and 8 III to the second input of the third trigger 11 I , 11 II and 11 III , and to the second input of the fourth trigger 15 I , 15 II and 15 III , in addition, the first input of the third trigger 11 I , 11 II and 11 III is connected to the switch 3 I , 3 II and 3 III , and the output of the third trigger 11 I , 11 II and 11 III , through the key device 16 I , 16 II and 16 III , is connected to the first input of the second trigger 10 I , 10 II and 10 III , and the output the second trigger 10 I , 10 II and 10 III , is connected to the time-digit converter 12 I , 12 II and 12 III , and the output of the counter 14 I , 14 II and 14 III is simultaneously connected to the second input of the key device 1 6 I , 16 II and 16 III , and to the first input of the fourth trigger 15 I , 15 II and 15 III , the output of which is connected to the second input of the counter 14 I , 14 II and 14 III , and the input of the matching device 12 I , 12 II and 12 III , with the first input of the third trigger 11 I , 11 II and 11 III .

Ультразвуковой измеритель скоростей потока работает следующим образом.Ultrasonic flow velocity meter works as follows.

В каждом канале измерения скорости ветра электроакустические преобразователи 1I и 2I, 1II и 2II, 1III и 2III подключены через коммутаторы 3I, 3II и 3III, к передатчику импульсных сигналов 4I, 4II и 4III, модулированы синусоидальным сигналом к приемнику импульсных сигналов 5I, 5II и 5III, которые поочередно работают на излучение и прием в прямом и обратном направлениях.In each channel for measuring wind speed, electro-acoustic transducers 1 I and 2 I , 1 II and 2 II , 1 III and 2 III are connected through switches 3 I , 3 II and 3 III , to the transmitter of pulse signals 4 I , 4 II and 4 III , modulated by a sinusoidal signal to the receiver of pulse signals 5 I , 5 II and 5 III , which alternately operate on radiation and reception in the forward and reverse directions.

Далее принимаемые сигналы U5 (см. фиг.2) поступают на первый компаратор 6I, 6II и 6III, который имеет порог срабатывания Un>0 и всегда больше шумового сигнала приемного канала и второго компаратора 7I, 7II и 7III, который имеет порог срабатывания Un=0, что обеспечивает точную фиксацию начала периода принимаемого синусоидального сигнала U5.Next, the received signals U 5 (see figure 2) are sent to the first comparator 6 I , 6 II and 6 III , which has a threshold U n > 0 and is always greater than the noise signal of the receiving channel and the second comparator 7 I , 7 II and 7 III , which has a threshold of operation U n = 0, which provides accurate fixation of the beginning of the period of the received sinusoidal signal U 5 .

Кроме того, с коммутатора 3I, 3II и 3III, начало излучаемого импульса U4 запускает третий триггер 11I, 11II и 11III, сигнал U11 которого поступает на вход закрытого ключевого устройства 16I, 16II и 16III.In addition, from the switch 3 I , 3 II and 3 III , the beginning of the emitted pulse U 4 starts the third trigger 11 I , 11 II and 11 III , the signal U 11 of which is input to the closed key device 16 I , 16 II and 16 III .

Одновременно излучаемый импульс U4 поступает на вход согласующего устройства 12I, 12II и 12III, которое выделяет синусоидальную составляющую импульса генерации U12, поступающего на вход третьего компаратора 13I, 13II и 13III, который имеет порог срабатывания Un=0, что обеспечивает точную фиксацию начала периода синусоидального составляющей излучаемого сигнала U4.At the same time, the emitted pulse U 4 is supplied to the input of the matching device 12 I , 12 II and 12 III , which selects the sinusoidal component of the generation pulse U 12 , which is fed to the input of the third comparator 13 I , 13 II and 13 III , which has a threshold U n = 0 that ensures accurate fixation of the beginning of the period of the sinusoidal component of the emitted signal U 4 .

Далее выходной импульс U13 третьего компаратора 13I, 13II и 13III, поступает на вход счетчика 14I, 14II и 14III, который формирует выходной сигнал U14, соответствующий третьему периоду излучаемого импульса U4, открывающий ключевое устройство 16I, 16II и 16III.Next, the output pulse U 13 of the third comparator 13 I , 13 II and 13 III , is fed to the input of the counter 14 I , 14 II and 14 III , which generates an output signal U 14 corresponding to the third period of the emitted pulse U 4 , which opens the key device 16 I , 16 II and 16 III .

Сигнал U11 с выхода третьего триггера 11I, 11II и 11III, через открытое ключевое устройство 16I, 16II и 16III, поступает на первый вход второго триггера 10I, 10II и 10III и устанавливает его в единичное состояние, начиная формирование сигнала U10 временного интервала прохода ультразвукового сигнала с задержкой на 3 периода излучаемой частоты fi, i={1,2}.The signal U 11 from the output of the third trigger 11 I , 11 II and 11 III , through the open key device 16 I , 16 II and 16 III , is fed to the first input of the second trigger 10 I , 10 II and 10 III and sets it to a single state, starting the formation of the signal U 10 the time interval of the passage of the ultrasonic signal with a delay of 3 periods of the emitted frequency f i , i = {1,2}.

Одновременно сигнал U14 с выхода счетчика 14I, 14II и 14III, переключает четвертый триггер 15I, 15II и 15III, который своим входным сигналом U15 запрещает работу счетчика 14I, 14II и 14III.At the same time, the signal U 14 from the output of the counter 14 I , 14 II and 14 III switches the fourth trigger 15 I , 15 II and 15 III , which with its input signal U 15 prohibits the operation of the counter 14 I , 14 II and 14 III .

Далее с первого компаратора 6I, 6II и 6III, импульсы U6 поступаеют на первый триггер 8I, 8II и 8III, сигнал U8, с которого поступает на узел выделения третьего периода синусоид 9I, 9II и 9III, который пропускает со второго компаратора 7I, 7II и 7III, сигнал U7, соответствующий третьему периоду с порогом Un=0, что обеспечивает высокую точность измерений задержки. Этот сигнал поступает на второй вход триггера 10I, 10II и 10III, и возвращает триггер нулевое состояние.Further, from the first comparator 6 I , 6 II and 6 III , the pulses U 6 are fed to the first trigger 8 I , 8 II and 8 III , the signal U 8 , from which it is fed to the third phase extraction node of the sinusoid 9 I , 9 II and 9 III which passes from the second comparator 7 I , 7 II and 7 III , the signal U 7 corresponding to the third period with a threshold U n = 0, which ensures high accuracy of the delay measurements. This signal is supplied to the second input of the trigger 10 I , 10 II and 10 III , and returns the trigger zero state.

Таким образом, на выходе второго триггера 10I, 10II и 10III, формируется импульс U10, длительность которого определяется только скоростью ветра и скоростью ультразвука и не зависит от его частоты и влияния на нее окружающей среды, что обеспечивает высокую точность измерений.Thus, at the output of the second trigger 10 I , 10 II and 10 III , a pulse U 10 is formed , the duration of which is determined only by the wind speed and ultrasound speed and does not depend on its frequency and the influence of the environment on it, which ensures high measurement accuracy.

Кроме того, сигнал U9 с выхода узла выделения третьего периода синусоид 9I, 9II и 9III, поступает на вторые входы первого триггера 8I, 8II и 8III четвертого триггера 15I, 15II и 15III, и третьего триггера 11I, 11II и 11III и переводит их в исходное состояние до прихода следующего импульса излучения.In addition, the signal U 9 from the output of the selection node of the third period of the sinusoid 9 I , 9 II and 9 III , is fed to the second inputs of the first trigger 8 I , 8 II and 8 III of the fourth trigger 15 I , 15 II and 15 III , and the third trigger 11 I , 11 II and 11 III and transfers them to their original state until the arrival of the next radiation pulse.

Далее импульс U10, поступающий со второго триггера 10I, 10II и 10III, поступает на преобразователь временной интервал-цифра 17I, 17II и 17III,. Его длительность преобразуется в цифру, которая через блок деления 18I, 18II и 18III, поступает на блок вычитания 19I, 19II и 19III, где получают разность времени прохождения ультразвука измерительной базы L в цифре между прямым и обратным направлениями. Расстояние L между электроакустическими преобразователями 1I и 2I, 1II и 2II, 1III и 2III равны.Next, the pulse U 10 coming from the second trigger 10 I , 10 II and 10 III , is fed to the converter time interval-digit 17 I , 17 II and 17 III,. Its duration is converted into a digit, which, through the division block 18 I , 18 II and 18 III , goes to the subtraction block 19 I , 19 II and 19 III , where the difference in the passage time of the ultrasound of the measuring base L in the figure between the forward and reverse directions is obtained. The distance L between the electro-acoustic transducers 1 I and 2 I , 1 II and 2 II , 1 III and 2 III are equal.

Так как значение скорости звука в неподвижном воздухе за время измерения не меняется, то при вычитании оно исключается. Результирующая разность скорости определяется только ветровым сносом импульсных ультразвуковых сигналов в каналах I, II и III и не зависит от значений температуры, относительной влажности и атмосферного давления.Since the value of the speed of sound in still air does not change during the measurement, it is excluded by subtraction. The resulting speed difference is determined only by the wind drift of the pulsed ultrasonic signals in channels I, II and III and does not depend on the values of temperature, relative humidity and atmospheric pressure.

Далее разность скорости, полученная в каждом канале измерения скорости ветра с блоков вычитания 19I, 19II и 19III, поступает на вычислительное устройство 20.Next, the speed difference obtained in each channel for measuring wind speed from the subtraction units 19 I , 19 II and 19 III , is supplied to the computing device 20.

Электроакустические преобразователи попарно 1I и 2I, 1II и 2II, 1III и 2III образуют три измерительные базы, расположенные под углом 120° относительно друг друга и под углом (30-60)° в вертикальной плоскости, что позволяет в вычислительном устройстве 20 вычислять горизонтальную скорость и направление ветра, а также вертикальную компоненту скорости ветра по измеренным значениям скорости вдоль каждой из измерительных баз.Electroacoustic transducers in pairs 1 I and 2 I , 1 II and 2 II , 1 III and 2 III form three measuring bases located at an angle of 120 ° relative to each other and at an angle of (30-60) ° in the vertical plane, which allows for computational the device 20 to calculate the horizontal speed and direction of the wind, as well as the vertical component of the wind speed from the measured values of the speed along each of the measuring bases.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет обеспечить дополнительное повышение точности и достоверности надежности измерения горизонтальной и вертикальной составляющих скорости и направления ветра в одном приборе, путем исключения влияния различия частот генерации электроакустических преобразователей 1I и 2I, 1II и 2II, 1III и 2III за счет вычитания дополнительно введенной задержки в 3 периода каждого такта излучения, обеспечиваемую согласующими устройствами 12I, 12II и 12III, третьим компаратором 13I, 13II и 13III, счетчиком 14I, 14II и 14III, четвертым триггером 15I, 15II и 15III, и ключевым устройством 16I, 16II и 16III, и их взаимодействием с остальными узлами предлагаемой полезной модели, чем достигается повышение безопасности взлета и посадки воздушных судов.Thus, the proposed utility model allows for an additional increase in the accuracy and reliability of measuring the horizontal and vertical components of the wind speed and direction in one device by eliminating the influence of the difference in the generation frequencies of electroacoustic transducers 1 I and 2 I , 1 II and 2 II , 1 III and 2 III by subtracting the additionally introduced delay in 3 periods of each radiation cycle provided by matching devices 12 I , 12 II and 12 III , the third comparator 13 I , 13 II and 13 III , the counter 14 I , 14 II and 14 III , the fourth trigger 15 I , 15 II and 15 III , and the key device 16 I , 16 II and 16 III , and their interaction with the other nodes of the proposed utility model, thereby improving the safety of takeoff and landing of aircraft.

Источники информацииInformation sources

1 Российская Федерация, патент на изобретение №2030749, МПК: 6 G01P 5/01, 1995 г.1 Russian Federation, patent for invention No. 2030749, IPC: 6 G01P 5/01, 1995

2 Российская Федерация, заявка на изобретение №93049075/28, МПК: 6 G01P 5/01, 1996 г.2 Russian Federation, application for invention No. 93049075/28, IPC: 6 G01P 5/01, 1996

3 Российская Федерация, патент на изобретение №2093835, МПК: 6 G01P 5/01, 1997 г.3 Russian Federation, patent for invention No. 2093835, IPC: 6 G01P 5/01, 1997

4 Российская Федерация, патент на полезную модель №44391, МПК: 7 G01P 5/01, 2005 г.4 Russian Federation, utility model patent No. 44391, IPC: 7 G01P 5/01, 2005

5 Российская Федерация, авторское свидетельство на изобретение №1081544, МПК: G01Р 5/00, G01F 1/66, 1984 г.5 Russian Federation, copyright certificate for the invention No. 1081544, IPC: G01P 5/00, G01F 1/66, 1984

6 Российская Федерация, патент на полезную модель №77975, МПК: 7 G01P 5/01, 2008 г.6 Russian Federation, utility model patent No. 77975, IPC: 7 G01P 5/01, 2008

7 Российская Федерация, патент на полезную модель №83620, МПК: 7 G01Р 5/01, 10.06.2009 г. - прототип.7 Russian Federation, utility model patent No. 83620, IPC: 7 G01P 5/01, 06/10/2009 - prototype.

Claims (1)

Ультразвуковой измеритель скоростей потока, содержащий три канала измерения скорости ветра, каждый из которых включает два обратимых электроакустических преобразователя, подключенных через коммутатор к передатчику и приемнику импульсных сигналов, два компаратора, входы которых подключены к коммутатору, три триггера и узел выделения третьего периода синусоид, при этом выход первого компаратора подключен к первому входу первого триггера, выход второго компаратора подключен к первому входу узла выделения третьего периода синусоид, выход первого триггера подключен ко второму входу узла выделения третьего периода синусоид, выход которого подключен к второму входу второго триггера и к второму входу третьего триггера, первый вход третьего триггера подключен к коммутатору, выход второго триггера подключен к преобразователю временного интервал-цифра, выход которого через блок деления подключен к блоку вычитания, выходы блоков вычитания всех трех каналов измерения скорости ветра связаны с вычислительным устройством, а электроакустические преобразователи каждого канала измерения скорости ветра образуют три измерительные базы, расположенные под углом 120° относительно друг друга и под углом 30-60° в вертикальной плоскости, отличающийся тем, что каждый из трех каналов измерения скорости ветра дополнен последовательно соединенными согласующим устройством, третьим компаратором и счетчиком, четвертым триггером и ключевым устройством, при этом выход счетчика одновременно подключен к второму входу ключевого устройства и первому входу четвертого триггера, выход которого соединен со вторым входом счетчика, а второй вход соединен с выходом узла выделения третьего периода синусоид, первый вход ключевого устройства подключен к выходу третьего компаратора, а его выход - к первому входу второго триггера, вход согласующего устройства соединен с первым входом третьего компаратора.
Figure 00000001
An ultrasonic flow velocity meter containing three channels for measuring wind speed, each of which includes two reversible electro-acoustic transducers connected through a switch to a transmitter and receiver of pulsed signals, two comparators, the inputs of which are connected to the switch, three triggers and a third-phase sinusoid extraction unit the output of the first comparator is connected to the first input of the first trigger, the output of the second comparator is connected to the first input of the selection node of the third period of the sine wave, output One of the first trigger is connected to the second input of the selection node of the third period of the sine wave, the output of which is connected to the second input of the second trigger and to the second input of the third trigger, the first input of the third trigger is connected to the switch, the output of the second trigger is connected to the time-to-digital converter, the output of which is through the division unit is connected to the subtraction unit, the outputs of the subtraction units of all three channels for measuring wind speed are connected to the computing device, and the electro-acoustic transducers of each channel wind speed measurements form three measuring bases located at an angle of 120 ° relative to each other and at an angle of 30-60 ° in a vertical plane, characterized in that each of the three wind speed measurement channels is supplemented by a sequentially connected matching device, a third comparator and a counter, the fourth a trigger and a key device, while the output of the counter is simultaneously connected to the second input of the key device and the first input of the fourth trigger, the output of which is connected to the second input of the counter, and in the second input is connected to the output of the allocation node of the third period of the sine wave, the first input of the key device is connected to the output of the third comparator, and its output is connected to the first input of the second trigger, the input of the matching device is connected to the first input of the third comparator.
Figure 00000001
RU2011115989/28U 2011-04-22 2011-04-22 ULTRASONIC FLOW SPEED METER RU108631U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011115989/28U RU108631U1 (en) 2011-04-22 2011-04-22 ULTRASONIC FLOW SPEED METER

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011115989/28U RU108631U1 (en) 2011-04-22 2011-04-22 ULTRASONIC FLOW SPEED METER

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU108631U1 true RU108631U1 (en) 2011-09-20

Family

ID=44759213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011115989/28U RU108631U1 (en) 2011-04-22 2011-04-22 ULTRASONIC FLOW SPEED METER

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU108631U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2423673C2 (en) Energy-efficient ultrasonic flow metre
CN106771347B (en) A kind of frequency sweep type ultrasonic wind measurement method
CN102589627B (en) Absolute propagation time measuring method for ultrasonic flow meter
WO2012081195A1 (en) Flow volume measuring device
CN102866261B (en) Method for detecting flight time of ultrasonic wave in flow speed measurement
EP2642256B1 (en) Measurement arrangement and method
US20140096586A1 (en) Device and method for measurement of ultrasonic transit times
Jiang et al. An accurate ultrasonic wind speed and direction measuring method by combining time-difference and phase-difference measurement using coded pulses combination
US10955273B2 (en) Extended range ADC flow meter
RU113012U1 (en) ULTRASONIC FLOW SPEED METER
Chandran et al. Time of flight measurement system for an ultrasonic anemometer
Dong et al. High accuracy time of flight measurement for ultrasonic anemometer applications
RU108631U1 (en) ULTRASONIC FLOW SPEED METER
CN205785491U (en) A kind of Sound speed profile instrument based on TOF technology
Han et al. Measurement range expansion of continuous wave ultrasonic anemometer
Gerasimov et al. Applications of digital signal processing methods in ultrasonic flowmeters
RU153990U1 (en) ACOUSTIC ANEMOMETER
CN101702617B (en) High-precision +/-180 DEG digital phase distinguishing method and applying device thereof
RU83620U1 (en) ULTRASONIC FLOW SPEED METER
RU160408U1 (en) ACOUSTIC ANEMOMETER
RU77975U1 (en) ULTRASONIC FLOW SPEED METER
RU206371U1 (en) ACOUSTIC ANEMOMETER
RU169800U1 (en) ACOUSTIC ANEMOMETER
Chandran et al. FPGA based ToF measurement system for ultrasonic anemometer
RU2530832C1 (en) Ultrasonic meter of flow speeds

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20120423