RU113012U1 - ULTRASONIC FLOW SPEED METER - Google Patents

ULTRASONIC FLOW SPEED METER Download PDF

Info

Publication number
RU113012U1
RU113012U1 RU2011139047/28U RU2011139047U RU113012U1 RU 113012 U1 RU113012 U1 RU 113012U1 RU 2011139047/28 U RU2011139047/28 U RU 2011139047/28U RU 2011139047 U RU2011139047 U RU 2011139047U RU 113012 U1 RU113012 U1 RU 113012U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
trigger
switch
inputs
Prior art date
Application number
RU2011139047/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Иванович Симонов
Олег Алексеевич Волков
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 RU2011139047/28U priority Critical patent/RU113012U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU113012U1 publication Critical patent/RU113012U1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

Ультразвуковой измеритель скоростей потока, содержащий три измерительные базы, включающие по два обратимых электроакустических преобразователя, расположенные под углом 120° относительно друг друга и под углом 30-60° в вертикальной плоскости, а также коммутатор, к которому подключены передатчик и приемник импульсных сигналов, три компаратора, четыре триггера, узел выделения третьего периода синусоид, согласующее устройство, счетчик, ключевое устройство и последовательно соединенные преобразователь временный интервал-цифра, блок деления, блок вычитания и вычислительное устройство, при этом выход согласующего устройства подключен к входу третьего компаратора, выход которого подключен к первому входу счетчика, выход счетчика одновременно соединен со вторым входом ключевого устройства и с первым входом четвертого триггера, выход которого подключен ко второму входу счетчика, входы первого и второго компараторов подключены к коммутатору, 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 ко вторым входам первого, второго, третьего и четвертого триггеров, а первый вход третьего триггера подключен к коммутатору, выход третьего триггера подключен к первому входу ключевого устройства, выход которого подключен к первому входу второго триггера, а выход второго триггера подключен к преобразователю временной интервал-цифра, отличающийся тем, что он дополнен устройством синхронизац� An ultrasonic flow rate meter containing three measuring bases, including two reversible electroacoustic transducers, located at an angle of 120 ° relative to each other and at an angle of 30-60 ° in the vertical plane, as well as a switch to which the transmitter and receiver of pulse signals are connected, three comparator, four flip-flops, a node for extracting the third period of sinusoids, a matching device, a counter, a key device and a series-connected time interval-to-digit converter, a division unit, a subtraction unit and a computing device, while the output of the matching device is connected to the input of the third comparator, the output of which is connected to the first input of the counter, the output of the counter is simultaneously connected to the second input of the key device and to the first input of the fourth flip-flop, the output of which is connected to the second input of the counter, the inputs of the first and second comparators are connected to the switch, the output of the first comparator is connected to the first input of the th trigger, the output of the second comparator is connected to the first input of the third-period selection unit of sinusoids, the output of the first trigger is connected to the second input of the third-period selection unit of sinusoids, the output of which is connected to the second inputs of the first, second, third and fourth flip-flops, and the first input of the third trigger is connected to the switch, the output of the third trigger is connected to the first input of the key device, the output of which is connected to the first input of the second trigger, and the output of the second trigger is connected to the time interval-to-digital converter, characterized in that it is supplemented with a synchronization device�

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 interval digital digit, 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 горизонтальной и вертикальной 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.

Известен 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.Known 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 a receiver of pulse signals, a time-to-digital converter, the output of which through a division block is connected to a subtraction unit while the outputs of the subtraction blocks of all three channels for measuring wind speed are connected with a computing device, and the electro-acoustic transducers of each channel are measured Grains of 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.

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 параметров электроакустических преобразователей.The disadvantages of the known ultrasonic flow velocity meter include a significant dependence of the accuracy of the measurements on the technological variation of the parameters of electro-acoustic transducers.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является ультразвуковой измеритель скоростей потока [8], содержащий 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 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.The closest technical solution to the proposed utility model is an ultrasonic flow velocity meter [8], 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, two comparators, the inputs of which are connected to the switch, three flip-flops 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 the mparator is connected to the first input of 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 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 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 channels for measuring wind speed are connected to a calculating device, 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.

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.Each of the three channels for measuring wind speed is supplemented by a sequentially connected matching device, a third comparator and counter, a fourth 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 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 to the first input the second trigger, the input of the matching device is connected to the first input of the third comparator.

К недостаткам известного ультразвукового измерителя скоростей потока можно отнести низкую надежность (вероятность безотказной работы), технологичность и повышенные материалоемкость и энергопотребление, что обусловлено значительным количеством активных устройств в каждом канале измерения. Это обстоятельство приводит к сложности изготовления, повышенным масса-габаритным показателям, что увеличивает себестоимость ультразвукового измерителя скоростей потока.The disadvantages of the known ultrasonic flow velocity meter include low reliability (probability of failure-free operation), manufacturability and increased material consumption and power consumption, which is due to the significant number of active devices in each measurement channel. This circumstance leads to manufacturing complexity, increased mass-dimensional indicators, which increases the cost of an ultrasonic flow velocity meter.

Повышенные масса-габаритные размеры и энергопотребление ограничивают возможность использования таких приборов в переносных и автоматических с автономным питанием метеостанциях.The increased mass-overall dimensions and energy consumption limit the possibility of using such devices in portable and automatic weather-powered stations.

Основной задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение надежности, технологичности и снижение материалоемкости и энергопотребления.The main task, which the utility model is aimed at, is to increase reliability, manufacturability and reduce material consumption and energy consumption.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого ультразвукового измерителя скоростей потока, который, как и прототип, содержит три измерительные базы, включающие по два обратимых электроакустических преобразователя, расположенные под углом 120° относительно друг друга и под углом (30-60°) в вертикальной плоскости, и коммутатор, к которому подключены передатчик и приемник импульсных сигналов, три компаратора, четыре триггера, узел выделения третьего периода синусоид, согласующее устройство, счетчик, ключевое устройство и последовательно соединенные преобразователь временной интервал-цифра, блок деления, блок вычитания и вычислительное устройство, при этом выход согласующего устройства подключен к входу третьего компаратора, его выход подключен к первому входу счетчика, выход счетчика одновременно соединен со вторым входом ключевого устройства и с первым входом четвертого триггера, выход которого подключен ко второму входу счетчика, входы первого и второго компараторов подключены к коммутатору, 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 ко вторым входам первого, второго, третьего и четвертого триггеров, а первый вход третьего триггера подключен к коммутатору, выход третьего триггера подключен к первому входу ключевого устройства, выход которого подключен к первому входу второго триггера, а выход второго триггера подключен к преобразователю временной интервал-цифра.The problem is solved using the proposed ultrasonic flow velocity meter, which, like the prototype, contains three measuring bases, including two reversible electro-acoustic transducers located at an angle of 120 ° relative to each other and at an angle (30-60 °) in the vertical plane, and a switch to which a pulse signal transmitter and receiver are connected, three comparators, four triggers, a third-period sine wave allocation unit, a matching device, a counter, a key device and a sequence the time-to-digital converter, the division unit, the subtraction unit, and the computing device, the output of the matching device is connected to the input of the third comparator, its output is connected to the first input of the counter, the output of the counter is simultaneously connected to the second input of the key device and to the first input of the fourth a trigger whose output is connected to the second input of the counter, the inputs of the first and second 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 first input of 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 inputs of the first, second, third and fourth triggers, and the first input of the third trigger is connected to the switch , the output of the third trigger is connected to the first input of the key device, the output of which is connected to the first input of the second trigger, and the output of the second trigger is connected to the time interval converter -tsifra.

В отличие от прототипа ультразвуковой измеритель скоростей потока дополнен устройством синхронизации, логическим сумматором и шестью ключами, по два в каждой измерительной базе, при этом первый вход каждого ключа соединен с выходом соответствующего акустического преобразователя своей измерительной базы, выходы ключей, входы которых подключены к первым электроакустическим преобразователям каждой измерительной базы, одновременно подключены к одному входу коммутатора, выходы ключей, входы которых подключены ко вторым электроакустическим преобразователям каждой измерительной базы, подключены к другому входу коммутатора, вторые входы ключей первой измерительной базы подключены к первому выходу устройства синхронизации, вторые входы ключей второй измерительной базы подключены ко второму выходу устройства синхронизации, вторые входы ключей третьей измерительной базы подключены к третьему выходу устройства синхронизации, первый, второй и третий входы логического сумматора подключены к соответствующим выходам устройства синхронизации, а его выход одновременно подключен к коммутатору и вычислительному устройству.Unlike the prototype, the ultrasonic flow velocity meter is supplemented by a synchronization device, a logical adder and six keys, two in each measuring base, while the first input of each key is connected to the output of the corresponding acoustic transducer of its measuring base, the outputs of the keys, the inputs of which are connected to the first electro-acoustic the transducers of each measuring base are simultaneously connected to one input of the switch, the outputs of the keys, the inputs of which are connected to the second electroacoustic transducers of each measuring base are connected to another input of the switch, the second key inputs of the first measuring base are connected to the first output of the synchronization device, the second key inputs of the second measuring base are connected to the second output of the synchronization device, the second key inputs of the third measuring base are connected to the third output of the synchronization device , the first, second and third inputs of the logical adder are connected to the corresponding outputs of the synchronization device, and its output is simultaneously under keyed to the switch and computing device.

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что, благодаря введению устройства синхронизации, логического сумматора и шести ключей (по два в каждой измерительной базе) достигнуто значительное (в 3 раза) сокращение числа активных устройств в этой модели, что значительно повысило вероятность безотказной работы и технологичность изготовления, снизило временные и материальные затраты (следовательно, и себестоимость), вес и энергопотребление устройства при сохранении всех функций и достоинств прототипа.The essence of the proposed utility model is that, thanks to the introduction of a synchronization device, a logical adder and six keys (two in each measuring base), a significant (3-fold) reduction in the number of active devices in this model was achieved, which significantly increased the probability of failure-free operation and manufacturability, reduced time and material costs (therefore, cost), weight and power consumption of the device while maintaining all the functions and advantages of the prototype.

Кроме того, наличие только одного передатчика для работы со всеми электроакустическими преобразователями обеспечило одинаковые условия их возбуждения и, следовательно, получение меньшей разности электромеханических характеристик этих электроакустических преобразователей, что так же улучшает точность и стабильность измерений.In addition, the presence of only one transmitter for working with all electro-acoustic transducers provided the same conditions for their excitation and, therefore, obtaining a smaller difference in the electromechanical characteristics of these electro-acoustic transducers, which also improves the accuracy and stability of measurements.

Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 - изображена функциональная схема ультразвукового измерителя скоростей потока;The proposed utility model is illustrated in the drawing, where in Fig.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 измерительные базы I, II и III, каждая из которых включает по два обратимых электроакустических преобразователей 1I и 2I, 1II и 2II, 1III и 2III, подключенные через ключи 3I и 4I, 3II и 4II, 3III и 4III и через коммутатор 5 к передатчику 6 и приемнику 7 импульсных сигналов, первый компаратор 8, второй компаратор 9, первый триггер 10, узел выделения третьего периода синусоид 11, второй триггер 12, третий триггер 13, последовательно соединенные согласующее устройство 14, третий компаратор 15 и счетчик 16, четвертый триггер 17, ключевое устройство 18, последовательно соединенные преобразователь временной интервал-цифра 19, блок деления 20, блок вычитания 21 и вычислительное устройство 22, устройство синхронизации 23, первый выход которого подключен ко вторым входам ключей 3I и 4I, второй выход подключен ко вторым входам ключей 3II и 4II, а третий выход подключен ко вторым входам ключей 3III и 4III, а также логический сумматор 24.The ultrasonic flow velocity meter contains three measuring bases I, II and III, each of which includes two reversible electro-acoustic transducers 1 I and 2 I , 1 II and 2 II , 1 III and 2 III , connected via keys 3 I and 4 I , 3 II and 4 II , 3 III and 4 III and through the switch 5 to the transmitter 6 and receiver 7 of the pulse signals, the first comparator 8, the second comparator 9, the first trigger 10, the allocation unit of the third period of the sine wave 11, the second trigger 12, the third trigger 13, serially connected matching device 14, third comparator 15 and counter 16, fourth th trigger 17, the key device 18, connected in series converter timeslot-figure 19, dividing unit 20, subtracting unit 21 and computing device 22 whose first output synchronization unit 23 is connected to the second inputs of the keys 3 I and 4 I, a second output is connected to the second inputs of the keys 3 II and 4 II , and the third output is connected to the second inputs of the keys 3 III and 4 III , as well as the logical adder 24.

Электроакустические преобразователи, расположены на одинаковом расстоянии L под углом 120° относительно друг друга и под углом (30-60)° в вертикальной плоскости.Electro-acoustic transducers are 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 8 и второго компаратора 9 подключены к коммутатору 5, выход первого компаратора 8 подключен к первому входу первого триггера 10, выход второго компаратора 9 подключен к первому входу узла выделения третьего периода синусоид 11, выход первого триггера 10 подключен ко второму входу узла выделения третьего периода синусоид 11, выход которого подключен ко второму входу второго триггера 12, ко второму входу первого триггера 10, ко второму входу третьего триггера 13 и ко второму входу четвертого триггера 17, кроме того, первый вход третьего триггера 13 подключен к коммутатору 5, а выход третьего триггера 13 через ключевое устройство 18 подключен к первому входу второго триггера 12, причем выход второго триггера 12 подключен к преобразователю временного интервал-цифра 19 и к входу устройства синхронизации 23, причем выход счетчика 16 одновременно подключен ко второму входу ключевого устройства 18 и к первому входу четвертого триггера 17, выход которого соединен со вторым входом счетчика 16, а вход согласующего устройства 14 с первым входом третьего триггера 13, первый, второй и третий входы логического сумматора 24 подключены к соответствующим выходам устройства синхронизации 23, а его выход соединен одновременно с коммутатором 5 и вычислительным устройством 22.The inputs of the first comparator 8 and the second comparator 9 are connected to the switch 5, the output of the first comparator 8 is connected to the first input of the first trigger 10, the output of the second comparator 9 is connected to the first input of the selection node of the third period of the sine wave 11, the output of the first trigger 10 is connected to the second input of the selection node the third period of the sine wave 11, the output of which is connected to the second input of the second trigger 12, to the second input of the first trigger 10, to the second input of the third trigger 13 and to the second input of the fourth trigger 17, in addition, the first input q of the third trigger 13 is connected to the switch 5, and the output of the third trigger 13 through the key device 18 is connected to the first input of the second trigger 12, and the output of the second trigger 12 is connected to the time-to-digital converter 19 and to the input of the synchronization device 23, and the output of the counter 16 simultaneously connected to the second input of the key device 18 and to the first input of the fourth trigger 17, the output of which is connected to the second input of the counter 16, and the input of the matching device 14 with the first input of the third trigger 13, the first, second and the third inputs of the logical adder 24 are connected to the corresponding outputs of the synchronization device 23, and its output is connected simultaneously with the switch 5 and the computing device 22.

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

В начале устройство синхронизации 23 на своих выходах последовательно, начиная с первого, вырабатывает управляющие сигналы , и (см. фиг.2), которые последовательно поступают на 1-й, 2-й и 3-й входы логического сумматора 24 и на вторые входы каждой пары ключей 3I и 4I, 3II и 4II, 3III и 4III, подключая пары электроакустических преобразователей 1I и 2I, 1II и 2II, 1III и 2III соответствующей измерительной базы I, II и III к коммутатору 5.At the beginning, the synchronization device 23 at its outputs sequentially, starting from the first, generates control signals , and (see figure 2), which are sequentially fed to the 1st, 2nd and 3rd inputs of the logic adder 24 and to the second inputs of each key pair 3 I and 4 I , 3 II and 4 II , 3 III and 4 III , connecting pairs of electro-acoustic transducers 1 I and 2 I , 1 II and 2 II , 1 III and 2 III of the corresponding measuring base I, II and III to the switch 5.

С выхода логического сумматора 24 сигналы U24, вырабатываемые с той же последовательностью, что и на выходах устройства синхронизации 23, поступают на коммутатор 5 и на вычислительное устройство 22, подготавливая их к измерениям последовательно с каждой измерительной базой I, II и III. При этом, как будет показано далее, длительность сигналов с выходов устройства синхронизации 23 и логического сумматора 24 соответствует длительности цикла работы на излучение и прием в обоих направлениях для каждой измерительной базы I, II и III.From the output of the logical adder 24, the signals U 24 , generated in the same sequence as at the outputs of the synchronization device 23, are fed to the switch 5 and to the computing device 22, preparing them for measurements in series with each measuring base I, II, and III. In this case, as will be shown below, the duration of the signals from the outputs of the synchronization device 23 and the logical adder 24 corresponds to the duration of the cycle of work on radiation and reception in both directions for each measuring base I, II and III.

Коммутатор 5 в течение разрешающего сигнала , и с выхода логического сумматора 24, поочередно подключает передатчик 6 и приемник 7 к электроакустическим преобразователям 1I и 2I, 1II и 2II, 1III и 2III выбранной измерительной базы I, II или III, обеспечивая работу этих электроакустических преобразователей на излучение и прием в прямом и обратном направлениях.Switch 5 for enable signal , and from the output of the logical adder 24, alternately connects the transmitter 6 and receiver 7 to the electro-acoustic transducers 1 I and 2 I , 1 II and 2 II , 1 III and 2 III of the selected measuring base I, II or III, ensuring the operation of these electro-acoustic transducers to radiation and reception in the forward and reverse directions.

При этом начало излучаемого импульса U6 запускает третий триггер 13, сигнал U13 которого поступает на первый вход закрытого ключевого устройства 18.In this case, the beginning of the emitted pulse U 6 starts the third trigger 13, the signal U 13 of which is supplied to the first input of the closed key device 18.

Одновременно излучаемый импульс U6 поступает на вход согласующего устройства 14, которое выделяет синусоидальную составляющую импульса генерации U14, поступающую на вход третьего компаратора 15, который имеет порог срабатывания Un=0, что обеспечивает точную фиксацию начала периода синусоидального составляющей излучаемого сигнала U6. At the same time, the emitted pulse U 6 is supplied to the input of the matching device 14, which selects the sinusoidal component of the generation pulse U 14 , which is fed to the input of the third comparator 15, which has a response threshold U n = 0, which ensures accurate fixation of the beginning of the period of the sinusoidal component of the emitted signal U 6.

Далее выходной импульс U15 третьего компаратора 15 поступает на вход счетчика 16, который формирует выходной сигнал U16, соответствующий третьему периоду излучаемого импульса U6, открывающий ключевое устройство 18.Next, the output pulse U 15 of the third comparator 15 is fed to the input of the counter 16, which generates an output signal U 16 corresponding to the third period of the emitted pulse U 6 , which opens the key device 18.

Сигнал U13 с выхода третьего триггера 13 через открытое ключевое устройство 18 поступает на первый вход второго триггера 12 и устанавливает его в единичное состояние, начиная формирование сигнала U12 временного интервала прохода ультразвукового сигнала с задержкой на 3 периода излучаемой частоты fi, i={1,2}.The signal U 13 from the output of the third trigger 13 through the open key device 18 is fed to the first input of the second trigger 12 and sets it to a single state, starting the formation of signal U 12 of the time interval of passage of the ultrasonic signal with a delay of 3 periods of the emitted frequency f i , i = { 1,2}.

Одновременно сигнал U16 с выхода счетчика 16 переключает четвертый триггер 17, который своим входным сигналом U17 запрещает работу счетчика 16.At the same time, the signal U 16 from the output of the counter 16 switches the fourth trigger 17, which with its input signal U 17 prohibits the operation of the counter 16.

Принимаемые сигналы U7 (см. фиг.2) поступают на первый компаратор 8, который имеет порог срабатывания Un>0 и всегда больше шумового уровня принимаемого сигнала U7 и второй компаратор 9, который имеет порог срабатывания Un=0, что обеспечивает точную фиксацию начала периода принимаемого синусоидального сигнала U7.The received signals U 7 (see Fig. 2) are sent to the first comparator 8, which has a threshold of operation U n > 0 and is always greater than the noise level of the received signal U 7 and the second comparator 9, which has a threshold of operation U n = 0, which ensures precise fixation of the beginning of the period of the received sinusoidal signal U 7 .

Далее с первого компаратора 8 импульсы сигнала U8 поступают на первый триггер 10, сигнал U10 которого поступает на второй вход узла выделения третьего периода синусоид 11, который пропускает со второго компаратора 9 сигнал U9, соответствующий третьему периоду с порогом Un=0, что обеспечивает высокую точность измерений задержки. Этот сигнал поступает на второй вход триггера 12 и возвращает триггер в нулевое состояние.Then, from the first comparator 8, the pulses of the signal U 8 are supplied to the first trigger 10, the signal U 10 of which is supplied to the second input of the extraction unit of the third period of the sine wave 11, which passes the signal U 9 from the second comparator 9 , corresponding to the third period with a threshold U n = 0, which ensures high accuracy of delay measurements. This signal is fed to the second input of trigger 12 and returns the trigger to the zero state.

Таким образом, на выходе второго триггера 12 формируется импульс U12, 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 12, a pulse U 12 is formed , the duration of which is determined only by the wind speed and the speed of ultrasound and does not depend on its frequency and the influence of the environment on it, which ensures high measurement accuracy.

Кроме того, сигнал U11 с выхода узла выделения третьего периода синусоид 11 поступает на вторые входы первого триггера 10, четвертого триггера 17 и третьего триггера 13 и переводит их в исходное состояние до прихода следующего импульса излучения в обратном направлении.In addition, the signal U 11 from the output of the selection unit of the third period of the sine wave 11 is fed to the second inputs of the first trigger 10, the fourth trigger 17 and the third trigger 13 and restores them to the initial state until the next radiation pulse arrives in the opposite direction.

Далее импульс U12 со второго триггера 12 поступает на входы устройства синхронизации 23 и преобразователь временной интервал-цифра 19, в котором длительность U12 преобразуется в цифру, которая через блок деления 20 поступает на блок вычитания 21, 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. При этом по спаду каждого второго импульса U12 с выхода второго компаратора 12 устройство синхронизации 23 прекращает выдачу импульса , и по соответствующему выходу, длительность которого соответствует времени на прием и передачу туда и обратно в каждой измерительной базе I, II и III, на время Тзад., необходимое для затухания периодных процессов в устройствах и для записи информации с выхода блока вычитания 21 в вычислительной устройство 22.Next, the pulse U 12 from the second trigger 12 is supplied to the inputs of the synchronization device 23 and the time interval-digit converter 19, in which the duration U 12 is converted into a digit, which, through the division unit 20, is fed to the subtraction unit 21, where the difference in the transit time of the ultrasound of the measuring base is obtained L in the figure between the forward and reverse directions. 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. Moreover, the decline of every second pulse U 12 from the output of the second comparator 12, the synchronization device 23 stops the pulse , and on the corresponding output, the duration of which corresponds to the time for receiving and transmitting back and forth in each measuring base I, II and III, for the time T ass. necessary for the attenuation of batch processes in devices and for recording information from the output of the subtraction block 21 to the computing device 22.

По окончании времени Тзад устройство синхронизации 23 вырабатывает на своем следующем выходе управляющий сигнал , где i=1, 2, 3, который подключает следующую измерительную базу I, II и III к коммутатору 5, повторяя описанный ранее процесс измерения разности скорости ультразвука в соответствующей базе.At the end of time T back synchronization device 23 generates at its next output a control signal , where i = 1, 2, 3, which connects the next measuring base I, II, and III to switch 5, repeating the previously described process for measuring the difference in ultrasound velocity in the corresponding base.

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 измерительных базах 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 the measuring bases I, II and III and does not depend on the values of temperature, relative humidity and atmospheric pressure.

Далее разность скорости, полученная в каждой измерительной базе I, II и III с блока вычитания 21, последовательно поступает на вычислительное устройство 22.Next, the speed difference obtained in each measuring base I, II and III from the subtraction unit 21 is sequentially supplied to the computing device 22.

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 22 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 device 22 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 повышение надежности, технологичности, снижения себестоимости, веса, габаритов и энергопотребления путем существенного (в три раза) снижения количества активных устройств за счет изменения алгоритма функционирования обеспечиваемого вновь введенными устройством синхронизации и шестью ключами, по два в каждой измерительной базе, и логическим сумматором и их взаимодействием с остальными узлами предлагаемой полезной модели, чем достигается повышение безопасности взлета и посадки воздушных судов.Thus, the proposed utility model allows to increase the reliability, manufacturability, reduce cost, weight, dimensions and power consumption by significantly (three times) reducing the number of active devices by changing the functioning algorithm provided by the newly introduced synchronization device and six keys, two in each measuring base, and the logical adder and their interaction with the other nodes of the proposed utility model, thereby improving take-off safety landing 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: G01P 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 G01P 5/01, 10.06.2009 г.7 Russian Federation, utility model patent No. 83620, IPC: 7 G01P 5/01, 06/10/2009.

8 Российская Федерация, заявка на полезную модель №2011115989/28 (023823), решение о выдаче патента от 09.06.2011, МПК: 7 G01P 5/01 - прототип.8 Russian Federation, application for utility model No. 20111115989/28 (023823), decision on the grant of a patent dated 06/09/2011, IPC: 7 G01P 5/01 - prototype.

Claims (1)

Ультразвуковой измеритель скоростей потока, содержащий три измерительные базы, включающие по два обратимых электроакустических преобразователя, расположенные под углом 120° относительно друг друга и под углом 30-60° в вертикальной плоскости, а также коммутатор, к которому подключены передатчик и приемник импульсных сигналов, три компаратора, четыре триггера, узел выделения третьего периода синусоид, согласующее устройство, счетчик, ключевое устройство и последовательно соединенные преобразователь временный интервал-цифра, блок деления, блок вычитания и вычислительное устройство, при этом выход согласующего устройства подключен к входу третьего компаратора, выход которого подключен к первому входу счетчика, выход счетчика одновременно соединен со вторым входом ключевого устройства и с первым входом четвертого триггера, выход которого подключен ко второму входу счетчика, входы первого и второго компараторов подключены к коммутатору, 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 ко вторым входам первого, второго, третьего и четвертого триггеров, а первый вход третьего триггера подключен к коммутатору, выход третьего триггера подключен к первому входу ключевого устройства, выход которого подключен к первому входу второго триггера, а выход второго триггера подключен к преобразователю временной интервал-цифра, отличающийся тем, что он дополнен устройством синхронизации, логическим сумматором и шестью ключами, по два в каждой измерительной базе, при этом первый вход каждого ключа соединен с выходом соответствующего акустического преобразователя своей измерительной базы, выходы ключей, входы которых подключены к первым электроакустическим преобразователям каждой измерительной базы, одновременно подключены к одному входу коммутатора, выходы ключей, входы которых подключены ко вторым электроакустическим преобразователям каждой измерительной базы, подключены к другому входу коммутатора, вторые входы ключей первой измерительной базы подключены к первому выходу устройства синхронизации, вторые входы ключей второй измерительной базы подключены ко второму выходу устройства синхронизации, вторые входы ключей третьей измерительной базы подключены к третьему выходу устройства синхронизации, первый, второй и третий входы логического сумматора подключены к соответствующим выходам устройства синхронизации, а его выход одновременно подключен к коммутатору и вычислительному устройству.
Figure 00000001
An ultrasonic flow velocity meter containing three measuring bases, including two reversible electro-acoustic transducers located at an angle of 120 ° relative to each other and at an angle of 30-60 ° in the vertical plane, as well as a switch to which a transmitter and receiver of pulse signals are connected, three a comparator, four triggers, a third-period sine wave allocation unit, a matching device, a counter, a key device, and a time-to-digital converter in series, a division unit, a subtraction unit and a computing device, while the output of the matching device is connected to the input of the third comparator, the output of which is connected to the first input of the counter, the output of the counter is simultaneously connected to the second input of the key device and to the first input of the fourth trigger, the output of which is connected to the second input of the counter, inputs the first and second 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 first input of the node I’m the third period of the sine wave, the output 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 inputs of the first, second, third and fourth triggers, and the first input of the third trigger is connected to the switch, the output of the third trigger is connected to the first input of the key a device whose output 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, characterized in that it is supplemented by a synchronization device and, with a logical adder and six keys, two in each measuring base, while the first input of each key is connected to the output of the corresponding acoustic transducer of its measuring base, the outputs of the keys, the inputs of which are connected to the first electro-acoustic transducers of each measuring base, are simultaneously connected to one input the switch, the outputs of the keys, the inputs of which are connected to the second electro-acoustic transducers of each measuring base, are connected to another input of the switch, the second input the keys of the first measuring base are connected to the first output of the synchronization device, the second inputs of the keys of the second measuring base are connected to the second output of the synchronization device, the second inputs of the keys of the third measuring base are connected to the third output of the synchronization device, the first, second and third inputs of the logical adder are connected to the corresponding outputs of the device synchronization, and its output is simultaneously connected to the switch and the computing device.
Figure 00000001
RU2011139047/28U 2011-09-23 2011-09-23 ULTRASONIC FLOW SPEED METER RU113012U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011139047/28U RU113012U1 (en) 2011-09-23 2011-09-23 ULTRASONIC FLOW SPEED METER

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011139047/28U RU113012U1 (en) 2011-09-23 2011-09-23 ULTRASONIC FLOW SPEED METER

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU113012U1 true RU113012U1 (en) 2012-01-27

Family

ID=45786803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011139047/28U RU113012U1 (en) 2011-09-23 2011-09-23 ULTRASONIC FLOW SPEED METER

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU113012U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2530832C1 (en) * 2013-06-11 2014-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "ЛОМО МЕТЕО" Ultrasonic meter of flow speeds
RU210598U1 (en) * 2022-01-10 2022-04-21 Акционерное общество "ЛОМО" ACOUSTIC ANEMOMETER

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2530832C1 (en) * 2013-06-11 2014-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "ЛОМО МЕТЕО" Ultrasonic meter of flow speeds
RU210598U1 (en) * 2022-01-10 2022-04-21 Акционерное общество "ЛОМО" ACOUSTIC ANEMOMETER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106771347B (en) A kind of frequency sweep type ultrasonic wind measurement method
CN105300508B (en) The dual threshold detection circuit and detection method of a kind of transit-time of ultrasonic
CN102749107A (en) High-precision time difference type single-pulse ultrasonic flowmeter system and flow measurement method thereof
US8972208B2 (en) Flow meter device
RU113012U1 (en) ULTRASONIC FLOW SPEED METER
CN101813528A (en) Method for precisely measuring temperature by using ultrasonic technology and measuring instrument
CN102288340B (en) Reaction flywheel output torque measuring circuit and measuring method thereof
Chandran et al. Time of flight measurement system for an ultrasonic anemometer
CN104897219A (en) High-accuracy low-power consumption ultrasonic flowmeter
CN104237892B (en) Atmospheric temperature sounding system and method of wind profiling radar
CN201637504U (en) High-sensitivity ultrasonic thermometer
CN104316775A (en) Pulse signal cycle and duty ratio continuous measurement method
CN103412474B (en) Range high-precision expanded circuit when TDC-GP2 based on FPGA surveys
CN205785491U (en) A kind of Sound speed profile instrument based on TOF technology
RU2675418C1 (en) Ultrasonic acoustic anemometer
RU108631U1 (en) ULTRASONIC FLOW SPEED METER
RU83620U1 (en) ULTRASONIC FLOW SPEED METER
RU2530832C1 (en) Ultrasonic meter of flow speeds
RU169800U1 (en) ACOUSTIC ANEMOMETER
RU152831U1 (en) ULTRASONIC FLOW SPEED METER
Chandran et al. FPGA based ToF measurement system for ultrasonic anemometer
CN105738651A (en) Ultrasonic wave wind speed measurement apparatus with temperature compensation
RU77975U1 (en) ULTRASONIC FLOW SPEED METER
GB1072519A (en) Improvements in or relating to speed measuring devices
RU135149U1 (en) ULTRASONIC FLOW SPEED METER

Legal Events

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

Effective date: 20130924