RU135149U1 - ULTRASONIC FLOW SPEED METER - Google Patents
ULTRASONIC FLOW SPEED METER Download PDFInfo
- Publication number
- RU135149U1 RU135149U1 RU2013126753/28U RU2013126753U RU135149U1 RU 135149 U1 RU135149 U1 RU 135149U1 RU 2013126753/28 U RU2013126753/28 U RU 2013126753/28U RU 2013126753 U RU2013126753 U RU 2013126753U RU 135149 U1 RU135149 U1 RU 135149U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- inputs
- trigger
- switch
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Использование: в приборостроении, а именно, в технике измерения параметров ветра, в частности для измерения горизонтальных скоростей и направления ветра, для вертикальной компоненты скорости ветра и а также в аэропортах для обеспечения безопасности полетов воздушных судов. Задача: повышение надежности и расширение температурного диапазона функционирования. Сущность: 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, а так же устройство синхронизации, логический сумматор и шесть ключей, по два в каждой измерительной базе, 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 к второму входу узла выделения третьего периода синусоид, 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 и к устройству синхронизации, этом первый вход каждого ключа соединен с выходом соответствующего электроакустического 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, дополнен шестью нагревателями, расположенными по два в каждой измерительной базе, имеющих непосредственный тепловой контакт со своим электроакустическим преобразователем и подключенные через второй коммутатор к источнику питания и контролеру температуры, также тремя устройствами ИЛИ, устройством управления и вторым счетчиком, выход которого подключен к первому входу устройства управления, ко второму входу которого подключен выход контроллера температуры, а его первый выход подключен к управляющему входу второго коммутатора, при этом второй выход одновременно соединен с установочными (дополнительными) входами устройства синхронизации и вычислительного устройства и первыми входами трех устройств ИЛИ, причем вторые входы первого и третьего устройств ИЛИ подключены к выходу узла выделения третьего периода синусоиды, выход первого устройства ИЛИ одновременно соединен со вторыми входами первого, третьего и четвертого триггеров, выход третьего устройства ИЛИ подключен к второму входу второго триггера, второй вход второго устройства ИЛИ подключен к выходу первого триггера, а его выход - к второму входу второго счетчика, первый вход которого подключен к выходу третьего компаратора. 1 н.п. ф-лы; 3 илл. Usage: in instrumentation, namely, in the technique of measuring wind parameters, in particular for measuring horizontal speeds and wind directions, for the vertical component of wind speed and also at airports to ensure flight safety of aircraft. Objective: improving reliability and expanding the temperature range of operation. SUBSTANCE: ultrasonic flow velocity meter, comprising three measuring bases, including two reversible electroacoustic transducers located at an angle of 120 ° relative to each other and at an angle (30-60 °) in a vertical plane, as well as a switch to which a transmitter and receiver are connected pulse signals, three comparators, four triggers, a third-period sine wave selection node, matching device, counter, key device, and a time-to-digital converter in series, bl division, subtraction unit and computing device, as well as a synchronization device, logical adder and six keys, two in each measuring base, 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 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, the inputs of the first and second comparators are connected to the switch, the output of the first computer the radiator 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 sine wave, the output of the first trigger is connected to the second input of the selection node of the third sine wave, 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 a time-to-digital converter and to a synchronization device, this first the input input of each key is connected to the output of the corresponding electro-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 of 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 switch input, the second key inputs of the first measuring base are connected to the first output of the device synchronously nation, 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 connected to the switch and a computing device, supplemented by six heaters, two in each measuring base, having direct thermal contact with their electro-acoustic transducer and connected through a second switch to a power source and a temperature controller, also three OR devices, a control device and a second counter, the output of which is connected to the first input of the control device, to the second input of which the output of the temperature controller is connected, and its first output is connected to the control input of the second switch, while the second output is simultaneously connected to the installation (additional) inputs of the synchronization device and computing device VA and the first inputs of the three OR devices, the second inputs of the first and third OR devices connected to the output of the selection node of the third sine wave, the output of the first OR device is simultaneously connected to the second inputs of the first, third and fourth triggers, the output of the third OR device is connected to the second input of the second trigger, the second input of the second device OR is connected to the output of the first trigger, and its output is to the second input of the second counter, the first input of which is connected to the output of the third comparator. 1 n.p. f-ly; 3 ill.
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 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.
Известен 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, при этом 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.Known 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 pulsed signals, two comparators, the inputs of which are connected to the switch, three triggers and a selection unit of the third sine wave period, while 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 with nusoid, 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 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, output 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 computing device, and the electroacoustic transducers Each channel for measuring wind speed is formed by three measuring bases located at an angle of 120 ° relative to each other and at an angle of (30-60) ° in a vertical plane, while each of the three channels for measuring wind speed is supplemented by a sequentially connected matching device, a third comparator and a counter , the fourth trigger and the 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 Ora input connected to the output node of the third selection period sinusoids first input key device connected to the output of the third comparator, and its output - to the first input of the second flip-flop, the input of the matching device is connected to a first input of the third comparator.
К недостаткам известного ультразвукового измерителя скоростей потока можно отнести недостаточную надежность, 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 insufficient reliability, manufacturability and increased material consumption and power consumption, 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.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является ультразвуковой измеритель скоростей потока [9], 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, а также устройство синхронизации, логический сумматор и шесть ключей, по два в каждой измерительной базе, 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 и к устройству синхронизации, 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.The closest technical solution to the proposed utility model is an ultrasonic flow velocity meter [9], containing 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, as well as 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 therefore, the connected time-to-digit converter, a division unit, a subtraction unit and a computing device, as well as a synchronization device, a logical adder and six keys, two in each measuring base, 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, the inputs of the of the second 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 allocation node of the third sine wave, the output of the first trigger is connected to the second input of the allocation node of the third sine wave, the output of which is connected to the second inputs 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 is It is connected to the first input of the second trigger, and the output of the second trigger is connected to a time-to-digital converter and to a synchronization device, 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 bases simultaneously connected to one input of the switch, key outputs, the inputs of which are connected to the second electro-acoustic transducers of each measuring base, 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, the second and third inputs of the logical adder are connected to the corresponding outputs of the synchronization device, and its output is simultaneously connected to the switch and calculates Extension Units.
К недостаткам известного устройства следует отнести низкую надежность и ограниченный температурный диапазон функционирования.The disadvantages of the known device include low reliability and a limited temperature range of operation.
Это связано с тем, что параметры электроакустических преобразователей, имея значительный технологический разброс, существенно зависят от внешних факторов, особенно от температуры окружающей среды. Кроме того, разброс значений этих параметров усиливается после герметизации ультразвуковых преобразователей и механического крепления их в конструкции прибора.This is due to the fact that the parameters of electro-acoustic transducers, having a significant technological spread, significantly depend on external factors, especially on the ambient temperature. In addition, the spread in the values of these parameters is enhanced after sealing the ultrasonic transducers and their mechanical fastening in the device design.
Следует отметить, что механические свойства герметиков под действием температуры окружающей среды изменяются, приводя к дополнительным изменениям параметров электроакустических преобразователей. При этом точность установки длин измерительных баз в приборе обеспечивается за счет более жесткой механической фиксацией электроакустических преобразователей, что приводит к повышению уровня вибрационных помех и, следовательно, к необходимости увеличения в 1,5-2 раза порога срабатывания первого компаратора известного устройства.It should be noted that the mechanical properties of sealants under the influence of ambient temperature change, leading to additional changes in the parameters of electro-acoustic transducers. Moreover, the accuracy of setting the lengths of the measuring bases in the device is ensured by more rigid mechanical fixation of the electro-acoustic transducers, which leads to an increase in the level of vibrational interference and, therefore, to the need to increase the threshold of operation of the first comparator of the known device by 1.5-2 times.
Таким образом, уровни сигналов прямого и обратного хода при приеме и излучении в каждой измерительной базе, существенно отличаясь друг от друга уже в процессе изготовления прибора, при эксплуатации в результате воздействия внешних неблагоприятных факторов могут быть ниже порога срабатывания первого компаратора известного устройства, что приведет к сбоям в измерениях и появлению ложной информации.Thus, the levels of the forward and reverse signals during reception and radiation in each measuring base, significantly differing from each other already in the manufacturing process of the device, during operation as a result of external adverse factors may be lower than the threshold of the first comparator of the known device, which will lead to measurement failures and the appearance of false information.
Более того, известно, что все электроакустические преобразователи, даже фирм «Murata» имеют нижний порог температуры функционирования -30°С÷-40°С, что не соответствует требованиям функционирования метеорологических приборов, для которых установленный нижний порог температурного диапазона функционирования составляет -55°С, и является серьезным недостатком устройства.Moreover, it is known that all electro-acoustic transducers, even Murata firms, have a lower operating temperature threshold of -30 ° C to -40 ° C, which does not meet the operational requirements of meteorological instruments for which the established lower operating temperature threshold is -55 ° C, and is a serious drawback of the device.
Кроме того, зафиксированы случаи обледенения (образования наледи) на элементах конструкции измерительной базы известного устройства при воздействии дождя или мокрого снега при температурах окружающего воздуха в диапазоне от 0°С до -2°С или загрязнения рабочих поверхностей электроакустических преобразователей, что приводило к полной потери работоспособности известного устройства и выдаче ложной информации в течение длительного времени, т.к. приборы устанавливаются на значительных расстояниях от диспетчерских пунктов сбора метеорологической информации.In addition, there were cases of icing (ice formation) on the structural elements of the measuring base of the known device when exposed to rain or wet snow at ambient temperatures in the range from 0 ° C to -2 ° C or contamination of the working surfaces of electro-acoustic transducers, which led to a complete loss the health of the known device and the issuance of false information for a long time, because Instruments are installed at considerable distances from control centers for collecting meteorological information.
Основной задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение надежности и расширение температурного диапазона функционирования.The main task, which the proposed utility model is aimed at, is to increase reliability and expand the temperature range of operation.
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, 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, а так же устройство синхронизации, логический сумматор и шесть ключей, по два в каждой измерительной базе, 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 второму входу триггера, 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 и устройству синхронизации, первый вход каждого ключа соединен с выходом соответствующего электроакустического 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.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, as well as a switch to which a pulse signal transmitter and receiver are connected, three comparators, four triggers, a third-period sine wave extraction unit, a matching device, a counter, a key device, and the last The time-to-digit converter, the division unit, the subtraction unit, and the computing device, as well as the synchronization device, the logical adder, and six keys, two in each measuring base, two in each measuring base, the output of the matching device 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, the inputs of the first and the second comparator is 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 allocation node of the third sine wave, the output of the first trigger is connected to the second input of the allocation node of the third period of the sine wave, the output of which is connected to the second input of the trigger, 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 era, and the output of the second trigger is connected to a time-to-digit converter and a synchronization device, the first input of each key is connected to the output of the corresponding electro-acoustic transducer of its measuring base, the outputs of the keys whose inputs are connected to the first electro-acoustic transducers of each measuring base are simultaneously connected to one input switch, key outputs, the inputs of which are connected to the second electro-acoustic transducers of each measuring base, are connected to another at the switch input, 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 the adder is connected to the corresponding outputs of the synchronization device, and its output is simultaneously connected to the switch and the computing device.
В отличие от прототипа предлагаемый ультразвуковой измеритель скоростей потока дополнен шестью нагревателями, расположенными по два в каждой измерительной базе, имеющих непосредственный тепловой контакт со своим электроакустическим преобразователем и подключенные через второй коммутатор к источнику питания и контролеру температуры, тремя устройствами ИЛИ, устройством управления и вторым счетчиком, выход которого подключен к первому входу устройства управления, ко второму входу которого подключен выход контроллера температуры, а его первый выход подключен к управляющему входу второго коммутатора, второй выход одновременно подключен к установочным (дополнительным) входам устройства синхронизации и вычислительного устройства и первым входам трех (всех) устройств ИЛИ, причем вторые входы первого и третьего устройств ИЛИ подключены к выходу узла выделения третьего периода синусоиды, выход первого устройства ИЛИ одновременно соединен со вторыми входами первого, третьего и четвертого триггеров, выход третьего устройства ИЛИ подключен к второму входу второго триггера, второй вход второго устройства ИЛИ подключен к выходу первого триггера, а его выход - к второму входу второго счетчика, первый вход которого подключен к выходу третьего компаратора.Unlike the prototype, the proposed ultrasonic flow rate meter is supplemented by six heaters, two in each measuring base, having direct thermal contact with their electro-acoustic transducer and connected through a second switch to a power source and temperature controller, three OR devices, a control device and a second counter the output of which is connected to the first input of the control device, to the second input of which the output of the temperature controller is connected, e the first output is connected to the control input of the second switch, the second output is simultaneously connected to the installation (additional) inputs of the synchronization device and the computing device and the first inputs of three (all) OR devices, and the second inputs of the first and third OR devices are connected to the output of the third period selection node sine waves, the output of the first OR device is simultaneously connected to the second inputs of the first, third and fourth triggers, the output of the third OR device is connected to the second input of the second trigger a second OR input of the second device is connected to the output of the first flip-flop and its output - to the second input of the second counter having a first input connected to the output of the third comparator.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что, благодаря введению шести нагревателей, расположенных по два в каждой измерительной базе с непосредственным тепловым контактом со своим электроакустическим преобразователем, второго коммутатора, трех устройств ИЛИ, контроллера температуры, устройства управления, второго счетчика и источника питания обогрева и их взаимодействием с остальными элементами ультразвукового измерителя скоростей потока, обеспечивается расширение температурного диапазона функционирования и повышение надежности и эффективности эксплуатации в сложных метеорологических условиях.The essence of the proposed utility model is that, thanks to the introduction of six heaters, two in each measuring base with direct thermal contact with its electro-acoustic transducer, a second switch, three OR devices, a temperature controller, a control device, a second counter and a heating power source and their interaction with other elements of the ultrasonic flow velocity meter, the expansion of the temperature range of functioning and shenie reliability and efficiency of operation in adverse weather conditions.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, гдеThe proposed utility model is illustrated in the drawing, where
на 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 стабилизации температурного режима;figure 2 - timing diagrams of the interaction of nodes stabilizing the temperature regime;
фиг.3 - временные диаграммы взаимодействия узлов в случае обледенения (загрязнения).figure 3 - timing diagrams of the interaction of nodes in the case of icing (pollution).
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 первый 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, логический сумматор 24, а также шесть обогревателей 25I и 26I, 25II и 26II, 25III и 26III, расположенных по два в каждой измерительной базе I, II и III, с непосредственным тепловым контактом со своим электроакустическим преобразователем 1I и 2I, 1II и 2II, 1III и 2III, подключенные через второй коммутатор 27 к контролеру температуры 28 и источнику питания 29, устройство управления 30, второй счетчик 31 и первое 321, второе 322 и третье 323 устройства ИЛИ.The ultrasonic flow velocity meter contains three measuring bases I, II and III, each of which includes two reversible electro-
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 первому 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 одновременно к вторым входам первого 321 и третьего 323 устройств ИЛИ, 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, выход второго триггера 12 подключен к преобразователю временного интервал-цифра 19 и к входу устройства синхронизации 23, выход первого счетчика 16 одновременно подключен к 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 соединен 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
Выход счетчика 31 подключен к первому входу устройства управления 30, ко второму входу которого подключен выход контроллера температуры 28, а его первый выход подключен к входу управления коммутатора 27, а второй выход одновременно соединен с установочными дополнительными входами устройства синхронизации 23 и вычислительного устройства 22 и с первыми входами всех устройств ИЛИ 321, 322 и 323, причем выход первого устройства ИЛИ 321 одновременно соединен со вторыми входами первого 10, третьего 13 и четвертого 17 триггеров, второй вход второго устройства ИЛИ 322 подключен к выходу первого триггера 10, а его выход - к второму входу второго счетчика 31, первый вход которого подключен к выходу третьего компаратора 15, выход третьего устройства ИЛИ 323 подключен к второму входу второго триггера 12.The output of the
Ультразвуковой измеритель скоростей потока работает следующим образом.Ultrasonic flow velocity meter works as follows.
В начале устройство управления 30 со своего второго выхода выдает сигнал U302 (см. фиг.2), поступающий на установочные входы вычислительного устройства 22 и устройство синхронизации 23, а через второе устройство ИЛИ 322 на второй вход второго счетчика 31, через третье устройство ИЛИ 323 на второй вход триггера 12 и через первое ИЛИ 321 на вторые входы первого 10, третьего 13 и четвертого 17 триггеров, запрещая начало работы этих устройств.At the beginning, the
Одновременно сигналом U301 со своего первого выхода устройство управления 30 подключает обогреватели 25I и 26I, 25II и 26II, 25III и 26III через второй коммутатор 27 к входу контроллера температуры 28, который измеряет сопротивление обогревателей 25I и 26I, 25II и 26II, 25III и 26III, пропорциональное температуре этих обогревателей. Так как каждый обогреватель 25I и 26I, 25II и 26II, 25III и 26III, имеет непосредственный тепловой контакт со своим электроакустическим преобразователем 1I и 2I, 1II и 2II, 1III и 2III, то измеренная температура пропорциональна (практически равна) температуре этих электроакустических преобразователей. Выходной сигнал U28 контроллера температуры 28, пропорциональный температуре электроакустических преобразователей 1I и 2I, 1II и 2II, 1III и 2III, поступает на второй вход устройства управления 30. В зависимости от текущего значения сигнала U28, пропорционального измеренной температуры, устройство управления 30 определяет необходимый режим работы предложенного ультразвукового измерителя.At the same time, with a signal U30 1 from its first output, the
Если значения текущей температуры соответствует допустимым пределам, то устройство управления 30, удерживая второй коммутатор 27 сигналом U301 в состоянии измерения температуры обогревателей 25I и 26I, 25II и 26II, 25III и 26III, прекращает выдачу сигнала U302, разрешая работу устройству синхронизации 23, вычислительному устройству 22, первому 10, второму 12, третьему 13 и четвертому 17 триггерам и второму счетчику 31.If the current temperature corresponds to the permissible limits, the
При этом начинается цикл измерений, который состоит в следующем.At the same time, a measurement cycle begins, which consists in the following.
Устройство синхронизации 23 на своих выходах последовательно, начиная с первого, вырабатывает управляющие сигналы U23, и , 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.The
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, 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
Первый 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.The
При этом начало каждого излучаемого импульса U6 с коммутатора 5 запускает третий триггер 13, сигнал U13 которого поступает на первый вход закрытого ключевого устройства 18.In this case, the beginning of each emitted pulse U 6 from the
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 U4.At the same time, the emitted pulse U 6 is supplied to the input of the
Далее выходные импульсы U15 третьего компаратора 15 одновременно поступают на входы первого счетчика 16, который формирует выходной сигнал U16, соответствующий третьему периоду излучаемого импульса U6, открывающий ключевое устройство 18, и второго счетчика 31, который начинает подсчет периодов излучаемого сигнала U6.Next, the output pulses U 15 of the
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
Одновременно сигнал U16 с выхода счетчика 16 переключает четвертый триггер 17, который своим входным сигналом U17 запрещает работу первого счетчика 16.At the same time, the signal U 16 from the output of the
Далее принимаемые сигналы U7 (см. фиг.2) поступают на первый компаратор 8, который имеет порог срабатывания Un>0 и всегда больше шумового сигнала приемного канала и второго компаратора 9, который имеет порог срабатывания Un=0, что обеспечивает точную фиксацию начала периода принимаемого синусоидального сигнала U7.Next, the received signals U 7 (see Fig. 2) are sent to the
Далее с первого компаратора 8 импульсы сигнала U8 поступают на первый триггер 10, сигнал U10 которого поступает на второй вход первого устройства ИЛИ 321 и 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 третьего устройства ИЛИ 323, а с его выхода на вход триггера 12 и возвращает триггер в нулевое состояние.Further, from the
Сигнал U10 через второе устройство ИЛИ 322 поступает на второй вход счетчика 31, устанавливая его в нулевое состояние и запрещая его работу до формирования следующего импульса U6.The signal U 10 through the second device OR 32 2 is supplied to the second input of the
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
Одновременно сигнал U11 с выхода узла выделения третьего периода синусоид 11 поступает на второй вход первого устройства ИЛИ 321, а с его выхода 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.At the same time, the signal U 11 from the output of the selection unit of the third period of the
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.Next, the pulse U 12 from the
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 переходных процессов в устройствах и для записи информации с выхода блока вычитания 21 в вычислительное устройство 22.Moreover, according to the decline of every second pulse U 12 from the output of the
По окончании времени Тзад (см. фиг.2) устройство синхронизации 23 вырабатывает на своем следующем выходе управляющий сигнал U23i, 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 (see figure 2), the
Так как значение скорости звука в воздухе за время измерения не меняется, то при вычитании она 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 air does not change during the measurement, it is excluded when subtracting. 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
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
В случае, когда температура обогревателей 25I и 26I, 25II и 26II, 25III и 26III, а следовательно, и электроакустических преобразователей 1I и 2I, 1II и 2II, 1III и 2III, будет ниже допустимого уровня, устройство управления 30, не снимая своего запрещающего сигнала U302, со второго выхода, начинает периодически подключать обогреватели 25I и 26I, 25II и 26II, 25III и 26III, через коммутатор 27 то к источнику питания 29, нагревая их, то к контроллеру температуры 28 для контроля текущей температуры обогревателей 25I и 26I, 25II и 26II, 25III и 26III, и, следовательно, связанных с ними тепловыми контактами соответствующих электроакустических преобразователей.In the case when the temperature of the
Таким образом, сигнал U302 (см. фиг.2), запрещающий работу устройства синхронизации 23, вычислительного устройства 22, второго счетчика 31 и первого 10, третьего 13 и четвертого 17 триггеров, будет вырабатываться до достижения текущей температуры обогревателей 25I и 26I, 25II и 26II, 25III и 26III, а значит и электроакустических преобразователей 1I и 2I, 1II и 2II, 1III и 2III, допустимых значений.Thus, the signal U30 2 (see figure 2 ), which prohibits the operation of the
Таким образом, стабилизируется температурный режим работы электроакустических преобразователей 1I и 2I, 1II и 2II, 1III и 2III, поддерживающий уровни параметров электроакустических преобразователей в заданных пределах, что предотвращает возможные сбои (пропуски) измерений, которые имели место в известном устройстве при изменении температуры окружающей среды. Это отличие от прототипа значительно повышает надежность и расширяет температурный диапазон функционирования по сравнению с известным устройством.Thus, the temperature regime of electro-
Кроме того, постоянный контроль и управление температурой функционирования электроакустических преобразователей 1I и 2I, 1II и 2II, 1III и 2III, существенно снижает вероятность обледенения на элементах конструкции измерительной базы, где установлены эти преобразователи, что дополнительно улучшает эксплуатационные характеристики предлагаемого устройства. Однако в сложных метеорологических условиях сильный снегопад и длительный дождь возможно образование ледяной корки на узлах конструкции, где вмонтированы электроакустические преобразователи.In addition, constant monitoring and control of the operating temperature of electro-
В этом случае в начале цикла измерений в любой измерительной базе I, II и III, где это обледенение возникло, предлагаемое устройство будет продолжать функционирование следующим образом.In this case, at the beginning of the measurement cycle in any measuring base I, II and III, where this icing occurred, the proposed device will continue to function as follows.
Устройство синхронизации 23 на своих выходах последовательно, начиная с первого, вырабатывает управляющие сигналы U23, и (см. фиг.3), 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.The
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, 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
Первый 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.The
При этом начало каждого излучаемого импульса U6 с коммутатора 5 запускает третий триггер 13, сигнал U13 которого поступает на первый вход закрытого ключевого устройства 18.In this case, the beginning of each emitted pulse U 6 from the
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 U4.At the same time, the emitted pulse U 6 is supplied to the input of the
Далее выходные импульсы U15 третьего компаратора 15 одновременно поступают на входы первого счетчика 16, который формирует выходной сигнал U16, соответствующий третьему периоду излучаемого импульса U6, открывающий ключевое устройство 18, и второго счетчика 31, который начинает подсчет периодов излучаемого сигнала U6.Next, the output pulses U 15 of the
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
Одновременно сигнал U16 с выхода счетчика 16 переключает четвертый триггер 17, который своим входным сигналом U17 запрещает работу первого счетчика 16.At the same time, the signal U 16 from the output of the
Далее принимаемые сигналы U7 (см. фиг.3) поступают на первый компаратор 8, который имеет порог срабатывания Un>0 и всегда больше шумового сигнала приемного канала и второго компаратора 9, который имеет порог срабатывания Un=0, что обеспечивает точную фиксацию начала периода принимаемого синусоидального сигнала U7.Further, the received signals U 7 (see Fig. 3) are sent to the
Однако в случае обледенения уровень принимаемого сигнала U7 будет значительно меньше порогового уровня Un первого компаратора 8, который, с учетом ранее указанных технологических причин, был установлен достаточно высоким для устранения ложных срабатываний. При этом, выходной сигнал U8 с компаратора 8 будет отсутствовать и срабатывания первого триггера 10 не произойдет. В результате на его выходе и, следовательно, на выходе второго устройства ИЛИ 322 будет отсутствовать сигнал, запрещающий работу второго счетчика 31, который будет продолжать подсчет числа периодов излучаемого импульса U6.However, in case of icing, the level of the received signal U 7 will be significantly lower than the threshold level U n of the
Когда число превышает пороговое значение Nn, второй счетчик 31 на выходе сформирует сигнал U31 (см. фиг.3). Пороговое число периодов Nn пропорционально максимальному ожидаемому времени появления первой полуволны принимаемого сигнала U7 и определяется соотношениемWhen the number exceeds the threshold value N n , the
, где where
Lб - длина измерительной базы,L b - the length of the measuring base,
Vзв min - минимальная скорость звука в воздухе,V sv min - the minimum speed of sound in air,
Vu - максимальная скорость ветра, измеренная вдоль оси измерительной базы,V u - maximum wind speed measured along the axis of the measuring base,
fзв - частота ультразвукового сигнала.f Sv is the frequency of the ultrasonic signal.
Выходной сигнал U31 второго счетчика 31 поступает на I-ый вход устройства управления 30, который на своем втором выходе вырабатывает сигнал U302, поступающий на установочные входы устройства синхронизации 23 и вычислительной устройство 22, а через первое 321, второе 322 и третье 323 устройства ИЛИ соответственно на вторые входы первого 10, второго 13 и четвертого 17 триггеров и второго счетчика 31, устанавливая их в исходное состояние и блокируя их работу на время действия сигнала U302.The output signal U31 of the
Одновременно устройство управления 30 переходит в режим форсированного обогрева электроакустических преобразователей 1I и 2I, 1II и 2II, 1III и 2III, подключая обогреватели 25I и 26I, 25II и 26II, 25III и 26III, к источнику питания 28 через коммутатор 27 на более длительные периоды времени (см. фиг.3), повышая температуру обогревателей 25I и 26I, 25II и 26II, 25III и 26III до максимально допустимой для электроакустических преобразователей 1I и 2I, 1II и 2II, 1III и 2III (или материалов конструкции, например, герметиков и т.д.) проводя контроль текущей температуры и поддерживая эту температуру в течение времени, определяемого опытным путем (в зависимости от мощности обогревателей, допустимой максимальной температуры и массогабаритных характеристик конструкции, где устанавливаются электроакустические преобразователи 1I и 2I, 1II и 2II, 1III и 2III).At the same time, the
По завершению I-го цикла форсированного режима обогрева устройство управления 30 подключает сигналом U301 обогреватели 25I и 26I, 25II и 26II, 25III и 26III через коммутатор 27 к входу контроллера температуры 28, и снимает со своего второго выхода сигнал U302, разрешая начало цикла измерения, который, как это было описано ранее, начинается с формирования сигналов на выходе устройства синхронизации 23 (см. фиг.3).Upon completion of the 1st cycle of the forced heating mode, the
Если первый цикл форсированного режима обогрева обеспечил устранение обледенения на элементах конструкции всех измерительных баз, то процесс измерения будет проведен в полном объеме для всех измерительных баз I, II и III, как это было описано ранее, (см. фиг.2), так как уровень принимаемого сигнала U7 будет превышать порог срабатывания первого компаратора U8 соответственно и первого триггера 10. Выходной сигнал U10 первого триггера 10 поступая через второе устройство ИЛИ на второй вход второго счетчика 31, запрещает его работу и устанавливает его в нулевое состояние, предотвращая формирование на его выходе сигнала U31, который переводит работу устройства управления 30 в режим форсированного обогрева.If the first cycle of the forced heating mode ensured the elimination of icing on the structural elements of all measuring bases, the measurement process will be carried out in full for all measuring bases I, II and III, as described previously (see figure 2), since level of the received signal U 7 will exceed the first threshold comparator U 8, respectively, and first flip-
Если же устранение обледенения не произошло хотя бы в одной из измерительных баз I, II и III, то, как отмечалось ранее, уровень сигнала U7 в цикле измерений в этой измерительной базе, будет меньше порога срабатывания первого компаратора 8, и сигнал на его выходе, а также на выходе первого триггера 10 будет отсутствовать.If the elimination of icing did not occur in at least one of the measuring bases I, II and III, then, as noted earlier, the signal level U 7 in the measurement cycle in this measuring base will be less than the response threshold of the
В результате второй счетчик 31 будет продолжать подсчет числа периодов импульса генерации U6 до порогового значения Nn.As a result, the
Поэтому на выходе второго счетчика 31 сформируется сигнал U31, поступающий на вход устройства управления 30, которое начнет проводить следующий цикл форсированного обогрева электроакустических преобразователей, описанный ранее (см. фиг.3). Если число форсированных режимов в процессе ликвидации обледенения превысило более 5, то вычислительное устройство 22 на своем выходе вместо нулевой информации выдаст сигнал неисправности, поступающий на диспетчерский пункт и позволяющий принять соответствующие меры к восстановлению нормальной работы предлагаемого устройства при минимальных потерях времени.Therefore, at the output of the
Следует отметить, что такая аварийная ситуация может возникнуть также за счет загрязнения или налипания предметов (например, листьев) на рабочую поверхность электроакустических преобразователей.It should be noted that such an emergency can also occur due to contamination or sticking of objects (for example, leaves) on the working surface of electro-acoustic transducers.
Однако вышеописанные особенности алгоритма работы предлагаемого устройства позволяет в кратчайшее время выявить и принять меры к устранению подобных ситуаций, что было невозможно при эксплуатации известного устройства.However, the above features of the algorithm of the proposed device allows you to quickly identify and take measures to eliminate such situations, which was impossible during operation of the known device.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет обеспечить не только повышение надежности и расширение температурного диапазона функционирования, но и повысить эффективность ее эксплуатации за счет адаптации алгоритма функционирования в сложных метеоусловиях, обеспечиваемого вновь введенными шестью обогревателями, по два в каждой измерительной базе и имеющих непосредственный тепловой контакт с соответствующими электроакустическими преобразователями, второго коммутатора, контроллера температуры, источника питания, устройства управления, второго счетчика и трех устройств ИЛИ и их взаимодействиям с остальными узлами предлагаемой полезной модели, чем достигается повышение безопасности взлета и посадки воздушных судов.Thus, the proposed utility model allows not only to increase the reliability and expansion of the temperature range of operation, but also to increase the efficiency of its operation by adapting the algorithm of operation in difficult weather conditions, provided by the newly introduced six heaters, two in each measuring base and having direct thermal contact with appropriate electro-acoustic transducers, second switch, temperature controller, power source, device of control, a second counter and three OR devices and their interactions with 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
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
3 Российская Федерация, патент на изобретение №2093835, МПК: 6 G01P 5/01, 1997 г.3 Russian Federation, patent for invention No. 2093835, IPC: 6
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
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:
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
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
8 Российская Федерация, патент на полезную модель №108631, МПК: G01P 5/01, 20.09.2011 г.8 Russian Federation, utility model patent No. 108631, IPC:
9 Российская Федерация, патент на полезную модель №113012, МПК: G01P 5/00, 27.01.2012 г. - прототип.9 Russian Federation, utility model patent No. 113012, IPC:
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013126753/28U RU135149U1 (en) | 2013-06-11 | 2013-06-11 | ULTRASONIC FLOW SPEED METER |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013126753/28U RU135149U1 (en) | 2013-06-11 | 2013-06-11 | ULTRASONIC FLOW SPEED METER |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU135149U1 true RU135149U1 (en) | 2013-11-27 |
Family
ID=49625584
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013126753/28U RU135149U1 (en) | 2013-06-11 | 2013-06-11 | ULTRASONIC FLOW SPEED METER |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU135149U1 (en) |
-
2013
- 2013-06-11 RU RU2013126753/28U patent/RU135149U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106771347B (en) | A kind of frequency sweep type ultrasonic wind measurement method | |
JP5402620B2 (en) | Flow measuring device | |
RU2159443C2 (en) | System of aeronautical data | |
JP5524972B2 (en) | Flow measuring device | |
US20130269447A1 (en) | Flow meter device | |
CN109716074B (en) | Ultrasonic flowmeter and method of using partial flow measurement | |
CN103090916A (en) | Ultrasonic flow measurement device and ultrasonic flow measurement method | |
CN113702662B (en) | Multichannel synchronous emission flow velocity measurement device and method | |
US20140345391A1 (en) | Flow meter device | |
Jiang et al. | An accurate ultrasonic wind speed and direction measuring method by combining time-difference and phase-difference measurement using coded pulses combination | |
CN104535141A (en) | Flow speed simulating system and method of ultrasonic flowmeter | |
CN102288779B (en) | High-accuracy anti-interference ultrasonic wind speed and wind direction measuring method | |
RU2530832C1 (en) | Ultrasonic meter of flow speeds | |
RU135149U1 (en) | ULTRASONIC FLOW SPEED METER | |
CN104897219A (en) | High-accuracy low-power consumption ultrasonic flowmeter | |
Chandran et al. | Time of flight measurement system for an ultrasonic anemometer | |
RU113012U1 (en) | ULTRASONIC FLOW SPEED METER | |
RU152831U1 (en) | ULTRASONIC FLOW SPEED METER | |
RU83620U1 (en) | ULTRASONIC FLOW SPEED METER | |
CN105738651A (en) | Ultrasonic wave wind speed measurement apparatus with temperature compensation | |
RU108631U1 (en) | ULTRASONIC FLOW SPEED METER | |
RU77975U1 (en) | ULTRASONIC FLOW SPEED METER | |
Chandran et al. | FPGA based ToF measurement system for ultrasonic anemometer | |
CN104568036A (en) | High-precision low-power-consumption ultrasonic flowmeter | |
RU189744U1 (en) | Ultrasonic flow velocity meter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MG1K | Anticipatory lapse of a utility model patent in case of granting an identical utility model |
Ref document number: 2013126755 Country of ref document: RU Effective date: 20141020 |