RU2039991C1

RU2039991C1 - Acoustic method of determining amplitudes of pulsation rates gas or liquid flows

Info

Publication number: RU2039991C1
Application number: RU93016117A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Левцов; Вячеслав Андреевич Ларионов; Виктор Борисович Бычков; Леонид Ефимович Ивлев
Original assignee: Владимир Иванович Левцов; Вячеслав Андреевич Ларионов; Виктор Борисович Бычков; Леонид Ефимович Ивлев
Priority date: 1993-03-29
Filing date: 1993-03-29
Publication date: 1995-07-20

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: method is based upon application of effect concluding in nonlinear interaction of hydro-dynamic field with weak acoustic waves. As a result of interaction, amplitude-phase characteristics of acoustic signal are distorted, which characteristics carry information of pulsations of flow rate. Liquid flow is irradiated by means of acoustic oscillations at carrier frequency with K_a wave number without pulsation rates at first, and level of sonic pressure is measured of acoustic oscillations. After that level of acoustic pressure is measured at different spectral components of pulsation rates of the flow. For the purpose output signal of acoustic detector is demodulated, and spectral analysis is carried out, when the detector is mounted at acoustic wave field and in hydro-dynamic field as well. Amplitudes of pulsation rates are measured at any spectral component from the relation given in the description of the invention. EFFECT: improved precision. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения параметров пульсационных скоростей потоков жидкостей и газов. The invention relates to measuring technique and can be used to determine the parameters of the pulsating flow rates of liquids and gases.

Известны способы аналогичного назначения, заключающиеся в измерении параметров пульсационных скоростей с помощью ультразвуковых колебаний путем регистрации изменений частоты фазы или времени распространения колебаний вдоль и против потока жидкости [1]
Недостатками известных способов являются сложность практической реализации и зависимость результатов измерений от длины задаваемой базы измерения.Known methods for a similar purpose, consisting in measuring the parameters of the pulsating velocities using ultrasonic vibrations by recording changes in the frequency of the phase or the propagation time of the oscillations along and against the fluid flow [1]
The disadvantages of the known methods are the complexity of the practical implementation and the dependence of the measurement results on the length of the specified measurement base.

По технической сущности и количеству совпадающих признаков наиболее близким к заявляемому относится акустический способ определения амплитуд пульсационных скоростей потока газа, заключающийся в обучении исследуемой среды вдоль потока акустическими колебаниями на несущей частоте с волновым числом К_а, приеме акустических колебаний акустическим приемником, демодуляции принятого на несущей частоте акустическим приемником колебаний и проведении спектрального анализа демодулированного сигнала [2]
Недостатками известного способа являются зависимость результатов измерений от величины базы измерения, от частоты акустических колебаний, а также сложность практической реализации.According to the technical nature and the number of matching features, the closest to the claimed one is the acoustic method for determining the amplitudes of pulsating gas flow velocities, which consists in training the medium under investigation by acoustic vibrations at a carrier frequency with a wave number K _a , receiving acoustic vibrations by an acoustic receiver, and demodulation received at a carrier frequency acoustic receiver of oscillations and spectral analysis of the demodulated signal [2]
The disadvantages of this method are the dependence of the measurement results on the size of the measurement base, on the frequency of acoustic vibrations, as well as the complexity of the practical implementation.

Цель изобретения получение результатов измерений параметров пульсационных скоростей, независимых от величины базы измерений, а также упрощение практической реализации способа. The purpose of the invention is the obtaining of measurement results of pulsation velocity parameters independent of the size of the measurement base, as well as simplification of the practical implementation of the method.

Цель достигается тем, что в способе определения амплитуд пульсационных скоростей, заключающемся в облучении исследуемой среды вдоль потока акустическими колебаниями на несущей частоте с волновым числом К_а, приеме акустических колебаний акустическим приемником, демодуляции сигнала, принятого на несущей частоте акустическими приемниками колебаний, и проведении спектрального анализа демодулированного сигнала, с помощью акустического приемника дополнительно измеряют уровень звукового давления Р_о акустических колебаний в отсутствие пульсационных скоростей в потоке, а при проведении спектрального анализа демодули- рованного сигнала измеряют уровень звукового давления Р_а на каждой спектральной составляющей ω_д выходного сигнала, при этом амплитуды пульсационных скоростей V_д на каждой спектральной составляющей определяют из математического выражения
v_д

ln

(1)
На чертеже представлена упрощенная схема устройства для реализации способа.The goal is achieved by the fact that in the method for determining the amplitudes of pulsation velocities, which consists in irradiating the test medium along the flow with acoustic vibrations at a carrier frequency with a wave number K _a , receiving acoustic vibrations with an acoustic receiver, demodulating the signal received at the carrier frequency with acoustic vibrating receivers, and performing spectral analyzing the demodulated signal, via the acoustic receiver further measure the sound pressure level P _{of the} acoustic oscillations in the absence of pulsation in the flow velocities, while spectral analysis of demodulated signal measured by the sound pressure level P _and for each spectral component of an output signal ω _d, the velocity V _d pulsation amplitude of each spectral component is determined from the mathematical expression
v _d

ln

(1)
The drawing shows a simplified diagram of a device for implementing the method.

В гидроканале 1 с пульсационным потоком жидкости устанавливают гидроакустический излучатель 2 акустических колебаний на несущей частоте ω_a, связанной с волновым числом К_а через скорость звука с соотношением К_а ω_a/с. Излучатель 2 подключен к генератору 3 электрических колебаний. На определенном расстоянии от излучателя 2 вдоль по потоку устанавливают отградуированный в единицах давления акустический приемник 4 (гидрофон), выход которого через усилитель 5 подключен к детектору 6 амплитудно-модулированных колебаний, выход которого соединен со спектроанализатором 7.In the hydrochannel 1 with a pulsating fluid flow, a sonar emitter 2 of acoustic vibrations is installed at a carrier frequency ω _a associated with the wave number K _a through the speed of sound with the ratio K _a ω _a / s. The emitter 2 is connected to a generator 3 of electrical oscillations. At a certain distance from the emitter 2, an acoustic receiver 4 (hydrophone), calibrated in pressure units, is installed along the stream, the output of which through an amplifier 5 is connected to an amplitude-modulated vibration detector 6, the output of which is connected to a spectrum analyzer 7.

В состав устройства для реализации способа также входит микроЭВМ 8, определяющая по алгоритму (1) амплитуды V_д пульсационных скоростей для каждой из спектральных составляющих пульсационной скорости ω_д. Способ основан на новом эффекте нелинейного взаимодействия между гидродинамическим полем и слабыми акустическими волнами. Гидродинамические пульсации производят значительные искажения амплитудно-фазовых характеристик акустического сигнала.The structure of the device for implementing the method also includes a microcomputer 8, which determines, according to algorithm (1), the amplitudes V _{d of the} pulsating velocities for each of the spectral components of the pulsating velocity ω _d . The method is based on a new effect of nonlinear interaction between a hydrodynamic field and weak acoustic waves. Hydrodynamic pulsations produce significant distortion of the amplitude-phase characteristics of the acoustic signal.

Способ реализуется следующим образом. Сначала в отсутствие потока пульсационных скоростей с помощью отградуи- рованного гидрофона 4 определяют уровень звукового давления Р_о. В присутствии пульсационных скоростей происходит амплитуда модуляции акустических колебаний с несущей частотой ω_a по закону изменения амплитуды пульсационных скоростей. С помощью детектора 5 выделяют огибающую модулированного сигнала и направляют продетектированный сигнал в спектроанализатор 7, в котором осуществляется спектральный анализ принятого продетекти- рованного сигнала. При этом определяют уровень звукового давления Р_а на каждой спектральной составляющей ω_д. Полученные данные вместе со значением волнового числа К_а звуковых колебаний на несущей частоте направляют в микроЭВМ 8, в которой по алгоритму (1) определяют значение пульсационных скоростей V_д для каждой спектральной составляющей. На микроЭВМ 8 с помощью обратного преобразования Фурье можно также определить временные изменения пульсационной скорости в потоке жидкости.The method is implemented as follows. First, in the absence of a flow of pulsating velocities, a sound pressure level P _{о is} determined using a calibrated hydrophone 4. In the presence of pulsation velocities, the amplitude of modulation of acoustic vibrations occurs with a carrier frequency ω _a according to the law of variation in the amplitude of pulsation velocities. Using the detector 5, the envelope of the modulated signal is extracted and the detected signal is sent to a spectrum analyzer 7, in which spectral analysis of the received detected signal is carried out. Thus determine the level of sound pressure P _and at each spectral component ω _d. The obtained data together with the value of the wave number K _{a of} sound vibrations at the carrier frequency are sent to the microcomputer 8, in which the value of pulsation velocities V _d for each spectral component is determined by the algorithm (1). On a microcomputer 8, using the inverse Fourier transform, one can also determine the temporary changes in the pulsation velocity in the fluid flow.

В предлагаемом способе результаты измерений параметров пульсационных скоростей не зависят от длины базы измерения (расстояние между излучателем и приемником). Аппаратура, реализующая способ, отличается простотой. In the proposed method, the measurement results of the pulsation velocity parameters do not depend on the length of the measurement base (the distance between the emitter and receiver). The apparatus that implements the method is simple.

Claims

ACOUSTIC METHOD FOR DETERMINING THE AMPLITUDES OF THE PULSE HEATING FLOW OR GAS FLOW AMPLITUDES, which consists in irradiating the test medium along the flow with acoustic vibrations at a carrier frequency with a wave number K _a , receiving acoustic vibrations with an acoustic receiver, demodulating the signal received at the carrier frequency by an acoustic oscillation analysis analyzer and performing demodulation , characterized in that using an acoustic receiver additionally measure the sound pressure level P ₀ acoustic acoustic vibrations in the absence of pulsation in the flow velocities, while spectral analysis of the demodulated signal measured by the sound pressure level P _and for each spectral component _q of the output signal ω, the amplitude of the fluctuating velocity V _d for each spectral component ω _q are determined from the mathematical expression