RU2193208C2 - Ultrasonic method measuring current speed (versions) - Google Patents
Ultrasonic method measuring current speed (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2193208C2 RU2193208C2 RU99118673/28A RU99118673A RU2193208C2 RU 2193208 C2 RU2193208 C2 RU 2193208C2 RU 99118673/28 A RU99118673/28 A RU 99118673/28A RU 99118673 A RU99118673 A RU 99118673A RU 2193208 C2 RU2193208 C2 RU 2193208C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flow velocity
- ultrasonic
- amplitude
- frequency
- signal
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
- G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
- G01F1/663—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters by measuring Doppler frequency shift
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
- G01P5/241—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by using reflection of acoustical waves, i.e. Doppler-effect
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
- G01P5/245—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by measuring transit time of acoustical waves
- G01P5/248—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by measuring transit time of acoustical waves by measuring phase differences
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Область техники к которой относится изобретение
Изобретение относится к разработке способа измерения скорости течения с использованием ультразвукового луча для вычисления расхода открытого русла большой реки или промывной галереи и расхода жидкости и газа в трубе большого внутреннего диаметра.The technical field to which the invention relates.
The invention relates to the development of a method for measuring the flow velocity using an ultrasound beam to calculate the flow rate of an open channel of a large river or a wash gallery and the flow rate of liquid and gas in a pipe of large internal diameter.
Предпосылки создания изобретения
Основная часть современной хорошо известной ультразвуковой системы измерения расхода для большого открытого русла промывной галереи и трубы большого внутреннего диаметра предназначена для измерения скорости течения жидкости и газа, так что эту систему обычно называют "расходомером".BACKGROUND OF THE INVENTION
The main part of the modern well-known ultrasonic flow measurement system for a large open channel of a washing gallery and a pipe of large internal diameter is designed to measure the flow rate of liquid and gas, so this system is usually called a "flow meter".
Большинство систем измерения расхода предложены для измерения скорости течения с применением способа измерения скорости течения на основании разности времен распространения ультразвука. Most flow measurement systems have been proposed for measuring the flow velocity using a method for measuring the flow velocity based on the difference in ultrasound propagation times.
Как показано на фиг.1, система измерения скорости течения на основании разности времен распространения ультразвука имеет следующий состав: преобразователи 1 и 2 для передачи/приема ультразвуковой волны установлены под углом α и обращены друг к другу. Переключающая схема 3 выполнена с возможностью подключения преобразователей 1 и 2 ко входам схем передачи и приема, например - ультразвукового генератора 4 импульсов и усилителя 5 принимаемого ультразвукового сигнала. Схема 6 формирования импульсов принимает усиленный сигнал и придает ему форму импульсного сигнала меньшей длительности. Устройство 7 измерения временных интервалов измеряет время распространения t1 и t2 на расстоянии L интервала от момента передачи до момента приема. Арифметико-логический блок 8 вычисляет скорость течения на основании выражения (1).As shown in figure 1, the system for measuring the flow velocity based on the difference in the propagation times of ultrasound has the following composition:
То есть, измеряется время распространения t1, в течение которого ультразвуковой луч проходит от преобразователя 1 до преобразователя 2 (как показано на фиг.1). И наоборот, измеряется время распространения t2, в течение которого ультразвуковой луч проходит от преобразователя 2 до преобразователя 1. Эти измеряемые времена определяют следующим образом:
t1=L/(C+Vcosα);
t2=L/(C-Vcosα).That is, the propagation time t 1 is measured, during which the ultrasound beam passes from the
t 1 = L / (C + Vcosα);
t 2 = L / (C-Vcosα).
Получается, что разность времен распространения (Δt=t2-t1) можно представить следующим образом:
Δt=2LVcosα/C2. (1)
При этом С - скорость звука в жидкости или газе, L - интервал между преобразователями 1 и 2, а V - средняя скорость течения на интервале L.It turns out that the difference in propagation times (Δt = t 2 -t 1 ) can be represented as follows:
Δt = 2LVcosα / C 2 . (1)
In this case, C is the speed of sound in a liquid or gas, L is the interval between
Скорость течения V выводят из выражения (1) в следующем виде:
V=ΔtC2/2Lcosα. (2)
Это можно назвать "Способом измерения скорости течения на основании разности времен распространения", потому что скорость течения V пропорциональна разности Δt времен распространения. Кажется, что способ измерения скорости течения на основании разности времен распространения связан со скоростью звука, так как в выражении (2) присутствует член С2 квадрата скорости звука. Форма этого выражения такая, будто нужно измерять член С2 квадрата скорости звука. Квадрат скорости звука представляют следующим образом:
С2=L2/t1t2.The flow velocity V is derived from expression (1) in the following form:
V = ΔtC 2 / 2Lcosα. (2)
This can be called the “Method of measuring the flow velocity based on the difference in propagation times” because the flow velocity V is proportional to the difference Δt of the propagation times. It seems that the method of measuring the flow velocity based on the difference in the propagation times is related to the speed of sound, since in expression (2) there is a C 2 term square of the speed of sound. The form of this expression is as if it is necessary to measure the term C 2 of the square of the speed of sound. The square of the speed of sound is represented as follows:
C 2 = L 2 / t 1 t 2 .
Член С2 квадрата скорости звука подставляют в выражение (2), чтобы получить следующее конечное выражение для измерения скорости течения:
V=(L2/Lcosα)[(t2-t1)/t1•t2]=(L2/2d)[(t2-t1)/t1•t2]. (3)
Затем скорость течения получают путем измерения только времен t1 и t2 распространения ультразвука и вычисления выражения (3), так как L2/2d=const.Member C 2 of the square of the speed of sound is substituted into expression (2) to obtain the following final expression for measuring the flow velocity:
V = (L 2 / Lcosα) [(t 2 -t 1 ) / t 1 • t 2 ] = (L 2 / 2d) [(t 2 -t 1 ) / t 1 • t 2 ]. (3)
Then, the flow velocity is obtained by measuring only the ultrasound propagation times t 1 and t 2 and calculating expression (3), since L 2 / 2d = const.
Типичные известные технические решения описаны в патенте США 5531124, выданном 2 июля 1996 г. , патенте Японии 2676321, выданном 25 июля 1998, "Руководстве по ультразвуковому измерению расхода и устройству для его осуществления" и в "Описании ультразвукового расходомера модели "ЮЭф-2100Си" (UF-2100C), изготавливаемого фирмой "Ультрафлюкс Ко." (Ultraflux Со.). Typical well-known technical solutions are described in US patent 5531124, issued July 2, 1996, Japan patent 2676321, issued July 25, 1998, "Guide to ultrasonic flow measurement and device for its implementation" and in the "Description of the ultrasonic flow meter model" UEF-2100C " (UF-2100C) manufactured by Ultraflux Co. (Ultraflux Co.).
Способ измерения скорости течения на основании разности времен распространения обладает громадным преимуществом, заключающимся в простоте осуществления измерения скорости течения, что иллюстрирует выражение (3), даже несмотря на то, что скорость звука сильно изменяется в жидкости. То есть, хотя и кажется, что выражение (3) связано с квадратом скорости звука, но, согласно методу вывода выражения для измерения скорости течения, этот член в принципе не связан со скоростью течения. The method of measuring the flow velocity based on the difference in propagation times has a huge advantage in that it is easy to measure the flow velocity, which illustrates expression (3), even though the speed of sound varies greatly in a liquid. That is, although it seems that expression (3) is related to the square of the speed of sound, but, according to the derivation method of the expression for measuring the flow velocity, this term is in principle not related to the flow velocity.
Например, разность между обратными значениями времен распространения t1 и t2 получают в следующем виде:
(1/t1)-(1/t2)=2Vcosα/L.For example, the difference between the inverse values of the propagation times t 1 and t 2 get in the following form:
(1 / t 1 ) - (1 / t 2 ) = 2Vcosα / L.
Члены скорости звука компенсируют друг друга. Поэтому скорость течения V имеет следующий вид:
где d = L/cosα.
В результате, полученное выражение идентично выражению (3).Members of the speed of sound cancel each other out. Therefore, the flow velocity V has the following form:
where d = L / cosα.
As a result, the resulting expression is identical to expression (3).
Оно обладает большим преимуществом, заключающимся в том, что способ измерения скорости течения на основании разности времен распространения не связан с изменением в широких пределах скорости звука С в текучей среде. Но применение способа измерения скорости течения на основании разности времен распространения ограничено. Например, когда расстояние L распространения очень мало и/или скорость течения V очень низкая, очень трудно точно измерить скорость течения. Если L=0,1 м/с, α=45o и С≈1500 м/с, то Δt≈3,14-10-9 с.It has the great advantage that the method of measuring the flow velocity based on the difference in propagation times is not associated with a wide variation in the speed of sound C in a fluid. But the application of the method of measuring the flow velocity based on the difference in propagation times is limited. For example, when the propagation distance L is very small and / or the flow velocity V is very low, it is very difficult to accurately measure the flow velocity. If L = 0.1 m / s, α = 45 o and С≈1500 m / s, then Δt≈3.14-10 -9 s.
Если собираются измерять очень малую разность времен в диапазоне погрешности 1%, абсолютная погрешность измерения разности времен не должна превышать 3-10-11 с. Измерение разности времен, основанное на подобном методологическом приеме, требует наличия относительно сложного устройства для измерения временного интервала. Кроме того, устройство для фиксации момента передачи/приема ультразвуковых импульсов должно быть очень надежным и точным. Как упоминается ниже, способ измерения скорости течения на основании разности времен распространения создает много проблем при измерении скорости течения газа в трубе или горизонтальной скорости течения в галерее или реке.If you intend to measure a very small time difference in the error range of 1%, the absolute error of measuring the time difference should not exceed 3-10 -11 s. A time difference measurement based on a similar methodological technique requires a relatively sophisticated device for measuring the time interval. In addition, the device for fixing the moment of transmission / reception of ultrasonic pulses must be very reliable and accurate. As mentioned below, a method of measuring the flow velocity based on the difference in the propagation times creates many problems when measuring the gas flow velocity in a pipe or the horizontal flow velocity in a gallery or river.
Помимо способа измерения скорости течения на основании разности времен распространения, также хорошо известен способ измерения скорости течения на основании разности фаз ультразвука. Например, есть публикация датской выложенной заявки на патент DE 19722140 от 12 ноября 1997 г. и публикация японской выложенной заявки на патент от 24 апреля 1998 г. под названием "Многоканальная система измерения расхода". In addition to the method for measuring the flow velocity based on the difference in propagation times, a method for measuring the flow velocity based on the phase difference of ultrasound is also well known. For example, there is the publication of the Danish Patent Application Laid-Open DE 19722140 of November 12, 1997 and the publication of the Japanese Patent Laid-open Application of April 24, 1998, entitled "Multichannel Flow Measurement System".
На фиг.2А и 2В показана типичная конфигурация системы измерения скорости течения на основании разности фаз. Ультразвуковые преобразователи 1, 1' и 2, 2' расположены так, что обращены друг к другу. Генератор 9 синусоидальной волны генерирует синусоидальную волну, имеющую частоту f. Фазовращатель 10 регулирует фазу принимаемых ультразвуковых сигналов. Усилитель 11 усиливает принимаемые сигналы из фазовращателя 10 и преобразователя 1'. Дискриминатор 12 разности фаз измеряет разность фаз между принимаемыми сигналами фаз. Во время работы генератора 9 синусоидальной волны преобразователи 2 и 2' передают ультразвуковые волны с одной и той же фазой. В этот момент сигналы фаз, принимаемые принимающими преобразователями 1 и 1', имеют следующий вид:
φ1 = 2πf•t1+φ0;
φ2 = 2πf•t2+φ0,
где
t1=L/(C-Vcosα);
t2=L/(C+Vcosα),
φ0 - исходная фаза, с которой сначала распространяется ультразвуковая волна. Следовательно, разность фаз Δφ между принимаемыми сигналами имеет следующий вид:
Δφ = φ1-φ2 = 2πfΔt = 2πf(2LVcosα/C2). (4)
Здесь скорость течения имеет следующий вид:
V = (ΔφC2)/(4πfLcosα). (5)
Способ, предусматривающий определение разности фаз, имеет признаки, заключающиеся в том, что ультразвуковые волны могут распространяться непрерывно, а разность фаз Δφ пропорциональна частоте f, в отличие способа, предусматривающего определение разности времен распространения. Следовательно, даже если L и V очень малы, при выборе большей ультразвуковой частоты разность фаз становится больше, так что измерение разности фаз осуществляется удобно и точно.2A and 2B show a typical configuration of a flow velocity measurement system based on a phase difference.
φ 1 = 2πf • t 1 + φ 0 ;
φ 2 = 2πf • t 2 + φ 0 ,
Where
t 1 = L / (C-Vcosα);
t 2 = L / (C + Vcosα),
φ 0 is the initial phase with which the ultrasonic wave propagates first. Therefore, the phase difference Δφ between the received signals has the following form:
Δφ = φ 1 -φ 2 = 2πfΔt = 2πf (2LVcosα / C 2 ). (4)
Here, the flow velocity has the following form:
V = (ΔφC 2 ) / (4πfLcosα). (5)
The method for determining the phase difference has signs that ultrasonic waves can propagate continuously, and the phase difference Δφ is proportional to the frequency f, in contrast to the method for determining the difference in propagation times. Therefore, even if L and V are very small, when choosing a higher ultrasonic frequency, the phase difference becomes larger, so that the measurement of the phase difference is convenient and accurate.
Кроме того, если значение L относительно большое, коэффициент затухания очень мал при прохождении ультразвукового импульса, так как происходит передача/прием ультразвуковых незатухающих гармонических волн. Помимо этого, даже если амплитуда принимаемого сигнала сильно пульсирует, можно обеспечить достаточное усиление принимаемого сигнала, потому что момент приема не замеряется. При таком способе можно использовать и схему автоматической регулировки усиления. Это означает, что при измерении разности фаз вообще не возникают проблемы. Но способ, предусматривающий определение разности фаз, предпочтительно используют при условии, что скорость звука С почти не изменяется, или в случае, когда какое-либо другое средство измеряет скорость звука С. Например, для измерения расхода газа, скорость звука в газе можно легко вычислить при условии, что в трубе установлены манометр и термометр. In addition, if the L value is relatively large, the attenuation coefficient is very small with the passage of the ultrasonic pulse, since the transmission / reception of ultrasonic undamped harmonic waves occurs. In addition, even if the amplitude of the received signal is very pulsating, it is possible to provide sufficient amplification of the received signal, because the moment of reception is not measured. With this method, you can use the automatic gain control circuit. This means that when measuring the phase difference there are no problems at all. But the method of determining the phase difference is preferably used provided that the speed of sound C is almost unchanged, or in the case when some other means measures the speed of sound C. For example, to measure gas flow, the speed of sound in a gas can be easily calculated provided that a pressure gauge and a thermometer are installed in the pipe.
Как упоминалось выше, большое преимущество способа, предусматривающего определение разности времен распространения ультразвука, состоит в том, что его можно использовать даже в ситуации, когда скорость звука в текучей среде значительно изменяется. Но если интервал L между преобразователями становится больше, из-за передачи/приема ультразвукового импульса возникают следующие проблемы. As mentioned above, the great advantage of the method involving determining the difference in the propagation times of ultrasound is that it can be used even in a situation where the speed of sound in a fluid varies significantly. But if the interval L between the transducers becomes longer, the following problems arise due to the transmission / reception of the ultrasonic pulse.
Во-первых, ультразвуковой импульс имеет больший коэффициент затухания, чем синусоидальная волна, ввиду наличия в нем достаточных гармонических составляющих или обертонов. Если расстояние L распространения ультразвука становится больше, трудно принимать передаваемую ультразвуковую волну, и принимаемый импульс принимает форму звонка из-за серьезной проблемы затухания. По всем этим причинам нельзя способствовать увеличению интенсивности ультразвуковой волны, которую можно дополнительно регулировать. Если интенсивность становится больше, в реке возникает явление кавитации, так что ультразвуковая волна не распространяется. В частности, при уменьшении частоты импульса для уменьшения коэффициента затухания уменьшается и интенсивность ультразвука, что вызывает возникновение явления кавитации. Firstly, an ultrasonic pulse has a larger attenuation coefficient than a sine wave, due to the presence of sufficient harmonic components or overtones in it. If the propagation distance L of the ultrasound becomes larger, it is difficult to receive the transmitted ultrasonic wave, and the received pulse takes the form of a bell due to a serious attenuation problem. For all these reasons, it is impossible to increase the intensity of the ultrasonic wave, which can be further adjusted. If the intensity becomes larger, the phenomenon of cavitation occurs in the river, so that the ultrasonic wave does not propagate. In particular, when decreasing the pulse frequency to reduce the attenuation coefficient, the ultrasound intensity also decreases, which causes the occurrence of cavitation.
Во-вторых, ультразвуковой импульс при прохождении не затухает только на расстоянии L, а амплитуда ультразвуковой волны сильно пульсирует, вследствие чего ультразвуковая волна рассеивается и отражается из-за различных величин вихревых токов, изменения концентрации плавающих частиц, изменения температуры воды и т.д. в открытом русле промывной галереи. Иногда случается, что не происходит прием ультразвуковой волны. Secondly, the ultrasonic pulse during transmission does not decay only at a distance L, and the amplitude of the ultrasonic wave pulsates strongly, as a result of which the ultrasonic wave is scattered and reflected due to various eddy currents, changes in the concentration of floating particles, changes in water temperature, etc. in the open channel of the washing gallery. Sometimes it happens that the reception of an ultrasonic wave does not occur.
При измерении скорости течения в газе коэффициент затухания ультразвукового импульса больше, чем коэффициент затухания ультразвукового импульса в жидкости. Сильное затухание и пульсация ультразвукового импульса создают много погрешностей при фиксации момента, когда приходит ультразвуковой импульс. Таким образом, погрешность измерения скорости течения увеличивается. When measuring the flow velocity in a gas, the attenuation coefficient of an ultrasonic pulse is greater than the attenuation coefficient of an ultrasonic pulse in a liquid. The strong attenuation and pulsation of the ultrasonic pulse create many errors in fixing the moment when the ultrasonic pulse arrives. Thus, the error in measuring the flow velocity increases.
По этим причинам расстояние L распространения ультразвука ограничено расстоянием, на которое передают/принимают ультразвуковой импульс, а скорость течения измеряют с помощью способа, предусматривающего определение разности времен. Таким образом, возникают серьезные препятствия при измерении скорости течения в открытом русле большой промывной галереи или реки и большой трубе. For these reasons, the propagation distance L of the ultrasound is limited by the distance at which the ultrasound pulse is transmitted / received, and the flow rate is measured using a method involving determining the time difference. Thus, serious obstacles arise when measuring the flow velocity in the open channel of a large washing gallery or river and a large pipe.
Если способ, предусматривающий определение разности фаз, используют для измерения скорости течения, то соответствующий коэффициент затухания уменьшается в два или три раза по сравнению с коэффициентом затухания при использовании ультразвукового импульса, потому что происходит передача/прием ультразвуковых незатухающих гармонических волн (синусоидальных волн). Кроме того, способ, предусматривающий определение разности фаз, не связан с пульсацией амплитуды, так как он не связан с фиксацией момента, когда приходит ультразвуковой импульс, а предусматривает измерение разности фаз между двумя синусоидальными волнами. Все же, использование способа, предусматривающего определение разности фаз, ограничено. Если разность фаз Δφ между двумя синусоидальными волнами равна nπ+β, обычное устройство для измерения разности фаз не может определить n (1, 2, 3...). Если расстояние L распространения ультразвука или скорость V течения увеличивается, Δφ становится больше, чем π. Например, если собираются измерять расход газа в трубе, имеющей внутренний диаметр Ф, равный 300 мм, определяемая в некотором поперечном сечении средняя скорость течения V газа, как правило, составляет 10~30 м/с. Далее, в предположении, что скорость звука С составляет 400 м/с, ультразвуковая частота выбрана на уровне 400 кГц, чтобы обеспечить выход за полосу частот шумов, а угол α составляет 45o, изменяющийся диапазон разности фаз Δφ таков:
Δφ=9,42~28,26 рад≈(2π+0,998π)~(8π+0,995π).If the method involving determining the phase difference is used to measure the flow velocity, then the corresponding attenuation coefficient is reduced by two or three times compared with the attenuation coefficient when using an ultrasonic pulse, because the transmission / reception of ultrasonic undamped harmonic waves (sine waves) occurs. In addition, the method of determining the phase difference is not associated with amplitude ripple, since it is not associated with fixing the moment when an ultrasonic pulse arrives, but involves measuring the phase difference between two sinusoidal waves. However, the use of a method involving the determination of the phase difference is limited. If the phase difference Δφ between two sinusoidal waves is nπ + β, a conventional device for measuring the phase difference cannot determine n (1, 2, 3 ...). If the ultrasonic propagation distance L or the flow velocity V increases, Δφ becomes greater than π. For example, if you intend to measure the gas flow in a pipe having an internal diameter Φ equal to 300 mm, the average flow velocity V of the gas, determined in a certain cross section, is usually 10 ~ 30 m / s. Further, under the assumption that the speed of sound C is 400 m / s, the ultrasonic frequency is selected at 400 kHz to ensure that the noise frequency band is exceeded, and the angle α is 45 o , the varying phase difference range Δφ is as follows:
Δφ = 9.42 ~ 28.26 rad≈ (2π + 0.998π) ~ (8π + 0.995π).
То есть, Δφ>π.
Если L=10 м, V=3 м/с, f=200 кГц и С=1500 м/с в относительно малом открытом русле, разность фаз Δφ такова:
Δφ≈16,746 рад=5π+0,33π>π.
Таким образом, способ, предусматривающий определение разности фаз, нельзя использовать при измерении скорости течения в относительно малом открытом русле. Иными словами, способ, предусматривающий определение разности времен распространения, обладает преимуществом при использовании в ситуации, когда скорость звука изменяется в широких пределах. Но он имеет тот недостаток, что если интервал L, на котором измеряют скорость течения, увеличивается, ультразвуковой импульс становится неустойчивым, так как этот ультразвуковой импульс, как правило, затухает из-за его собственных свойств при передаче/приеме.That is, Δφ> π.
If L = 10 m, V = 3 m / s, f = 200 kHz and C = 1500 m / s in a relatively small open channel, the phase difference Δφ is as follows:
Δφ≈16.746 rad = 5π + 0.33π> π.
Thus, the method of determining the phase difference cannot be used when measuring the flow velocity in a relatively small open channel. In other words, the method of determining the difference in propagation times is advantageous when used in a situation where the speed of sound varies widely. But it has the disadvantage that if the interval L, at which the flow velocity is measured, increases, the ultrasonic pulse becomes unstable, since this ultrasonic pulse, as a rule, damps due to its own properties during transmission / reception.
Способ, предусматривающий определение разности фаз, обладает преимуществами, заключающимися в том, что коэффициент затухания относительно мал и легко обрабатывать принимаемый сигнал, так как происходит передача/прием синусоидальной волны. Но если разность фаз превышает π радиан, вследствие чего интервал L и скорость течения V становятся больше или скорость звука становится меньше, невозможно проводить измерение скорости течения на основании способа, предусматривающего определение разности фаз. Кроме того, способ, предусматривающий определение разности фаз, имеет тот недостаток, что нужно отдельно измерять скорость звука. The method of determining the phase difference has the advantage that the attenuation coefficient is relatively small and it is easy to process the received signal, since there is a transmission / reception of a sine wave. But if the phase difference exceeds π radians, as a result of which the interval L and the flow velocity V become larger or the speed of sound becomes smaller, it is impossible to measure the flow velocity on the basis of a method involving determining the phase difference. In addition, the method of determining the phase difference has the disadvantage that it is necessary to separately measure the speed of sound.
Задача изобретения состоит в том, чтобы разработать ультразвуковой способ измерения скорости течения, предназначенный для измерения скорости течения на основании способа, предусматривающего определение разности времен распространения для измерения скорости течения, и способа, предусматривающего определение разности фаз, плавно, если интервал L, на котором измеряют скорость течения, относительно велик, например - если горизонтальную среднюю скорость течения измеряют в открытом русле промывной галереи или в реке. The objective of the invention is to develop an ultrasonic method for measuring the flow velocity, designed to measure the flow velocity based on the method of determining the difference of propagation times for measuring the flow velocity, and the method of determining the phase difference, smoothly, if the interval L, which measure the flow velocity is relatively high, for example, if the horizontal average flow velocity is measured in the open channel of the wash gallery or in the river.
Другая задача изобретения состоит в том, чтобы разработать ультразвуковой способ измерения скорости течения, предназначенный для измерения скорости течения на основании ультразвукового способа, предусматривающего определение разности времен распространения для измерения скорости течения, и способа, предусматривающего определение разности фаз, плавно, если интервал L измерения горизонтальной средней скорости течения относительно велик, например - если скорость течения газа измеряют в трубе относительно большого внутреннего диаметра. Another objective of the invention is to develop an ultrasonic method for measuring the flow velocity, designed to measure the flow velocity based on the ultrasonic method for determining the difference of propagation times for measuring the flow velocity, and the method for determining the phase difference smoothly if the measurement interval L is horizontal the average flow velocity is relatively large, for example, if the gas flow velocity is measured in a pipe with a relatively large internal diameter a.
Еще одна задача изобретения состоит в том, чтобы разработать ультразвуковой способ измерения скорости течения, предназначенный для измерения скорости течения на основании ультразвукового способа, предусматривающего определение разности времен распространения для измерения скорости течения, и способа, предусматривающего определение разности фаз, плавно, если измеряют скорость течения газа или жидкости в трубе относительно большого внутреннего диаметра. Another objective of the invention is to develop an ultrasonic method for measuring the speed of the stream, designed to measure the speed of the stream based on the ultrasonic method for determining the difference in propagation times for measuring the speed of the stream, and a method for determining the difference in phase, smoothly, if measure the speed gas or liquid in a pipe of relatively large internal diameter.
И еще одна задача изобретения состоит в том, чтобы разработать ультразвуковой способ измерения скорости течения, предназначенный для измерения скорости течения на основании ультразвукового способа, предусматривающего определение разности времен распространения для измерения скорости течения, и способа, предусматривающего определение разности фаз, плавно, если скорость течения относительно велика, а скорость звука относительно мала. And another objective of the invention is to develop an ultrasonic method for measuring the flow velocity, designed to measure the flow velocity on the basis of the ultrasonic method for determining the difference of propagation times for measuring the flow velocity, and a method for determining the phase difference smoothly if the flow velocity relatively large, and the speed of sound is relatively small.
Краткое изложение сущности изобретения
Согласно изобретению, ультразвуковой способ измерения скорости течения, основанный на способе, предусматривающем определение разности времен распространения, предназначенном для измерения скорости течения без передачи/приема ультразвукового импульса, включает этапы, на которых осуществляют амплитудную модуляцию несущей незатухающей гармонической ультразвуковой синусоидальной волны в меньшую частоту и передают амплитудно-модулированные сигналы всякий раз при измерении времени распространения ультразвука, осуществляют демодуляцию принимаемых сигналов, осуществляют обнаружение или дискриминацию амплитудно-модулированного сигнала и измеряют временной интервал между моментами амплитудной модуляции распространяемой волны и демодуляции принимаемого амплитудно-модулированного сигнала.Summary of the invention
According to the invention, an ultrasonic flow velocity measurement method based on a method for determining a propagation time difference for measuring a flow velocity without transmitting / receiving an ultrasonic pulse includes the steps of performing amplitude modulation of a carrier undamped harmonic ultrasonic sine wave into a lower frequency and transmitting amplitude-modulated signals every time when measuring the propagation time of ultrasound, carry out a demodule iju received signals carry detection or discrimination of the amplitude-modulated signal and measuring a time interval between the moments of amplitude modulation of the propagating wave and demodulation of the received amplitude modulated signal.
Ультразвуковой способ измерения скорости течения, основанный на способе, предусматривающем определение разности фаз, не зависящем от скорости звука, включает этапы, на которых осуществляют амплитудную модуляцию ультразвуковой волны в меньшую частоту, если разность фаз между ультразвуковыми волнами, передаваемыми в направлении, противоположном скорости течения, превышает π радиан, выходя за диапазон измерения обычного дискриминатора разности фаз, и становится равной mπ+β, и осуществляют передачу/прием амплитудно-модулированного сигнала, измеряют разности фаз между амплитудно-модулированными сигналами и между переносимыми ультразвуковыми волнами и получают m, и обеспечивают очень точное измерение разности фаз между переносимыми ультразвуковыми волнами. An ultrasonic method for measuring the flow velocity, based on a method involving determining a phase difference independent of the speed of sound, includes steps for amplitude modulating the ultrasonic wave at a lower frequency if the phase difference between the ultrasonic waves transmitted in the opposite direction to the flow velocity exceeds π radians, going beyond the measurement range of a conventional discriminator of the phase difference, and becomes equal to mπ + β, and the transmission / reception of the amplitude-modulated signal la, measure the phase difference between the amplitude-modulated signals and between the transferred ultrasonic waves and get m, and provide a very accurate measurement of the phase difference between the transferred ultrasonic waves.
Краткое описание чертежей
Теперь изобретение будет подробно описано со ссылками на прилагаемые чертежи, где
фиг. 1 изображает условную блок-схему, иллюстрирующую систему для измерения скорости течения на основании разности времен распространения ультразвука в соответствии с известным уровнем техники,
фиг. 2А и 2В изображают условную блок-схему, иллюстрирующую систему для измерения скорости течения на основании разности фаз ультразвука в соответствии с известным уровнем техники,
фиг. 3 изображает временную диаграмму, иллюстрирующую обработку согласно способу измерения скорости течения на основании разности времен распространения ультразвука в соответствии с изобретением,
фиг. 4 изображает условную блок-схему, иллюстрирующую систему для измерения скорости течения на основании разности времен распространения ультразвука в соответствии с изобретением,
фиг. 5 изображает условную блок-схему, иллюстрирующую систему для измерения скорости течения на основании разности фаз ультразвука в соответствии с изобретением,
фиг. 6 изображает условную блок-схему, иллюстрирующую систему для измерения скорости течения на основании разности фаз ультразвука в соответствии с другим конкретным вариантом осуществления изобретения.Brief Description of the Drawings
Now the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, where
FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating a system for measuring a flow velocity based on a difference in ultrasound propagation times in accordance with the prior art,
FIG. 2A and 2B are a schematic block diagram illustrating a system for measuring a flow velocity based on a phase difference of ultrasound in accordance with the prior art,
FIG. 3 is a timing chart illustrating processing according to a method for measuring a flow velocity based on a difference in ultrasound propagation times in accordance with the invention,
FIG. 4 is a schematic block diagram illustrating a system for measuring a flow velocity based on a difference in ultrasound propagation times in accordance with the invention,
FIG. 5 is a schematic block diagram illustrating a system for measuring a flow velocity based on an ultrasound phase difference in accordance with the invention,
FIG. 6 is a schematic block diagram illustrating a system for measuring a flow velocity based on an ultrasound phase difference in accordance with another specific embodiment of the invention.
Подробное описание изобретения
Сначала, со ссылками на прилагаемые чертежи, будет приведено подробное пояснение способа измерения скорости течения на основании разности времен распространения ультразвука в соответствии с изобретением.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, with reference to the accompanying drawings, a detailed explanation will be given of a method for measuring the flow velocity based on the difference in the propagation times of ultrasound in accordance with the invention.
Фиг. 3 изображает временную диаграмму последовательности действий, иллюстрирующую способ измерения скорости течения. Известно, что частоту fс ультразвуковой несущей обычно выбирают с учетом полосы частот шума, создаваемого в потоке текучей среды, надежности применительно к диаграмме направленности ультразвукового преобразователя, коэффициента затухания ультразвука в текучей среде, и т.д.FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for measuring flow velocity. It is known that the frequency f with an ultrasonic carrier is usually chosen taking into account the frequency band of the noise generated in the fluid flow, reliability with respect to the radiation pattern of the ultrasonic transducer, the attenuation coefficient of ultrasound in the fluid, etc.
При измерении скорости течения осуществляют амплитудную модуляцию выбранной ультразвуковой несущей fс (фиг.3, VI) в частоту fм (фиг.3, I), которая меньше, чем частота fс, в течение периода τ2 (фиг.3, V), а затем распространение в направлении, совпадающем со скоростью течения или противоположном ей. И, считая предварительно определенный момент амплитудной модуляции исходной точкой, измеряют время от исходной точки до назначенного момента частоты или сигнала fм амплитудной модуляции при распространении/приеме амплитудно-модулированной ультразвуковой волны на постоянном интервале L, и демодулируют принимаемый сигнал. Время определяют в виде времен t1 и t2 распространения ультразвука, распространяемого в направлении, совпадающем со скоростью течения или противоположном ей. Иными словами, амплитудно-модулированная ультразвуковая волна действует как сигнал метки для измерения времени распространения ультразвуковой волны. А поскольку ультразвуковая волна является видом синусоидальной волны, которая непрерывно распространяется и подвергается амплитудной модуляции в течение постоянного временного интервала для измерения скорости течения, полоса ультразвуковых частот составляет fс±fм и является значительно более узкой, чем полоса частот более короткого ультразвукового импульса, так что коэффициент затухания этой волны становится меньше. И даже в случае, если коэффициент затухания претерпевает слишком малые изменения, обработка принимаемого сигнала проста и не влияет на измерение времени распространения.When measuring the flow velocity, the amplitude modulation of the selected ultrasonic carrier f s (Fig. 3, VI) is carried out at a frequency f m (Fig. 3, I), which is less than the frequency f s , over a period of τ 2 (Fig. 3, V ), and then propagation in the direction coinciding with the flow velocity or opposite to it. And, considering the predefined moment of amplitude modulation as the starting point, measure the time from the starting point to the appointed moment of the frequency or signal f m of amplitude modulation during the propagation / reception of the amplitude-modulated ultrasonic wave over a constant interval L, and the received signal is demodulated. The time is determined in the form of times t 1 and t 2 the propagation of ultrasound propagated in the direction coinciding with the flow velocity or opposite to it. In other words, an amplitude-modulated ultrasonic wave acts as a mark signal for measuring the propagation time of an ultrasonic wave. And since the ultrasonic wave is a kind of sine wave that continuously propagates and undergoes amplitude modulation for a constant time interval for measuring the flow velocity, the ultrasonic frequency band is f s ± f m and is much narrower than the frequency band of a shorter ultrasonic pulse, so that the attenuation coefficient of this wave becomes smaller. And even if the attenuation coefficient undergoes too small changes, the processing of the received signal is simple and does not affect the measurement of propagation time.
Но если осуществляют амплитудную модуляцию волны fс ультразвуковой несущей в сигнал fм амплитудной модуляции, нужно осуществлять амплитудную модуляцию с той же фазой, что и фаза сигнала fм амплитудной модуляции, например - с нулевой фазой, как показано на фиг.3, V. При подаче амплитудно-модулированного напряжения на ультразвуковой преобразователь, ультразвуковая волна некоторого типа, эквивалентная подаваемому напряжению, не распространяется, а происходит искажение формы первого полупериода модулированной ультразвуковой волны. Более того, сигнал, получаемый путем приема/демодуляции амплитудно-модулированной ультразвуковой волны, не соответствует форме сигнала fм амплитудной модуляции. С учетом этих особенностей, амплитудно-модулированный сигнал, подаваемый на ультразвуковой преобразователь, вводят в демодулятор для демодуляции и детектируют сигнал fм амплитудной модуляции из сигнала демодуляции и фиксируют момент, когда первый период сигнала модуляции проходит через нулевой потенциал, используя схему дискриминации пересечения нулевого уровня. Здесь нужно отметить, что зафиксированный момент считают начальной точкой для измерения времени распространения ультразвука, как показано на фиг.3, VII и VIII.But if the amplitude modulation of wave f with an ultrasonic carrier into the signal f m amplitude modulation is carried out, it is necessary to carry out amplitude modulation with the same phase as the phase of the signal f m amplitude modulation, for example, with a zero phase, as shown in Fig. 3, V. When the amplitude-modulated voltage is applied to the ultrasonic transducer, some type of ultrasonic wave equivalent to the applied voltage does not propagate, but the shape is distorted in the first half-period of the modulated ultrasonic wave. Moreover, the signal obtained by receiving / demodulating the amplitude-modulated ultrasonic wave does not correspond to the waveform f m amplitude modulation. With these features in mind, the amplitude-modulated signal supplied to the ultrasonic transducer is introduced into the demodulator for demodulation and the signal f m of the amplitude modulation is detected from the demodulation signal and the moment when the first period of the modulation signal passes through the zero potential is recorded using the zero-crossing discrimination scheme . It should be noted here that the fixed moment is considered the starting point for measuring the propagation time of ultrasound, as shown in FIGS. 3, VII and VIII.
Аналогично этому, принимаемый амплитудно-модулированный сигнал тоже демодулируют с помощью демодулятора, как подчеркивалось выше, детектируют сигнал fм амплитудной модуляции из сигнала демодуляции, а затем фиксируют момент, когда первый период сигнала модуляции проходит через точку пересечения нулевого уровня, выполняя функцию сигнала конца временного интервала, как показано на фиг.3, Х и XI.Similarly, the received amplitude-modulated signal is also demodulated using a demodulator, as emphasized above, the signal f m of the amplitude modulation is detected from the demodulation signal, and then the moment is recorded when the first period of the modulation signal passes through the zero-point intersection, performing the function of the end-time signal interval, as shown in figure 3, X and XI.
Как описано выше, точность измерения времени распространения ультразвука можно значительно повысить, в результате чего только один демодулятор демодулирует передаваемые/принимаемые сигналы, а моменты, когда первый период сигнала демодуляции проходит через точку пересечения нулевого уровня, используют в качестве сигналов начала и конца измерения временного интервала. As described above, the accuracy of measuring the propagation time of ultrasound can be significantly improved, as a result of which only one demodulator demodulates the transmitted / received signals, and the moments when the first period of the demodulation signal passes through the zero-point intersection are used as signals for the beginning and end of the measurement of the time interval .
Как показано на фиг.3, VIII и XI, неуместно использовать моменты, когда полтора периода сигнала fм амплитудной модуляции, а не первый полупериод, проходят через точку пересечения нулевого уровня в качестве сигналов начала и конца временного интервала. Конечно, в демодуляторе, усилителе, схеме пересечения нулевого уровня и т.д. возникает время задержки, но не обязательно компенсировать это время задержки, так как в системе возникает одинаковое время задержки всякий раз при измерении скорости течения.As shown in FIGS. 3, VIII and XI, it is inappropriate to use the moments when the one and a half period of the signal f m amplitude modulation, and not the first half period, pass through the zero-point intersection as signals of the beginning and end of the time interval. Of course, in a demodulator, amplifier, zero-level crossing circuit, etc. a delay time occurs, but it is not necessary to compensate for this delay time, since the same delay time arises in the system every time the flow velocity is measured.
И поэтому сигнал fм амплитудной модуляции нужно фиксировать при следующих условиях.And therefore, the signal f m amplitude modulation must be fixed under the following conditions.
Первое условие состоит в том, что сигнал fм амплитудной модуляции значительно больше, чем частота fp пульсации затухания, например, fм>>fp. Ультразвуковая волна имеет коэффициент затухания, изменяющийся из-за многих факторов во время распространения в текучей среде. Факт изменения коэффициента затухания используется для того, чтобы сделать ультразвуковую волну амплитудно-модулированной. Таким образом, частота fм амплитудной модуляции должна быть больше, чем частота fp пульсации затухания, с которой пульсирует коэффициент затухания и которая не является частотой шума, генерируемого в текучей среде. Частота fp пульсации затухания невелика и обычно не превышает 100 Гц.The first condition is that the signal f m amplitude modulation is much larger than the frequency f p the ripple attenuation, for example, f m >> f p . An ultrasonic wave has a damping coefficient that varies due to many factors during propagation in a fluid. The fact of changing the attenuation coefficient is used to make the ultrasonic wave amplitude-modulated. Thus, the amplitude modulation frequency f m must be greater than the attenuation ripple frequency f p with which the attenuation coefficient pulsates and which is not the frequency of the noise generated in the fluid. The attenuation pulsation frequency f p is small and usually does not exceed 100 Hz.
Второе условие состоит в том, что период несущей должен содержаться более 20 раз в периоде амплитудной модуляции, например, fм≤fc/20. Это условие касается амплитудной модуляции несущей fc, при которой фаза несущей fc в начальной точке амплитудной модуляции не всегда одинакова даже при осуществлении амплитудной модуляции несущей fc в точке пересечения нулевого уровня, как показано на фиг.3, V. Поэтому амплитудно-модулированная ультразвуковая волна способствует возникновению переходных явлений и искажает сигнал в интервале первой четверти периода сигнала fм амплитудной модуляции. Для предотвращения продолжения искаженной части волны свыше четверти периода, несущая fc должна включать в себя, по меньшей мере, пять периодов в первой четверти периода сигнала fм амплитудной модуляции. Таким образом, сигнал несущей fc должен появляться более 20(=4•5) раз в одном периоде сигнала fм амплитудной модуляции. Кроме того, предпочтительно, чтобы частота несущей fc была больше, чем частота сигнала fм амплитудной модуляции, чтобы отфильтровывать сигнал fм амплитудной модуляции от частоты пульсации несущей fc.The second condition is that the carrier period must be contained more than 20 times in the period of amplitude modulation, for example, f m ≤f c / 20. This condition concerns the amplitude modulation of the carrier f c , in which the phase of the carrier f c at the starting point of the amplitude modulation is not always the same even when performing the amplitude modulation of the carrier f c at the zero-point intersection, as shown in Fig. 3, V. Therefore, the amplitude-modulated the ultrasonic wave contributes to the occurrence of transient phenomena and distorts the signal in the interval of the first quarter of the signal period f m amplitude modulation. In order to prevent the distorted part of the wave from continuing beyond a quarter of the period, the carrier f c must include at least five periods in the first quarter of the period of the amplitude modulation signal f m . Thus, the carrier signal f c should appear more than 20 (= 4 • 5) times in one period of the signal f m amplitude modulation. Furthermore, it is preferable that the carrier frequency f c be greater than the frequency of the amplitude modulation signal f m in order to filter out the amplitude modulation signal f m from the carrier ripple frequency f c .
Третье условие состоит в том, что непрерывное время амплитудно-модулированных сигналов, желательно, превышает, по меньшей мере, пять периодов сигнала fм амплитудной модуляции (5/fм), если амплитудно-модулированный сигнал демодулируют для детектирования сигнала fм амплитудной модуляции. Если демодулируют амплитудно-модулированный сигнал, имеющий период амплитудной модуляции, повторяющийся два или три раза, то выходной сигнал демодулятора искажается.A third condition is that the continuous time of the amplitude-modulated signals preferably exceeds at least five periods of the amplitude modulation signal f m (5 / f m ) if the amplitude-modulated signal is demodulated to detect the amplitude modulation signal f m . If the amplitude-modulated signal having an amplitude modulation period repeating two or three times is demodulated, then the output signal of the demodulator is distorted.
Четвертое условие состоит в том, что если осуществляют циклическое распространение/прием ультразвуковой волны в направлении, совпадающем со скоростью течения или противоположном ей, желательно, чтобы непрерывное время амплитудно-модулированной ультразвуковой волны не превышало половины времени распространения ультразвука. Можно привести следующий пример:
5/fм≤L/[2(C+v)],
fм≥[10(C+v)]/L.The fourth condition is that if the ultrasonic wave is cyclically propagated / received in a direction that coincides with or opposite to the flow velocity, it is desirable that the continuous time of the amplitude-modulated ultrasonic wave does not exceed half the ultrasound propagation time. You can give the following example:
5 / f m ≤L / [2 (C + v)],
f m ≥ [10 (C + v)] / L.
Как описано выше, сигнал fм амплитудной модуляции, удовлетворяющий четырем условиям, выбирают с помощью следующего выражения:
fp<<10[(Cmax+vmax)/L]≤fм≤0,05fc, (6)
где Сmax - ожидаемая максимальная скорость звука в текучей среде, a Vmax(=Vmaxcosα) - максимальное измеряемое значение скорости течения.As described above, an amplitude modulation signal f m satisfying four conditions is selected using the following expression:
f p << 10 [(C max + v max ) / L] ≤f m ≤0.05f c , (6)
where C max is the expected maximum speed of sound in a fluid, and V max (= V max cosα) is the maximum measured value of the flow velocity.
При выборе сигнала fм амплитудной модуляции, удовлетворяющего выражению (6), предпочтительно выбирать относительно как можно меньшую частоту, так как при быстром изменении напряжения, подаваемого на ультразвуковой преобразователь, возникают переходные явления. Желательно, чтобы коэффициент модуляции m не превышал 50%. Согласно экспериментам, весьма целесообразен коэффициент модуляции m 25~30%. Коэффициент затухания ультразвука пульсирует с меньшей частотой fp, коэффициент изменения которой обычно составляет около 50%. Таким образом, есть риск отсечки амплитудно-модулированной волны. Например, предположим, что L= 10 м, α= 45o, Cmax=1500 м/с, fc=500 кГц, fp<<1507<fм≤26•103 Гц. Таким образом, можно выбрать fм в диапазоне 10-20 кГц. Учитывая переходные явления ультразвуковой волны, необязательно выбирать более высокую частоту сигнала fм амплитудной модуляции.When choosing a signal f m of amplitude modulation that satisfies expression (6), it is preferable to choose a relatively low frequency, since transient phenomena occur when the voltage supplied to the ultrasonic transducer changes rapidly. It is desirable that the modulation coefficient m does not exceed 50%. According to experiments, a modulation coefficient of
Фиг. 4 изображает условную блок-схему, иллюстрирующую конфигурацию системы в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления изобретения для реализации способа измерения скорости течения, описанного выше. FIG. 4 is a schematic block diagram illustrating a configuration of a system in accordance with one particular embodiment of the invention for implementing the flow velocity measuring method described above.
Ультразвуковые преобразователи 1 и 2 соединены со схемой 3 переключения преобразователей, переключаемой в состояние передачи или приема. Выходной усилитель 18 возбуждает ультразвуковой преобразователь 1 или 2. Принимающий усилитель 19 усиливает сигналы от ультразвукового преобразователя 1 или 2, причем этот усилитель является узкополосным усилителем, который выполняет функцию автоматической регулировки усиления (АРУ) и усиливает только полосу частот сигнала амплитудной модуляции. The
Амплитудный модулятор 17 осуществляет амплитудную модуляцию сигнала fc ультразвуковой несущей. Генератор 13 несущей генерирует сигнал fc ультразвуковой несущей. Генератор 14 модуляции генерирует сигнал fм модуляции, меньший, чем сигнал fс ультразвуковой несущей. Здесь нужно отметить, что и генератор 13 несущей, и генератор 14 модуляции являются генераторами синусоидальной волны. Демодулятор 20 демодулирует амплитудно-модулированный сигнал для детектирования частоты fм модуляции. Узкополосный усилитель 21 является узкополосным усилителем, который усиливает сигнал fм модуляции. Схема 22 пересечения нулевого уровня выдает прямоугольный импульс, когда первый период выходного сигнала fм из узкополосного усилителя 21 проходит через нулевой уровень. Устройство 7 для измерения временного интервала измеряет временной интервал между двумя импульсами. Арифметико-логический блок 8 вычисляет скорость течения на основании выражения для измерения скорости течения по разности времен распространения ультразвука. Переключающая схема 23 обеспечивает прохождение через нее выходного сигнала частоты fм модуляции на заданном временном интервале. Схема 15 пересечения нулевого уровня генерирует прямоугольный импульс, когда первый - один период сигнал fм модуляции проходит через нулевой уровень. Моностабильный мультивибратор 16 приводится в действие схемой 15 пересечения нулевого уровня для генерирования импульса заданной длительности.The
Переключающая схема 24 переключается импульсом моностабильного мультивибратора 16 для обеспечения подачи выходного сигнала генератора 14 модуляции на амплитудный модулятор 17. Переключающая схема 25 обеспечивает подачу ультразвукового модулированного выходного сигнала на демодулятор 20, а затем переключается, чтобы обеспечить ввод выходного сигнала из принимающего усилителя 19 в амплитудный модулятор 20. Аттенюатор 27 напряжения регулирует выходное напряжение выходного усилителя 18. Контроллер 26 переключающих схем управляет переключающими схемами 3, 23 и 25. The switching
Ниже, со ссылками на фиг.3, приводится подробное пояснение работы ультразвуковой системы для измерения скорости, изображенной на фиг.4. Below, with reference to FIG. 3, a detailed explanation of the operation of the ultrasound system for measuring the speed shown in FIG. 4 is provided.
Генератор 13 несущей и генератор 14 модуляции сначала возбуждаются для генерирования синусоидальных волн частоты fс ультразвуковой несущей и частоты fм модуляции, соответственно, как показано на фиг.3, VI и I. Когда достигнут момент измерения скорости течения, контроллер 26 переключающих схем подает прямоугольный импульс длительности τ1/ (см. фиг.3, II) на переключающую схему 23. Переключающая схема 23 обеспечивает ввод сигнала частоты fм модуляции из генератора 14 модуляции в схему 15 пересечения нулевого уровня. После этого, когда уровень рабочего потенциала схемы 15 пересечения нулевого уровня устанавливается на низком уровне "-", схема 15 пересечения нулевого уровня генерирует прямоугольный импульс (см. фиг.3, III), когда первый полупериод выходного сигнала из генератора 14 модуляции проходит через нулевой уровень (U=0). Этот прямоугольный импульс вводится в моностабильный мультивибратор 16, и моностабильный мультивибратор 16 генерирует прямоугольный импульс длительности τ2 (см. фиг.3, IV). Переключающая схема 24 переключается прямоугольным импульсом длительности τ2 для обеспечения ввода сигнала частоты fм модуляции из генератора 14 модуляции в амплитудный модулятор 17. Таким образом, сигнал частоты fc ультразвуковой несущей подвергается амплитудной модуляции в течение времени τ2, как показано на фиг.3, VI. Аналогично, частота fc ультразвуковой несущей всегда предполагается подвергнутой амплитудной модуляции в одну и ту же фазу частоты fм модуляции.The
Амплитудно-модулированный сигнал из амплитудного модулятора 17 усиливается выходным усилителем 18, а затем подается на ультразвуковой датчик 1. Ультразвуковой датчик 1 распространяет амплитудно-модулированную ультразвуковую волну через текучую среду к преобразователю 2. The amplitude-modulated signal from the
В то же время выходной сигнал выходного усилителя 18 вводится через аттенюатор 27 напряжения и переключающую схему 24 в демодулятор 20 для детектирования сигнала fм модуляции (фиг. 3, VII). Узкополосный усилитель 21 усиливает сигнал модуляции, демодулированный демодулятором 20, и подает усиленный сигнал на схему 22 пересечения нулевого уровня. Схема 22 пересечения нулевого уровня генерирует более короткий прямоугольный импульс (фиг.3, VIII) в момент, когда первый полупериод "-" сигнала fм модуляции проходит через нулевой уровень. Этот более короткий прямоугольный импульс вводится в устройство 7 для измерения временного интервала, выполняя функцию сигнала начала измерения времени.At the same time, the output signal of the
После этого переключающая схема 25 отсекает вход в аттенюатор 27 и вынуждает подачу выходного сигнала из принимающего усилителя 19 на демодулятор 20. Иными словами, амплитудно-модулированная ультразвуковая волна, которую излучает и распространяет преобразователь 1 на интервале L, принимается преобразователем 2 и усиливается принимающим усилителем 19. Выходной сигнал (фиг. 3, IX) из принимающего усилителя 19 подается через демодулятор 20 и усилитель 21 на схему 22 пересечения нулевого уровня. Схема 22 пересечения нулевого уровня генерирует более короткий прямоугольный импульс (фиг.3, XI) и подает его на устройство 7 для измерения временного интервала, где он выполняет функцию сигнала конца измерения времени. After that, the switching
Затем устройство 7 для измерения временного интервала измеряет временной интервал t1 между первым и вторым прямоугольными импульсами из схемы 22 пересечения нулевого уровня. По окончании измерения временного интервала t1, схема 3 переключения преобразователей переключается для соединения преобразователя 2 с выходным усилителем 18. Затем переключающая схема 25 соединяется с аттенюатором 27, а переключающая схема 23 снова переключается. Последующие операции повторяются аналогично тем, которые осуществляются при измерении временного интервала t1. Следовательно, время t2 измеряется в течение периода распространения амплитудно-модулированной ультразвуковой волны от преобразователя 2 и ее приема преобразователем 1.Then, the time
Временные интервалы t1 и t2 вводятся в арифметико-логический блок 8 скорости течения для вычисления скорости течения на основании выражения (3) для измерения скорости течения. Арифметико-логический блок 8 скорости течения выдает сигнал, соответствующий скорости течения V. Выходной сигнал скорости течения V выдается в арифметико-логический блок измерения расхода (не показан), если система является системой для измерения расхода.The time intervals t 1 and t 2 are entered into the arithmetic-
Здесь есть следующие важные аспекты: система имеет особенности, согласно которым, чтобы измерить временные интервалы t1 и t2, амплитудно-модулированный выходной сигнал, вводимый в преобразователь 1 (или 2), и сигнал, принимаемый преобразователем 2 (или 1), пропускают через один демодулятор и схему пересечения нулевого уровня, а импульсам начала и конца, вводимым в устройство 7 для измерения временного интервала, придают форму прямоугольного импульса.There are the following important aspects: the system has features according to which, in order to measure time intervals t 1 and t 2 , an amplitude-modulated output signal input to converter 1 (or 2) and a signal received by converter 2 (or 1) are passed through through one demodulator and a zero level crossing circuit, and the start and end pulses input to the
Выражение (5), хорошо известное в качестве выражения для измерения скорости течения на основании разности фаз, зависит от квадрата скорости звука. С2. В выражении (5) Δφ также является разностью фаз между ультразвуковыми волнами, распространяемыми в направлениях, совпадающих со скоростью течения и противоположных ей. Помимо способа измерения скорости течения, соответствующего выражению (5), можно вывести выражение для измерения скорости течения на основании разности фаз, которое не зависит от скорости звука С.Expression (5), well known as an expression for measuring the flow velocity based on the phase difference, depends on the square of the speed of sound. C 2 . In expression (5), Δφ is also the phase difference between ultrasonic waves propagated in directions that coincide with the flow velocity and are opposite to it. In addition to the method of measuring the flow velocity corresponding to expression (5), an expression can be derived for measuring the flow velocity based on the phase difference, which is independent of the speed of sound C.
Разность фаз Δψ1 между ультразвуковой распространяемой волной и принимаемой волной после распространения в направлении скорости течения и разность фаз Δψ2 между ультразвуковым распространяемым сигналом и принимаемым сигналом после распространения в направлении, противоположном скорости течения, имеют следующий вид:
Δψ1 = 2πf[L/(C+v)], (7-a)
Δψ2 = 2πf[L/(C-v)], (7-b)
где v=Vcosα, а L - интервал между ультразвуковыми преобразователями.The phase difference Δψ 1 between the ultrasonic propagated wave and the received wave after propagation in the direction of the flow velocity and the phase difference Δψ 2 between the ultrasonic propagated wave and the received signal after propagation in the direction opposite to the flow velocity, have the following form:
Δψ 1 = 2πf [L / (C + v)], (7-a)
Δψ 2 = 2πf [L / (Cv)], (7-b)
where v = Vcosα, and L is the interval between the ultrasonic transducers.
Разность между обратными числами разностей фаз Δψ1 и Δψ2 имеет следующий вид:
(1/Δψ1)-(1/Δψ2) = (2Vcosα)/(2πfL). (8)
При этом V имеет следующий вид:
V = [πfL/cosα][(1/Δψ1)-(1/Δψ2)]. (9)
Этот способ измерения скорости течения используется с большой выгодой, поскольку необязательно измерять скорость звука отдельно, даже при условии, что скорость звука претерпевает значительные изменения. Но измерять скорость течения на основании выражения (9) можно только в случае, если погрешность разностей фаз Δψ1 и Δψ2 очень мала - настолько, что ее можно игнорировать.The difference between the inverse numbers of the phase differences Δψ 1 and Δψ 2 has the following form:
(1 / Δψ 1 ) - (1 / Δψ 2 ) = (2Vcosα) / (2πfL). (8)
Moreover, V has the following form:
V = [πfL / cosα] [(1 / Δψ 1 ) - (1 / Δψ 2 )]. (9)
This method of measuring the flow velocity is used with great benefit, since it is not necessary to measure the speed of sound separately, even if the speed of sound undergoes significant changes. But the flow velocity can be measured on the basis of expression (9) only if the error of the phase differences Δψ 1 and Δψ 2 is very small - so much so that it can be ignored.
Например, Δψ1 = 2,0 рад и Δψ2 = 2,2 рад. В предположении, что разности фаз измеряют в диапазоне погрешности 0,5%, измеренные разности фаз имеют следующие значения:
В результате,
Но фактическое значение таково:
(1/2,0)-(1/2,2)=0,0454545.For example, Δψ 1 = 2.0 rad and Δψ 2 = 2.2 rad. Assuming that the phase differences are measured in the error range of 0.5%, the measured phase differences have the following values:
As a result
But the actual meaning is this:
(1 / 2.0) - (1 / 2.2) = 0.0454545.
Поэтому погрешность имеет следующее значение:
(0,0406828-0,04545)/0,04545=-0,105=10,5%.Therefore, the error has the following meaning:
(0.0406828-0.04545) / 0.04545 = -0.105 = 10.5%.
То есть, разности фаз измерены в диапазоне погрешности 0,5%, но погрешность между разностями величин, обратных разностям фаз, выросла более чем в 20 раз. Таким образом, погрешность измерения скорости течения могла стать больше 10%. Чтобы реализовать способ измерения скорости течения на основании разности фаз, не зависящий от скорости звука С, нужно очень точно измерять разность фаз. That is, the phase differences were measured in the error range of 0.5%, but the error between the differences of the quantities inverse to the phase differences increased by more than 20 times. Thus, the error in measuring the flow velocity could become more than 10%. In order to implement a method for measuring the flow velocity based on a phase difference independent of the speed of sound C, it is necessary to measure the phase difference very accurately.
Это создает следующую проблему, вытекающую из выражения (7). При увеличении интервала L скорость звука С уменьшается, а ультразвуковая частота увеличивается, так что разность фаз Δψ1,2 становится намного больше, чем π. Конечно, если L, С и v заданы, то можно выбрать ультразвуковую частоту f так, чтобы разность фаз Δψ не превышала диапазон π измерения обычного дискриминатора разности фаз, но эта частота должна быть гораздо больше, чем полоса частот шума, генерируемого в текучей среде.This creates the following problem arising from expression (7). With an increase in the interval L, the speed of sound C decreases, and the ultrasonic frequency increases, so that the phase difference Δψ 1,2 becomes much larger than π. Of course, if L, C, and v are given, then the ultrasonic frequency f can be chosen so that the phase difference Δψ does not exceed the measurement range π of a conventional phase difference discriminator, but this frequency should be much larger than the frequency band of the noise generated in the fluid.
Например, предположим, что внутренний диаметр D трубы для природного газа равен 0,3 м, С=420 м/с, V=30 м/с, α=45o и L =0,425 м, тогда ультразвуковая частота f, которая не превышает разность фаз π, имеет следующее значение:
f≤(C+Vcosα)/2πL=(420+30•cos45o)/(2π•0,424)=165,6 Гц.For example, suppose that the internal diameter D of the pipe for natural gas is 0.3 m, C = 420 m / s, V = 30 m / s, α = 45 o and L = 0.425 m, then the ultrasonic frequency f, which does not exceed the phase difference π, has the following meaning:
f≤ (C + Vcosα) / 2πL = (420 + 30 • cos45 o ) / (2π • 0.424) = 165.6 Hz.
Подобная полоса частот входит в полосу частот шума. Кроме того, это делает невозможным изготовление компактного преобразователя, который распространяет звуковую волну частоты 165 Гц. A similar frequency band is included in the noise frequency band. In addition, this makes it impossible to manufacture a compact transducer that propagates a sound wave of a frequency of 165 Hz.
Чтобы выйти за полосу шума, если частота fc выбрана равной 40 кГц, разность фаз в указанных примерах должна иметь следующие значения:
Отметим здесь, что 768π нельзя измерить с помощью обычного дискриминатора разности фаз.To go beyond the noise band, if the frequency f c is chosen equal to 40 kHz, the phase difference in these examples should have the following values:
We note here that 768π cannot be measured using a conventional phase difference discriminator.
Чтобы решить эти проблемы, в изобретении ультразвуковая частота fc, выходящая далеко за полосу шума, рассматривается в качестве несущей, и обеспечивается ее амплитудная модуляция в частоту fм, меньшую, чем ультразвуковая частота fc, а также распространение ее в направлениях, совпадающих со скоростью течения и противоположных ей, а также измерение разностей фаз между распространяемым сигналом и принимаемым сигналом следующим образом.To solve these problems, in the invention, an ultrasonic frequency f c extending far beyond the noise band is considered as a carrier, and its amplitude modulation is provided to a frequency f m less than the ultrasonic frequency f c , as well as its propagation in directions coinciding with the flow velocity and its opposite, as well as the measurement of phase differences between the propagated signal and the received signal as follows.
Во-первых, выбирают частоту fм амплитудной модуляции так, что разности фаз Δψм1 и Δψм2 между распространяемой волной амплитудно-модулированного сигнала и принимаемыми и демодулируемыми сигналами после распространения в направлениях, совпадающих со скоростью течения и противоположных ей, удовлетворяют следующим условиям:
Δψм1 = 2πfм[L/(Cmax+vmax)] = nπ+bπ, (10-a)
Δψм2 = 2πfм[L/(Cmin-vmax)] = nπ+aπ, (10-b)
где n= const (1, 2, 3,...), а<1,0, b<1,0, Сmax и Cmin - максимальная и минимальная скорости звука в текучей среде, и vmax=Vmaxcosα - максимальный диапазон измерения скорости течения.Firstly, a frequency f m of amplitude modulation is chosen so that the phase differences Δψ m1 and Δψ m2 between the propagated wave of the amplitude-modulated signal and the received and demodulated signals after propagation in directions that coincide with the flow velocity and are opposite to it, satisfy the following conditions:
Δψ m1 = 2πf m [L / (C max + v max )] = nπ + bπ, (10-a)
Δψ m2 = 2πf m [L / (C min -v max )] = nπ + aπ, (10-b)
where n = const (1, 2, 3, ...), and <1.0, b <1.0, C max and C min are the maximum and minimum speeds of sound in a fluid, and v max = V max cosα - the maximum range of measurement of flow velocity.
В этом случае, поскольку nπ известно заранее, предполагается измерение разности фаз Δψм1 и Δψм2 только в случае, если измеряют aπ и bπ, а затем прибавляют к ним nπ. Здесь аπ - максимальный предел измерения, а bπ - наименьший предел измерения. Поскольку имеет место неустойчивость, если а=1 и b=0, желательно выбирать а равным 0,96 и выбирать b равным 0,2.In this case, since nπ is known in advance, it is assumed to measure the phase difference Δψ m1 and Δψ m2 only if aπ and bπ are measured, and then nπ is added to them. Here aπ is the maximum measurement limit, and bπ is the smallest measurement limit. Since there is instability if a = 1 and b = 0, it is desirable to choose a equal to 0.96 and choose b equal to 0.2.
n, которое удовлетворяет выражению (10), определяют следующим образом. n that satisfies expression (10) is determined as follows.
Задают следующее выражение для отношений, исходя из выражения (10):
(n+b)/(n+a)=(Cmin-vmax)/(Cmax+vmax).The following expression for relations is defined based on expression (10):
(n + b) / (n + a) = (C min -v max ) / (C max + v max ).
При этом получают такое n:
n=[a(Cmin-vmax)-b(Cmax+vmax)]/((Cmax-Cmin+2vmax). (11)
На основании полученного таким образом n, частоту fм модуляции определяют следующим образом:
fм=[(n+a)/2L](Cmin-vmax) (12-a)
или
fм=[(n+b)/2L](Cmax+vmax). (12-B)
Следовательно, несущую fc подвергают амплитудной модуляции в выбранную частоту fм модуляции, и распространяют/принимают амплитудно-модулированный сигнал. Если разности фаз Δψм1 и Δψм2 между частотами fм модуляции измеряют в диапазоне постоянной погрешности δм, результаты вычисления разностей фаз Δψм1 и Δψм2 представляют в следующем виде:
где aπ = Δψмм1 и bπ = Δψмм2 представляют собой разность фаз, которую может измерить дискриминатор разности фаз. Умножая разность фаз на fc/πfм, получают значение, которое разделяет разности фаз Δψc1 и Δψc2 между несущими в π.
где β<1,0, γ<1,0, a m1 и m2 - целые числа (1, 2, 3, 4,...).Thus receive such n:
n = [a (C min -v max ) -b (C max + v max )] / ((C max -C min + 2v max ). (11)
Based on n thus obtained, the modulation frequency f m is determined as follows:
f m = [(n + a) / 2L] (C min -v max ) (12-a)
or
f m = [(n + b) / 2L] (C max + v max ). (12-B)
Therefore, the carrier f c is subjected to amplitude modulation at a selected frequency f m modulation, and the amplitude modulated signal is propagated / received. If the phase differences Δψ m1 and Δψ m2 between the modulation frequencies f m are measured in the constant error range δ m , the results of the calculation of the phase differences Δψ m1 and Δψ m2 are presented in the following form:
where aπ = Δψ mm1 and bπ = Δψ mm2 are the phase difference that the discriminator of the phase difference can measure. Multiplying the phase difference by f c / πf m , we obtain a value that separates the phase differences Δψ c1 and Δψ c2 between the carriers in π.
where β <1.0, γ <1.0, am 1 and m 2 are integers (1, 2, 3, 4, ...).
Если разности фаз Δψс1 и Δψс2 измеряют, как описано выше, то видно, что получаются значения m1π+βπ и m2π+γπ.
Значения, которые измеряет дискриминатор, представляют собой следующие разности фаз между несущими:
Если прибавляют m1π и m2π к измеренным значениям, разности между фазой при распространении волны несущей и фазой принимаемого сигнала после распространения в направлениях, совпадающих со скоростью течения и противоположных ей, имеют следующий вид:
Разности фаз полученные вышеуказанным образом, подставляются в выражения для измерения скорости течения, чтобы вычислить скорость течения следующим образом:
Если разность фаз несущих измеряют согласно вышеописанному способу, погрешность измерения уменьшается в десятки или сотни раз по сравнению с погрешностью δc дискриминатора разности фаз.If the phase differences Δψ c1 and Δψ c2 are measured as described above, then it can be seen that the values m 1 π + βπ and m 2 π + γπ are obtained.
The values that the discriminator measures are the following phase differences between the carriers:
If m 1 π and m 2 π are added to the measured values, the differences between the phase during the propagation of the carrier wave and the phase of the received signal after propagation in the directions coinciding with the flow velocity and opposite to it have the following form:
Phase differences obtained in the above way are substituted into the expressions for measuring the flow velocity in order to calculate the flow velocity as follows:
If the phase difference of the carriers is measured according to the above method, the measurement error is reduced by tens or hundreds of times compared with the error δ c of the discriminator of the phase difference.
где m1 и m2>>1, β и γ<1,0. Таким образом, δΔψc1 и δΔψc2 значительно меньше, чем δc.
Как описано выше, согласно изобретению, поскольку разность фаз точно измеряют во время распространения и приема ультразвуковой волны, можно измерять скорость течения на основании выражения для измерения скорости течения по разности фаз, которое не зависит от скорости звука. Кроме того, даже если L и V увеличиваются, а С уменьшается и разность фаз между ультразвуковыми волнами значительно превышает π радиан, можно точно измерить скорость.
where m 1 and m 2 >> 1, β and γ <1.0. Thus, δ Δψc1 and δ Δψc2 are much smaller than δ c .
As described above, according to the invention, since the phase difference is accurately measured during the propagation and reception of the ultrasonic wave, it is possible to measure the flow velocity based on the expression for measuring the flow velocity by the phase difference, which is independent of the speed of sound. In addition, even if L and V increase, and C decreases and the phase difference between the ultrasonic waves significantly exceeds π radian, you can accurately measure the speed.
Например, при измерении скорости течения природного газа, протекающего в трубе, имеющей внутренний диаметр 300 мм, предполагается, что Cmin=420 м/с, Сmax=450 м/с, L=0,425 м, Vmaxcosα=30 м/с, а частота fc ультразвуковой несущей выбрана равной 40 кГц с учетом шума в трубе. Предположим, что диапазон измерения дискриминатора разности фаз выбран в пределах 0~π, bπ=0,2π, например, b= 0,2, когда разность фаз становится минимальной, и аπ=0,95π, например, а=0,95, когда разность фаз становится максимальной в диапазоне. Тогда частота fм модуляции будет иметь следующее значение:
n=[0,95(420-30)-0,2(450+30)]/(450-420+2•30)=3,05.For example, when measuring the flow velocity of natural gas flowing in a pipe having an internal diameter of 300 mm, it is assumed that C min = 420 m / s, C max = 450 m / s, L = 0.425 m, V max cosα = 30 m / s, and the frequency f c of the ultrasonic carrier is chosen equal to 40 kHz, taking into account the noise in the pipe. Suppose that the measurement range of the discriminator of the phase difference is selected in the range 0 ~ π, bπ = 0.2π, for example, b = 0.2, when the phase difference becomes minimal, and aπ = 0.95π, for example, a = 0.95, when the phase difference becomes maximum in the range. Then the frequency f m modulation will have the following meaning:
n = [0.95 (420-30) -0.2 (450 + 30)] / (450-420 + 2 • 30) = 3.05.
В предположении, что n выбрано равным 3 и хранится в запоминающем устройстве системы, имеем:
f≤[(3,05+0,95)/2•0,424](420-30)=1839,62 Гц.Under the assumption that n is chosen equal to 3 and stored in the storage device of the system, we have:
f≤ [(3.05 + 0.95) / 2 • 0.424] (420-30) = 1839.62 Hz.
Предположим, что fм выбрана равной 1830 Гц, при распространении ультразвуковой волны, амплитудно-модулированной на уровне сигнала fм амплитудной модуляции 1830 Гц в направлениях, совпадающих со скоростью течения и противоположных ей, а принимаемый сигнал демодулируется для детектирования сигнала fм амплитудной модуляции. Тогда, если измеряют разность фаз между фазой сигнала fм амплитудной модуляции распространяющей стороны и фазой принимаемого сигнала, то результаты будут следующими:
Δψм2 = 2πfм[L/(C-v)] = 3π+0,60893π (n = 3).
При этом известно, что разность фаз, которую может измерять дискриминатор, составляет 0,30178π или 0,60893π. В предположении, что измерение разностей фаз осуществляется с погрешностью измерения в диапазоне ±1%, вычисляемая разность фаз имеет следующее значение:
Следующая процедура такова:
Здесь нужно отметить, что m1 (=72) сохраняется в запоминающем устройстве системы.Suppose that f m is chosen equal to 1830 Hz, during the propagation of an ultrasonic wave that is amplitude-modulated at a signal level f m amplitude modulation of 1830 Hz in directions that coincide with the flow velocity and opposite to it, and the received signal is demodulated to detect the signal f m amplitude modulation. Then, if the phase difference between the signal phase f m of the amplitude modulation of the spreading side and the phase of the received signal is measured, the results will be as follows:
Δψ m2 = 2πf m [L / (Cv)] = 3π + 0.60893π (n = 3).
It is known that the phase difference that the discriminator can measure is 0.30178π or 0.60893π. Under the assumption that the measurement of phase differences is carried out with a measurement error in the range of ± 1%, the calculated phase difference has the following value:
The following procedure is as follows:
It should be noted here that m 1 (= 72) is stored in the storage device of the system.
Здесь нужно отметить, что m2 (=78) сохраняется в запоминающем устройстве системы.
It should be noted here that m 2 (= 78) is stored in the storage device of the system.
Фактическая разность фаз между несущими имеет следующее значение:
При этом видно, что m1 (=72) совпало с сохраненным значением, а разность фаз Δψcм1 между несущими, которую можно измерить непосредственно, равна 0,17021276.The actual phase difference between the carriers has the following meaning:
It can be seen that m 1 (= 72) coincided with the stored value, and the phase difference Δψ cm1 between the carriers, which can be measured directly, is 0.17021276.
При этом видно, что m2 (=78) совпало с сохраненным значением, а разность фаз Δψcm2 между несущими равна 0,88372094.
It can be seen that m 2 (= 78) coincided with the stored value, and the phase difference Δψ cm2 between the carriers is 0.88372094.
Если разности фаз Δψc1 и Δψc2 измеряют в диапазоне погрешности ±1%, то
Δψсм1 = 0,54 рад,
Δψсм2 = 2,748 рад.
Результаты вычисления разностей фаз Δψc1 и Δψc2 таковы:
Эти разности фаз подставляют в выражение для измерения скорости течения, вычисляя следующее значение скорости течения:
Исходная скорость Vcosα течения была равна 20 м/с, но фактически измеренная скорость течения стала равной 19,95 м/с. Таким образом, погрешность измерения составила примерно -0,15%. То есть, разности фаз были измерены два раза в диапазоне 1%. Все же, в результате этого погрешность измерения скорости течения была снижена на 0,15%.If the phase differences Δψ c1 and Δψ c2 are measured in the error range ± 1%, then
Δψ cm1 = 0.54 rad
Δψ cm2 = 2.748 rad.
The results of the calculation of the phase differences Δψ c1 and Δψ c2 are as follows:
These phase differences are substituted into the expression for measuring the flow velocity, calculating the following value of the flow velocity:
The initial current velocity Vcosα was 20 m / s, but the actually measured current velocity became 19.95 m / s. Thus, the measurement error was approximately -0.15%. That is, phase differences were measured twice in the range of 1%. Nevertheless, as a result of this, the error in measuring the flow velocity was reduced by 0.15%.
Именно по причине снижения этой погрешности значительно уменьшаются погрешности измерения разностей фаз δψc1 и Δψc2.
Разность фаз Δψсм1 измеряли с погрешностью δc (=1%). Все же, погрешность Δψc1 измерения уменьшилась в m1/β(=7210,1702≈423) раз (см. выражение 17). В вышеуказанном примере предполагается, что разности фаз Δψмм1 и Δψмм2 измеряют с погрешностью 1%, но на самом деле разность фаз обычно измеряют с погрешностью 0,5%.It is due to the reduction of this error are greatly reduced phase difference measurement error δψ c1 and Δψ c2.
The phase difference Δψ cm1 was measured with an error of δ c (= 1%). Nevertheless, the measurement error Δψ c1 decreased by m 1 / β (= 7210.1702≈423) times (see expression 17). In the above example, it is assumed that the phase differences Δψ mm1 and Δψ mm2 are measured with an error of 1%, but in fact the phase difference is usually measured with an error of 0.5%.
Как описано выше, согласно изобретению, скорость течения газа, когда скорость течения большая, а скорость звука маленькая, можно точно измерить на основании способа, предусматривающего определение разности фаз, безотносительно изменения скорости звука в трубе большого внутреннего диаметра. As described above, according to the invention, the gas flow rate, when the flow velocity is large and the speed of sound is small, can be accurately measured based on the method of determining the phase difference, regardless of the change in the speed of sound in a pipe of large internal diameter.
На фиг. 5, в качестве одного конкретного варианта осуществления изобретения, изображена условная блок-схема, иллюстрирующая конфигурацию системы для осуществления способа измерения скорости течения, основанного на способе, предусматривающем определение разности фаз. In FIG. 5, as one specific embodiment of the invention, a schematic block diagram is shown illustrating a system configuration for implementing a flow velocity measuring method based on a method comprising determining a phase difference.
Ультразвуковые преобразователи 1 и 1' являются каждый ультразвуковым принимающим преобразователем для приема ультразвуковой волны, а ультразвуковой преобразователь 2 является
ультразвуковым распространяющим преобразователем для распространения ультразвуковых волн с расширенным углом направленности. Генератор 13 несущей и генератор 14 модулирующей волны генерируют частоту fc ультразвуковой несущей и частоту fм амплитудной модуляции, соответственно. Амплитудный модулятор 17 осуществляет амплитудную модуляцию частоты fc ультразвуковой несущей. Выходной усилитель 18 возбуждает ультразвуковой преобразователь 2. Принимающие усилители 19 и 19' усиливают сигналы из ультразвуковых преобразователей 1, 1', соответственно. Демодуляторы 20, 20' демодулируют амплитудно-модулированный сигнал для детектирования частоты fм модуляции. Узкополосные усилители 21, 21' усиливают сигналы, выдаваемые из демодуляторов 20,20'. Дискриминаторы 28, 28' разности фаз детектируют разности фаз Δψмм1 и Δψмм2 между волнами fм амплитудной модуляции. Дискриминаторы 31 разности фаз детектируют разности фаз Δψсм1 и Δψсм2 между несущими fc. Усилители-ограничители 30, 30' усиливают и ограничивают амплитудно-модулированные сигналы до предварительно определенного уровня. Фазовращатели 29, 29' необходимы при обеспечении принудительного регулирования выходного сигнала дискриминаторов 28, 28' разности фаз до нуля, если скорость течения V равна нулю. Арифметико-логический блок 32 вычисляет разности фаз Δψc1 и Δψc2 между несущими fc, а потом - скорость течения, в соответствии с изобретением.The
an ultrasonic propagating transducer for the propagation of ultrasonic waves with an extended directivity angle. The
Ультразвуковая система для измерения скорости течения работает следующим образом. Ultrasonic system for measuring the flow velocity works as follows.
Амплитудный модулятор 17 осуществляет амплитудную модуляцию частоты fc несущей, генерируемой генератором 13 несущей, в частоту fм модуляции, генерируемую генератором 14 модуляции. Усилитель 18 усиливает амплитудно-модулированный сигнал и подает его в распространяющий ультразвуковой преобразователь 2. Если преобразователь 2 распространяет амплитудно-модулированный сигнал в направлениях, совпадающих со скоростью течения и противоположных ей, принимающий преобразователь 1 принимает сигнал, распространяемый в направлениях, совпадающих со скоростью V течения и противоположных ей, и преобразует его в электрические сигналы. Выходной сигнал из принимающего преобразователя 1 усиливается принимающим усилителем 19 для усиления полосу частот fc±fм и вводится в демодулятор 20. На выходе демодулятора 20 генерируется сигнал fм амплитудной модуляции. Этот сигнал вводится через фазовращатель 29 в узкополосный усилитель 21. Узкополосный усилитель 21 снова фильтрует амплитудно-модулированный сигнал и подает его на дискриминатор 28 разности фаз меньшей частоты fм. Дискриминатор 28 детектирует сигнал, соответствующий разности фаз Δψмм2, которая меньше, чем π, и вводит свой выходной сигнал в арифметико-логический блок 32, который вычисляет разность фаз и скорость течения.The
Ультразвуковая волна, распространяемая в направлении скорости течения, принимается принимающим преобразователем 1', и разность фаз Δψмм1 детектируется посредством принимающего усилителя 19', демодулятора 20', узкополосного усилителя 21', дискриминатора 28', как упоминалось выше. В то же время, выходной сигнал из принимающего усилителя 19' усиливается до насыщенного состояния усилителем-ограничителем 30' и вводится в дискриминатор 31'. Дискриминатор 31' генерирует сигналы, соответствующие разностям фаз Δψсм1 и Δψсм2, и вводит их в арифметико-логический блок 32.An ultrasonic wave propagating in the flow velocity direction is received by the receiving
Предполагается, что в арифметико-логический блок 32 заранее принудительно введены целые числа n, fм, fc, L, а также сова, и этот блок получает m1 и m2 в соответствии с выражением (13), вычисляет разности фаз Δψс1 и Δψc2 несущих в соответствии с выражением (15) и вычисляет скорость течения V в соответствии с выражением (16). Полученную таким образом скорость течения можно использовать при вычислении расхода в случае адаптации к расходомеру.It is assumed that the integers n, f m , f c , L, as well as an owl, are forcibly entered into the arithmetic-
Существует случай измерения скорости звука С другим способом. Например, если расходомер для измерения объемного расхода установлен для измерения массового расхода газа, давление и температуру газа измеряют отдельно. В этом случае можно вычислить скорость звука, используя результаты измерения давления и температуры газа. Если каким-то образом измеряют расход жидкости, существует случай, когда скорость звука С в жидкости может быть известна заранее и не изменяется. В этом случае осуществляют прием ультразвуковых волн, распространяемых в направлениях, совпадающих со скоростью течения и противоположных ей, и измеряют разность фаз Δφc между принимаемыми сигналами, так что скорость течения V можно измерять на основании выражения (5). На этот раз, если Δφc>>π, разность фаз Δφc измеряют следующим образом: чтобы осуществить амплитудную модуляцию ультразвуковой несущей fc в частоту fм модуляции, выбирают частоту fм модуляции следующим образом:
fм≤C2 min/(4LVmaxcosα), (18)
где Cmin - наименьшая ожидаемая скорость звука в текучей среде.There is a case of measuring the speed of sound with a different method. For example, if a flowmeter for measuring a volumetric flow rate is set to measure a mass flow rate of gas, the pressure and temperature of the gas are measured separately. In this case, the speed of sound can be calculated using the results of measuring pressure and gas temperature. If fluid flow is measured in some way, there is a case where the speed of sound C in a fluid can be known in advance and does not change. In this case, ultrasonic waves propagating in directions coinciding with the flow velocity and opposite to it are received and the phase difference Δφ c between the received signals is measured, so that the flow velocity V can be measured on the basis of expression (5). At this time, if Δφ c >> π, Δφ c, the phase difference is measured as follows: to carry out amplitude modulation of the ultrasound carrier frequency f c in f m of modulation, m is selected modulation frequency f in the following way:
f m ≤C 2 min / (4LV max cosα), (18)
where C min is the smallest expected speed of sound in a fluid.
Разность фаз Δφм между принимаемыми сигналами выбранных таким образом амплитудно-модулированных частот не превышает π при максимальном измеряемом значении скорости течения. Принимаемый амплитудно-модулированный сигнал демодулируют, так что сначала измеряют разность фаз Δφм между модулированными частотами, а потом получают m с помощью следующего выражения (19).The phase difference Δφ m between the received signals of the amplitude-modulated frequencies thus selected does not exceed π at the maximum measured value of the flow velocity. The received amplitude-modulated signal is demodulated, so that the phase difference Δφ m between the modulated frequencies is measured first, and then m is obtained using the following expression (19).
Δφм•(fc/πfм) = m+a = Δφc/π, (19)
где а<1,0.Δφ m • (f c / πf m ) = m + a = Δφ c / π, (19)
where a <1.0.
aπ в выражении (19) - это часть, которую можно измерить в разности фаз между несущими. В то же время, измерение разности фаз aπ между сигналами несущей и вычисление Δφc осуществляют с помощью следующего выражения.aπ in expression (19) is the part that can be measured in the phase difference between the carriers. At the same time, the measurement of the phase difference aπ between the carrier signals and the calculation of Δφ c is carried out using the following expression.
Δφc = mπ+aπ. (20)
Затем Δφc подставляют в выражение (5) для вычисления скорости течения V. Здесь измеряемая разность фаз представляет собой аπ. Когда абсолютная погрешность Δaπ при измерении aπ равна δaπ•aπ (δaπ - относительная погрешность), погрешность измерения Δφc имеет следующий вид:
δΔφc = (δaπ•aπ)/[(m+a)π] = δaπ•/(m+a).
Следовательно, δΔφc<<δaπ и точность вычисления скорости течения повышается. Другой вариант системы для осуществления способа измерения скорости течения аналогичным методом изображен в виде условной блок-схемы на фиг.6.Δφ c = mπ + aπ. (20)
Then Δφ c is substituted into expression (5) to calculate the flow velocity V. Here, the measured phase difference is aπ. When the absolute error Δaπ when measuring aπ is equal to δ aπ • aπ (δ aπ is the relative error), the measurement error Δφ c has the following form:
δ Δφc = (δ aπ • aπ) / [(m + a) π] = δ aπ • / (m + a).
Therefore, δ Δφc << δ aπ and the accuracy of calculating the flow velocity increases. Another version of the system for implementing the method of measuring the flow velocity by a similar method is depicted in the form of a conditional block diagram in Fig.6.
Обращаясь к фиг.6, отмечаем, что здесь указаны такие же позиции, что и для идентичных частей на фиг. 5. Только предполагается, что в арифметико-логические блоки для вычисления скорости заранее принудительно введены целые числа fм, fc, L, а также cosα, и эти блоки вычисляют скорость течения на основании выражений (18), (19) и (5).Turning to FIG. 6, we note that the same positions are indicated here as for identical parts in FIG. 5. It is only assumed that the integers f m , f c , L, as well as cosα are forced into the arithmetic-logic blocks for calculating the speed, and these blocks calculate the flow velocity based on the expressions (18), (19) and (5 )
Следовательно, изобретение обеспечивает амплитудную модуляцию ультразвуковой волны и измерение скорости течения с большей достоверностью на основании ультразвукового способа, предусматривающего определение разности времен в большой реке, русле большой промывной галереи, трубе большого внутреннего диаметра. Кроме того, изобретение обеспечивает способ "измерения" скорости течения на основании разности фаз, независимый от скорости звука, с использованием обычного дискриминатора разности фаз, имеющего диапазон π измерения разности фаз, даже в случае, если разность фаз превышает π радиан. Therefore, the invention provides amplitude modulation of the ultrasonic wave and measurement of the flow velocity with greater reliability based on the ultrasonic method, which provides for determining the time difference in a large river, a channel of a large washing gallery, and a pipe of large internal diameter. In addition, the invention provides a method of “measuring” the flow velocity based on the phase difference, independent of the speed of sound, using a conventional phase difference discriminator having a π phase difference measurement range, even if the phase difference exceeds π radians.
Claims (4)
V= (L/cosα)[(1/t1)-(1/t2)] ,
при этом частоту fм сигнала амплитудной модуляции выбирают из следующего выражения:
fр<<10[(Сmax+Vmaxcosα)/L] ≤fм≤0,05fс,
где fр - максимальная частота пульсации затухания в момент распространения ультразвуковой волны в текучей среде;
Сmax - максимальная скорость звука в текучей среде;
L - интервал распространения ультразвука;
Vmax - максимальная ожидаемая скорость течения на интервале L;
α - угол между направлением распространения ультразвуковой волны и направлением скорости течения.1. An ultrasonic method for measuring the flow velocity, comprising measuring at least two differences in the propagation times of undamped ultrasonic sinusoidal waves in opposite directions at an angle α to the direction of the flow velocity and calculating the flow velocity, characterized in that the amplitude modulation of the undamped ultrasonic sine wave carrier frequency f with the signal of frequency f m of modulation less than the carrier frequency f c, for a period τ = 5 / f m, carry propagation Vp bottom-modulated signals in opposite directions at an angle α to the direction of flow velocity, demodulates the received amplitude-modulated signals after spreading them in opposite directions at an angle α to the direction of flow speed, for detecting a signal frequency f m of the amplitude modulation measured at least , two slots between the time of the amplitude modulation of the carrier frequency f of the signal with a signal with frequency f m of modulation and signal detection point f m amplitude m of modulation of the demodulated signal after propagation of ultrasonic sine waves in opposite directions an angle α to the direction of the flow velocity and the measured time intervals t 1, t 2, calculate the flow rate from the expression
V = (L / cosα) [(1 / t 1 ) - (1 / t 2 )],
wherein the frequency f m of the amplitude modulation signal is selected from the following expression:
f p << 10 [(C max + V max cosα) / L] ≤f m ≤0.05f s ,
where f p is the maximum frequency of the ripple attenuation at the time of propagation of the ultrasonic wave in the fluid;
With max - the maximum speed of sound in a fluid medium;
L is the propagation interval of ultrasound;
V max - the maximum expected flow rate in the interval L;
α is the angle between the direction of propagation of the ultrasonic wave and the direction of the flow velocity.
ΔΨC1/π = ΔΨM1(fc/πfм) = m1+β,(β<1,0),
ΔΨC2/π = ΔΨM2(fc/πfм) = m2+γ,(γ<1,0),
запоминают m1 и m2 в запоминающем устройстве, вычисляют
ΔΨC1 = m1π+βπ,
ΔΨC2 = m2π+γπ,
а затем вычисляют скорость течения V по следующему выражению:
V = [πfcL/cosα][1/ΔΨC1)-(1/ΔΨC2)],
при этом частоту fм амплитудной модуляции выбирают в соответствии с выражением
fм= [(n+а)/2L] (Сmin-Vmax),
где n= [а(Сmin-Vmax)-b(Сmax+Vmax)] /(Сmax-Сmin+2Vmax),
запоминают n в запоминающем устройстве, измеряют разности фаз аπ и bπ, которые могут измерять фазовые дискриминаторы и вычисляют
ΔΨM1 = nπ+aπ,
ΔΨM2 = nπ+bπ,
при этом а<1,0 - коэффициент для выбора максимального диапазона измерения (аπ)max одного из фазовых дискриминаторов, и b<1,0 - коэффициент для выбора максимального диапазона измерения (bπ)max другого фазового дискриминатора, Сmax и Сmin - максимальная и минимальная ожидаемые скорости звука в текучей среде, Vmax - максимальная ожидаемая скорость течения.3. An ultrasonic method for measuring the flow velocity, including measuring the phase difference between the signals of the ultrasonic waves propagating in opposite directions at an angle α to the flow direction, and calculating the flow velocity, characterized in that the amplitude modulation of the ultrasonic wave of the carrier frequency f with a signal with a frequency f m of amplitude modulation less than the carrier frequency f s , the amplitude-modulated signals propagate in opposite directions at an angle α to the direction p of the outflow, demodulate the received amplitude-modulated signals after propagating in the interval L to detect a signal of frequency f m amplitude modulation, measure the phase difference ΔΨ M1 between frequency signals f m amplitude modulation, propagated and received in the direction of the flow velocity, and the phase difference ΔΨ M2 between the signals of frequency f m amplitude modulation, propagated and received in the opposite direction, measure at least two phase discriminators components βπ and γπ differently of the phases ΔΨ C1 and ΔΨ C2 between the ultrasonic signals of the carrier frequency f c , propagated and received in the direction of the flow velocity, and between the ultrasonic signals of the carrier frequency f c , distributed and received in the opposite direction, determine the multiples m 1 and m 2 of the numbers π from the expressions
ΔΨ C1 / π = ΔΨ M1 (f c / πf m ) = m 1 + β, (β <1,0),
ΔΨ C2 / π = ΔΨ M2 (f c / πf m ) = m 2 + γ, (γ <1,0),
remember m 1 and m 2 in the storage device, calculate
ΔΨ C1 = m 1 π + βπ,
ΔΨ C2 = m 2 π + γπ,
and then calculate the current velocity V by the following expression:
V = [πf c L / cosα] [1 / ΔΨ C1 ) - (1 / ΔΨ C2 )],
wherein the frequency f m amplitude modulation is selected in accordance with the expression
f m = [(n + a) / 2L] (C min -V max ),
where n = [a (C min -V max ) -b (C max + V max )] / (C max -C min + 2V max ),
remember n in the storage device, measure the phase differences aπ and bπ, which can measure phase discriminators and calculate
ΔΨ M1 = nπ + aπ,
ΔΨ M2 = nπ + bπ,
wherein a <1.0 is the coefficient for choosing the maximum measuring range (aπ) max of one of the phase discriminators, and b <1.0 is the coefficient for choosing the maximum measuring range (bπ) max of another phase discriminator, C max and C min - maximum and minimum expected speeds of sound in a fluid, V max - maximum expected speed of a stream.
V = (ΔφcC2)/(4πfLcosα),
где С - скорость звука;
f - частота ультразвуковой волны;
L - расстояние, на которое распространяется ультразвуковая волна;
α - угол между направлением распространения ультразвуковой волны и направлением скорости течения,
отличающийся тем, что осуществляют амплитудную модуляцию, по меньшей мере, одной ультразвуковой волны несущей частоты fс сигналом с частотой fм амплитудной модуляции, осуществляют распространение амплитудно-модулированных сигналов в противоположных направлениях, под углом α к направлению потока, осуществляют демодуляцию принимаемых сигналов, измеряют разность фаз Δφм<π между демодулированными сигналами, измеряют разность фаз аπ между принимаемыми ультразвуковыми сигналами несущей частоты fс с помощью фазового дискриминатора, определяют кратное m числа а из выражения
Δφм•(fc/πfм) = m+a = Δφc/π(a<1,0),
и вычисляют Δφc = mπ+aπ, а затем вычисляют скорость течения V по разности фаз Δφc, при этом частоту fм амплитудной модуляции выбирают из выражения
fм≤C
где Сmin - наименьшая ожидаемая скорость звука в текучей среде;
Vmax - максимальная ожидаемая скорость течения на интервале L.4. An ultrasonic method for measuring the flow velocity, including measuring the phase difference Δφ c between ultrasonic wave signals propagating in opposite directions at an angle α to the flow direction, provided that the sound velocity is measured separately or constant and the flow velocity V is calculated using the following expression:
V = (Δφ c C 2 ) / (4πfLcosα),
where C is the speed of sound;
f is the frequency of the ultrasonic wave;
L is the distance over which the ultrasonic wave propagates;
α is the angle between the direction of propagation of the ultrasonic wave and the direction of the flow velocity,
characterized in that the amplitude modulation of at least one ultrasonic wave of a carrier frequency f with a signal with a frequency of f m amplitude modulation is carried out, the amplitude-modulated signals are propagated in opposite directions, at an angle α to the flow direction, the received signals are demodulated, measured phase difference Δφ m <π between the demodulated signals aπ measured difference in phase between the received ultrasonic signals with a carrier frequency f by the phase discriminator, GER Delyan multiple m and the number of expressions
Δφ m • (f c / πf m ) = m + a = Δφ c / π (a <1,0),
and calculate Δφ c = mπ + aπ, and then calculate the flow velocity V by the phase difference Δφ c , while the frequency f m amplitude modulation is selected from the expression
f m ≤C
where C min is the smallest expected speed of sound in a fluid;
V max - the maximum expected flow rate in the interval L.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019980036337A KR100298474B1 (en) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | Ultrasonic flow measurement method |
KR1998/36337 | 1998-09-03 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99118673A RU99118673A (en) | 2001-07-20 |
RU2193208C2 true RU2193208C2 (en) | 2002-11-20 |
Family
ID=19549509
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99118673/28A RU2193208C2 (en) | 1998-09-03 | 1999-08-25 | Ultrasonic method measuring current speed (versions) |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100298474B1 (en) |
CN (1) | CN1155831C (en) |
CA (1) | CA2279257A1 (en) |
DE (1) | DE19942138B4 (en) |
RU (1) | RU2193208C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2529635C1 (en) * | 2013-06-10 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный университет" | Ultrasonic method of determining flow rate of gas medium and apparatus therefor |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100801643B1 (en) * | 2006-04-06 | 2008-02-11 | 박주영 | System for making 3D-continuty and Method thereof |
RU2367912C1 (en) * | 2008-05-12 | 2009-09-20 | Закрытое Акционерное Общество "Когерент" | Device for detection of volume flow of controlled medium in pipeline |
CN102023298B (en) * | 2009-09-17 | 2013-06-05 | 建兴电子科技股份有限公司 | Method for setting detection period of ultrasonic wave and device thereof |
DE102009046561A1 (en) * | 2009-11-10 | 2011-05-12 | Robert Bosch Gmbh | Method for operating at least one ultrasonic transducer |
DK2343515T3 (en) | 2010-01-11 | 2020-12-14 | Kamstrup As | FLOW METER WITH VARIABLE OPERATING MODES |
CN102103147B (en) * | 2011-01-05 | 2012-04-18 | 王毅 | Ultrasonic autocorrelation transverse flow velocity measuring method |
CN105547385A (en) * | 2015-12-18 | 2016-05-04 | 合肥市恒昌自动化控制有限责任公司 | Channel section flow measurement method based on ultrasonic principle |
CN106443059A (en) * | 2016-09-07 | 2017-02-22 | 成都千嘉科技有限公司 | Fluid velocity measurement method, fluid metering method and flowmeter |
CN106568988B (en) * | 2016-11-10 | 2019-03-29 | 浙江清环智慧科技有限公司 | A kind of measuring system of drainage pipeline water body speed |
CN107290564B (en) * | 2017-07-28 | 2020-02-04 | 电子科技大学 | Phase difference-based ultrasonic flow velocity measurement method |
CN109253396B (en) * | 2018-08-23 | 2022-09-20 | 大唐环境产业集团股份有限公司 | Method and device for detecting flow of slurry composite pipeline |
CN110346600B (en) * | 2019-08-21 | 2021-04-06 | 南京信息工程大学 | Ultrasonic wind speed and wind direction measuring method |
CN111220816B (en) * | 2020-01-19 | 2022-04-08 | 中船重工海声科技有限公司 | Time difference type ultrasonic flow velocity measuring method adopting frequency hopping signal |
CN112729441B (en) * | 2020-12-21 | 2022-03-22 | 唐山学院 | High-precision flow measuring method based on pulse type flow sensor |
CN113701835B (en) * | 2021-08-30 | 2023-12-08 | 安徽理工大学 | High-precision self-correction ultrasonic coal bed gas extraction pipe network flowmeter |
CN113770010B (en) * | 2021-09-14 | 2022-07-01 | 天津理工大学 | Ultrasonic excitation circuit |
CN114384003A (en) * | 2022-01-07 | 2022-04-22 | 鞍钢股份有限公司 | Seawater erosion corrosion test device and using method |
CN114814285B (en) * | 2022-06-23 | 2022-09-09 | 沈阳佳德联益能源科技股份有限公司 | Ultrasonic flow measurement method |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2943810C2 (en) * | 1979-10-30 | 1982-12-09 | Erwin Sick Gmbh Optik-Elektronik, 7808 Waldkirch | Measurement arrangement for the speed of flowable media by determining the transit time of sound waves |
US4787252A (en) * | 1987-09-30 | 1988-11-29 | Panametrics, Inc. | Differential correlation analyzer |
EP0535364A1 (en) * | 1991-09-30 | 1993-04-07 | Siemens Aktiengesellschaft | High precision and unambiguous method for the ultrasonic measurement of speed of flow |
DE4302368C1 (en) * | 1993-01-28 | 1994-07-21 | Spanner Pollux Gmbh | Ultrasonic measuring method for fluid flow velocity |
KR960013251B1 (en) * | 1993-08-25 | 1996-10-02 | 주식회사 창민물산 | Flow metter |
KR0170815B1 (en) * | 1996-05-27 | 1999-05-01 | 남상용 | Ultrasonic multi circuit flowmeter |
-
1998
- 1998-09-03 KR KR1019980036337A patent/KR100298474B1/en not_active IP Right Cessation
-
1999
- 1999-07-30 CA CA002279257A patent/CA2279257A1/en not_active Abandoned
- 1999-08-16 CN CNB99117917XA patent/CN1155831C/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-08-25 RU RU99118673/28A patent/RU2193208C2/en not_active IP Right Cessation
- 1999-09-03 DE DE19942138A patent/DE19942138B4/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2529635C1 (en) * | 2013-06-10 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный университет" | Ultrasonic method of determining flow rate of gas medium and apparatus therefor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19942138A1 (en) | 2000-03-30 |
KR20000018659A (en) | 2000-04-06 |
CN1248703A (en) | 2000-03-29 |
CN1155831C (en) | 2004-06-30 |
DE19942138B4 (en) | 2004-09-30 |
CA2279257A1 (en) | 2000-03-03 |
KR100298474B1 (en) | 2002-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2193208C2 (en) | Ultrasonic method measuring current speed (versions) | |
US6470757B2 (en) | Ultrasonic flow velocity measuring method | |
RU99118673A (en) | ULTRASONIC METHOD FOR MEASURING FLOW SPEED | |
US8100832B2 (en) | Ultrasound diagnostic apparatus | |
US5121639A (en) | Fluid flow measurement | |
KR20060134114A (en) | Zero crossing detection of an ultrasound signal with a variable threshold | |
RU2186399C2 (en) | Ultrasonic device measuring flow velocity | |
US6386047B2 (en) | Ultrasonic flow velocity measuring method using phase difference measurements | |
US3886794A (en) | Flowmeter apparatus and method | |
JP3215847B2 (en) | Flow velocity measurement method | |
US5602343A (en) | Method of, and apparatus for, measuring the velocity of a fluid | |
JPH039405B2 (en) | ||
DE59607938D1 (en) | Method for ultrasonic measurement of flow rates of flowing fluids | |
JP2013185891A (en) | Device and method for ultrasonic flow metering | |
JP3752340B2 (en) | Ultrasonic Doppler flow velocity / flow meter | |
JP2723291B2 (en) | Ultrasonic sensor | |
JP3024312B2 (en) | Vortex flow meter | |
JP2009222534A (en) | Flow measuring method and flow measuring device using ultrasonic wave | |
JPS5914731Y2 (en) | Flow velocity flow measuring device | |
JPH0587608A (en) | Method and apparatus for measuring fluid velocity | |
JPS5832121A (en) | Ultrasonic flow meter on phase difference system | |
JP3186568B2 (en) | Vortex flow meter | |
JPS5852487Y2 (en) | Flow rate measurement device using correlation technology | |
JP2000035353A (en) | Method and apparatus for measurement of propagation time as well as ultrasonic flowmeter | |
JP2711133B2 (en) | Vortex flow meter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050826 |