RU2403578C2 - Способ определения средней скорости потока - Google Patents
Способ определения средней скорости потока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2403578C2 RU2403578C2 RU2008145272/28A RU2008145272A RU2403578C2 RU 2403578 C2 RU2403578 C2 RU 2403578C2 RU 2008145272/28 A RU2008145272/28 A RU 2008145272/28A RU 2008145272 A RU2008145272 A RU 2008145272A RU 2403578 C2 RU2403578 C2 RU 2403578C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- doppler
- average
- flow rate
- frequencies
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
В процессе измерения с помощью микроволнового генератора (1) вводят в поток сверхвысокочастотные электромагнитные колебания фиксированной частоты и выводят из потока сигнал с доплеровской частотой. Создают базу данных доплеровских частот, связанных со скоростью потока и диэлектрической проницаемостью контролируемой среды, в блоке (4). Формируют из этой базы данных набор частот, близких к средней доплеровской частоте. По арифметическому среднему значению доплеровских частот, отобранных из набора, и диэлектрической проницаемости вычисляют среднюю скорость потока. Изобретение повышает точность измерения. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.
Известен способ, реализуемый доплеровским измерителем скорости потока (см. В.А.Викторов и др. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов, 1989, стр.136), в котором частота рассеянных на движущихся неоднородностях в потоке электромагнитных колебаний вследствие эффекта Доплера используется для определения скорости потока сыпучего материала.
Недостатком этого известного способа является низкая точность из-за нестабильности информативного доплеровского сигнала по частоте.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип способ определения скорости потока вещества (см. В.А.Викторов и др. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов, 1989, стр.137-138). В устройстве, реализующем указанный способ, колебания СВЧ генератора фиксированной частоты через передающую антенну направляются в контролируемый поток. Рассеянный на движущихся неоднородностях в потоке электромагнитный сигнал с доплеровской частотой улавливается приемной антенной и далее поступает в блок выделения и обработки доплеровского сигнала. Здесь по частоте Доплера, определяемой максимумом спектральной плотности доплеровского сигнала, получают информацию о скорости потока.
Недостатком данного способа следует считать погрешность, связанную со сложностью определения максимума спектральной плотности доплеровского сигнала.
Задачей заявляемого технического решения является повышение точности измерения.
Поставленная задача достигается тем, что в способе определения средней скорости потока, перемещаемого по трубопроводу, при котором вводят в поток электромагнитные колебания фиксированной частоты и выводят из потока сигнал с доплеровской частотой, создают базу данных доплеровских частот, формируют из этой базы данных набор частот, близких к средней доплеровской частоте, используют этот набор частот для вычисления арифметического среднего значения доплеровской частоты и по этому значению частоты судят о средней скорости потока.
Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных признаков, состоит в том, что информацию о средней скорости потока контролируемого вещества получают по вычислению арифметического среднего значения доплеровской частоты.
Наличие в заявленном способе совокупности перечисленных существенных признаков позволяет решить поставленную задачу определения средней скорости потока на основе использования базы данных доплеровских частот и набора частот, близких к средней доплеровской частоте, с желаемым результатом, т.е. высокой точностью измерения.
На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство, реализующее данный способ, содержит микроволновый генератор 1, подключенный выходом к элементу 2 для ввода в поток сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний, элемент 3 для вывода из потока сигнала с доплеровскими частотами, соединенный с входом блока 4 для создания базы данных доплеровских частот, формирователь 5 набора частот, близких к средней доплеровской частоте, подключенный выходом к входу вычислителя средней доплеровской частоты 6.
На чертеже цифрой 7 обозначен трубопровод, по которому перемещается поток.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
Как известно, при зондировании потока вещества электромагнитными колебаниями, частота рассеянного на движущихся неоднородностях вещества в потоке электромагнитного сигнала может изменяться на величину fg вследствие эффекта Доплера. При одной фиксированной частоте зондирующих электромагнитных колебаний частота fg может быть определена как:
где
f0 - частота зондирующих колебаний;
V - скорость контролируемого потока;
ε - диэлектрическая проницаемость контролируемой среды;
c - скорость распространения волны в свободном пространстве.
Из представленной формулы видно, что при постоянных значениях f0, ε и c по частоте fg можно судить о скорости потока в трубопроводе.
Анализ показывает, что из-за произвольной формы и ориентации движущихся в потоке неоднородностей, а также их различных геометрических размеров, доплеровский сигнал может иметь случайный характер, приводящий к погрешностям частоты fg.
Согласно предложенному технологическому решению для определения частоты fg используется генетический алгоритм, основанный на поиске лучших решений с помощью исследования и усиления полезных свойств множества объектов определенного вида или класса в процессе имитации их эволюции. В силу этого в рассматриваемом случае сначала создаются исходные данные о доплеровских частотах, связанных со скоростью потока. Как уже отмечалось выше, из-за случайного характера доплеровского сигнала его частота при одной и той же скорости потока (зондирование потока электромагнитным сигналом фиксированной частоты) будет колебаться от минимального до максимального значений, т.е. fg можно представить в виде спектра частот, например, для скорости V1 ширина спектра может изменяться от fg1min до fg1max, аналогично для скорости V2 - от fg2min до fg2max и т.д. Следовательно, эти частотные спектры доплеровских частот, связанные с различными значениями скорости потока, можно считать исходными данными для организации их базы. Затем из этих данных доплеровских частот, ввиду того, что средняя доплеровская частота 
пропорциональна средней скорости 
(см. В.А.Викторов и др. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов, 1989, стр.138), формируют набор частот, близких к средней доплеровской частоте 
. В данном случае энергетический спектр (зависимость спектральной плотности Gfg от fg) доплеровского сигнала может быть использован для создания набора частот, близких к средней доплеровской частоте.
Пусть данную доплеровскую частотную структуру описывает энергетический спектр узкополосного шума, имеющий узкий пик с центральной частотой, равный средней частоте в интервале частот от 
до 
, где Δfg - ширина спектра на уровне, например, 0,7 энергетического спектра. Тогда значения доплеровских частот, входящих в указанный интервал частот, могут быть классифицированы как набором доплеровских частот, близких к средней частоте 
. При этом один набор доплеровских частот будет соответствовать одной величине скорости, другой набор частот - другой величине скорости, и т.д.
Обозначим набор доплеровских частот, связанных, например, со скоростью потока V1, элементами, 
где 
Тогда отношение суммы этих величин к их числу n даст возможность вычислить арифметическое среднее значение доплеровской частоты, т.е.
Следовательно, по этой средней доплеровской частоте можно судить о средней скорости 
потока.
Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. Выходной сигнал (сверхвысокочастотные колебания фиксированной частоты) микроволнового генератора 1 через элемент 2 вводят в поток, перемещаемый по трубопроводу 7. После воздействия электромагнитных колебаний на поток, рассеянный на движущихся в потоке неоднородностях, сигнал улавливается элементом 3. С выхода этого элемента, осуществляющего одновременно выделение доплеровской частоты, связанной со скоростью потока, сигнал поступает на вход блока 4 для создания базы данных доплеровских частот. В этом блоке аналогично генетическому алгоритму (создание начальной популяции), создается база данных N доплеровских частот, связанных с одной величиной скорости потока. Здесь же фиксируется ширина диапазона (спектра) доплеровских частот от минимального до максимального значений. После этого в формирователе 5 набора частот происходит отбор доплеровских частот, близких к средней доплеровской частоте, т.е. на выходе этого блока можно наблюдать спектр доплеровских частот, ширина которого значительно уже, чем на входе формирователя спектра N доплеровских частот. В данном случае использование анализатора спектра в качестве формирователя может обеспечить как отбор с определенным шагом по оси частот спектральной плотности (зависимость Gfg=F(fg)) доплеровских частот, так и измерение этих отобранных частот. В вычислителе 6 после подсчета числа измеренных отобранных доплеровских частот (по генетическому алгоритму - это набор особей, которые получили право размножаться), путем деления суммы этих частот на их число (арифметическое среднее значение), определяют среднюю доплеровскую частоту, пропорциональную средней скорости потока.
Предлагаемый способ может быть реализован в виде компьютерной программы.
Таким образом, согласно предложенному способу на основе создания базы данных доплеровских частот и формирования из этой базы данных набора частот, близких к средней доплеровской частоте, можно обеспечить высокую точность измерения средней скорости потока.
Claims (1)
- Способ определения средней скорости потока, перемещаемого по трубопроводу, при котором вводят в поток электромагнитные колебания фиксированной частоты и выводят из потока сигнал с доплеровской частотой, отличающийся тем, что создают базу данных доплеровских частот, связанных со скоростью потока и диэлектрической проницаемостью контролируемой среды, формируют из этой базы данных набор частот, близких к средней доплеровской частоте, используют этот набор частот для вычисления арифметического среднего значения доплеровской частоты и по этому значению частоты и диэлектрической проницаемости судят о средней скорости потока.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008145272/28A RU2403578C2 (ru) | 2008-11-17 | 2008-11-17 | Способ определения средней скорости потока |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008145272/28A RU2403578C2 (ru) | 2008-11-17 | 2008-11-17 | Способ определения средней скорости потока |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008145272A RU2008145272A (ru) | 2010-05-27 |
| RU2403578C2 true RU2403578C2 (ru) | 2010-11-10 |
Family
ID=42679872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008145272/28A RU2403578C2 (ru) | 2008-11-17 | 2008-11-17 | Способ определения средней скорости потока |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2403578C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2670707C1 (ru) * | 2017-12-18 | 2018-10-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Способ измерения скорости потока диэлектрического вещества |
-
2008
- 2008-11-17 RU RU2008145272/28A patent/RU2403578C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ВИКТОРОВ В.А. и др. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. - М.: «Наука», 1978, с.260-264. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2670707C1 (ru) * | 2017-12-18 | 2018-10-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Способ измерения скорости потока диэлектрического вещества |
| RU2670707C9 (ru) * | 2017-12-18 | 2018-11-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Способ измерения скорости потока диэлектрического вещества |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008145272A (ru) | 2010-05-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104048729B (zh) | 具有信号划分的雷达水平计 | |
| Baer et al. | A mmWave measuring procedure for mass flow monitoring of pneumatic conveyed bulk materials | |
| Besedina et al. | Estimation of the depth of a stationary sound source in shallow water | |
| Zhu et al. | Mathematical modeling of ultrasonic gas flow meter based on experimental data in three steps | |
| US10102473B1 (en) | Soil moisture sensing determines soil type | |
| EP2877831A1 (en) | An improved suspended sediment meter | |
| CN114459649A (zh) | 一种基于压电换能器阵列的无基线数据平面应力场在线监测方法、系统、设备和介质 | |
| Uher et al. | Measurement of particle size distribution by the use of acoustic emission method | |
| RU2403578C2 (ru) | Способ определения средней скорости потока | |
| Voglhuber-Brunnmaier et al. | Modeling-free evaluation of resonant liquid sensors for measuring viscosity and density | |
| RU2707576C1 (ru) | Способ вычисления текущей разности фаз и частоты сигналов кориолисовых расходомеров (варианты) | |
| Johnson et al. | Surface shape reconstruction from phaseless scattered acoustic data using a random forest algorithm | |
| Nohlert et al. | Microwave resonator sensor for detection of dielectric objects in metal pipes | |
| Pinsky et al. | Fine structure of cloud droplet concentration as seen from the Fast-FSSP measurements. Part I: Method of analysis and preliminary results | |
| Dolcetti et al. | Doppler spectra of airborne sound backscattered by the free surface of a shallow turbulent water flow | |
| RU2386959C1 (ru) | Способ определения содержания воды и суммарного содержания металлосодержащих микроэлементов в нефти или нефтепродуктах | |
| Dolcetti et al. | Doppler spectra of airborne ultrasound forward scattered by the rough surface of open channel turbulent water flows | |
| CN107917733B (zh) | 一种基于模型的导电结构厚度与电导率涡流检测方法 | |
| RU2434242C1 (ru) | Способ измерения расстояния и радиодальномер с частотной модуляцией зондирующих радиоволн | |
| Santos et al. | Remote measurement of a vhf love wave sensor for liquid detection | |
| RU2654215C1 (ru) | Способ измерения расстояния радиодальномером с частотной модуляцией | |
| CN108181622B (zh) | 对代表物理系统的至少一项物理属性的信号进行处理 | |
| EP1489391A2 (en) | Method for measuring the concentration of solid or liquid particulate matter in a gaseous carrier medium | |
| RU2324945C2 (ru) | Способ определения скорости потока вещества в трубопроводе | |
| Xiao et al. | Calibration principle for acoustic emission sensor sensitivity |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181118 |