RU99100301A

RU99100301A - Способ измерения времени распространения звукового сигнала в текучей среде и способ измерения скорости потока текучей среды

Info

Publication number: RU99100301A
Application number: RU99100301/28A
Authority: RU
Inventors: Ванссе Робер Де; Жером Жюйар
Original assignee: Шлюмберже Эндюстри С.А.
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1997-06-06
Publication date: 2000-10-20

Claims

1. Способ измерения времени распространения звукового сигнала в потоке текучей среды между первым преобразователем (1), действующим в качестве передающего устройства, и вторым преобразователем (2), действующим в качестве приемного устройства и расположенным на определенном расстоянии от первого преобразователя (1), где звуковой сигнал, передаваемый первым преобразователем (1), состоит, по меньшей мере, из одного импульса (S1), передаваемого на определенной звуковой частоте F_a, и звуковой сигнал, принимаемый вторым преобразователем (2), содержит серию характеристических колебаний амплитуды, которая вначале увеличивается на протяжении нескольких периодов, а затем уменьшается на протяжении нескольких последовательных периодов, огибающая характеристических колебаний имеет колоколообразную форму, при котором осуществляют выборку принимаемого звукового сигнала на частоте F_е выборки, преобразуют в цифровую форму выборочно принимаемый звуковой сигнал и осуществляют отыскание первого значащего перехода через нуль характеристических колебаний принимаемого звукового сигнала посредством анализа выбираемого и преобразуемого в цифровую форму принимаемого звукового сигнала, отличающийся тем, что осуществляют отыскание первого значащего перехода через нуль характеристических колебаний принимаемого звукового сигнала, вначале определяют идеальный характеристический первый период для определения первого перехода через нуль характеристических колебаний принимаемого звукового сигнала, где упомянутый период отличается отношением Δ идеальной амплитуды между максимальными амплитудами P_i- и P_i+ двух лепестков упомянутого периода, и затем для каждого периода принимаемого звукового сигнала, который выбирают и преобразуют в цифровую форму, определяют максимальные амплитуды P- и P+ двух лепестков исследуемого периода, отношение упомянутых амплитуд P- и P+ сравнивают с отношением идеальных амплитуд, соответствующих идеальному периоду, и затем, если результат сравнения больше порогового значения G_s, рассматриваемый период считают периодом помех, соответствующим шуму, тогда как если результат сравнения меньше упомянутого порогового значения G_s, исследуемый период считают характеристическим периодом, и в этом случае определяют переход через нуль между двумя лепестками упомянутого характеристического периода, и этот переход через нуль определяют первым значащим переходом через нуль характеристических колебаний принимаемого звукового сигнала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отношение идеальных амплитуд между максимальными амплитудами P_i- и P_i+ двух лепестков упомянутого идеального периода вначале определяют для множества различных газов на различных скоростях потока на основании средней величины отношения между максимальными амплитудами P_i- и P_i+ характеристического периода, обнаруживаемого из записи принимаемых звуковых сигналов.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что осуществляют сравнение между отношением амплитуд P_i- и P_i+ используемого периода и отношением Δ идеальной амплитуды, соответствующим идеальному периоду, посредством расчета критерия G подобия, который является результатом сравнения с пороговым значением G_s и определяется следующим образом:

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что сравнение между отношением амплитуд P_i- и P_i+ исследуемого периода и отношением Δ идеальной амплитуды, соответствующим идеальному периоду, выполняют посредством вычисления критерия G подобия, который представляет собой результат сравнения с пороговым значением G_s и определяется следующим образом:

где Z представляет член смещения для образования критерия G подобия, слегка зависимого от максимальной амплитуды P- отрицательного лепестка исследуемого характеристического периода.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что сравнение между отношением амплитуд P_i- и P_i+ исследуемого периода и отношением Δ идеальной амплитуды, соответствующим идеальному периоду, выполняют посредством вычисления критерия G подобия, который представляет собой результат сравнения с пороговым значением G_s и определяется следующим образом:

где Z представляет член смещения для образования критерия G подобия, слегка зависимого от максимальной амплитуды P- отрицательного лепестка исследуемого характеристического периода, а Z' представляет член смещения для образования критерия G подобия, слегка зависимого от максимальной амплитуды P+ положительного лепестка исследуемого характеристического периода.

6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что для определения максимальных амплитуд P_i- и P_i+ двух лепестков каждого исследуемого периода с более высокой точностью используют алгоритм аппроксимирования для аппроксимирования максимума (по абсолютной величине) на основании точек, выбираемых вблизи каждого максимума.

7. Способ по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что для определения максимальных амплитуд P_i- и P_i+ двух лепестков каждого исследуемого периода с более высокой точностью выполняют множество последовательных измерений на множестве соответственных последовательных звуковых сигналов со смещением сигнала выборки для каждого звукового сигнала относительно рассматриваемого звукового сигнала и получают, после упомянутых различных измерений, множество точек выборок, смещаемых вблизи максимальных амплитуд.

8. Способ по любому из пп.3 - 7, отличающийся тем, что для каждого исследуемого периода выполняют два или три вычисления критерия G подобия с различными значениями отношений Δ идеальной амплитуды вблизи заранее определенного отношения идеальной амплитуды и отклоняющихся от них менее, чем на 10%, и тем, что исследуемый период считают характеристическим периодом, если получаемый в результате расчета критерий G подобия во всех случаях меньше порогового значения G_s.

9. Способ по п.4, отличающийся тем, что для определения порогового значения G_s для критерия G подобия, а также для определения значения члена Z смещения, вначале вычерчивают серию первых кривых (111) для различных газов на различных скоростях потока, изменяя смещение между частотой F_e выборки и принимаемым звуковым сигналом, применяют коэффициент усиления, который изменяют в диапазоне 0,45 - 1,5, где упомянутые кривые представляют максимальные значения критерия G подобия для наблюдаемых характеристических периодов, и аналогично вычерчивают вторую серию кривых (121), представляющих значения минимума критерия G подобия для наблюдаемых периодов помех, в зависимости от различных возможных значений для члена Z смещения, а пороговое значение G_s и значение Z члена смещения выбирают в зависимости от запаса надежности, имеющегося в промежуточной зоне между серией первых кривых (111) и серией вторых кривых (121).

10. Способ по п.4 или 9, отличающийся тем, что значение порогового напряжения G_s выбирают в диапазоне 0,7 -1,7 В, а значение Z смещения выбирают в диапазоне 0,21 - 0,25 В.

11. Способ измерения скорости потока текучей среды между двумя преобразователями, расположенными в разнесенных друг от друга точках измерений в направлении потока текучей среды, в котором значение подлежащей измерению скорости потока получается посредством сочетания соответственных измерений времени распространения для каждого из двух звуковых сигналов, передаваемых преобразователями между двумя точками в противоположных направлениях, с измерением фазовых сдвигов звукового сигнала, соответственно наводимых в каждом из звуковых сигналов из-за распространения упомянутых звуковых сигналов в потоке, причем способ отличается тем, что соответственные времена распространения для каждого из двух звуковых сигналов, передаваемых между двумя точками измерения, измеряют путем использования способа, соответствующего любому одному из пп.1 - 10.