SU788001A1 - Двухканальный ультразвуковой измеритель скорости потока - Google Patents

Description

Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и может быть использовано в устройствах для измерения скорости движения жидкости, расходомерах. _; 5

Известны ультразвуковые измерители скорости потока, содержащие две пары пьезоизлучателей и пьезоприемников, генераторы зондирующих импульсов и измерительную схему, работа которых 10 основана на двухканальном зондировании двумя импульсными сигналами, один из которых излучают в направлении потока, а другой излучают против направления потока. При одинаковых J5 расстояниях между электроакустическими преобразователями измеряют разностную частоту повторения генери- < руемых в них импульсов, которая прямо пропорциональна скорости потока [ή]. 20 Недостатком таких устройств йрдяется ограниченное быстродействие, что фактически исключает возможность измерения флуктуирующей скорости потока, так как для достоверного 25 определения разности частот повторения импульсов в обоих синхрокольцах, требуется интервал времени во много раз превышающий период повторения импульсов в синхрокольце кана^ЗО ла, в котором излучение зондирующего импульса производят против направления потока.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является двухканальный ультразвуковой измеритель скорости потока, содержащий блок вычитания, регистрирующий блок , а в каждом канале - генератор зондирующих импульсов, соединенный с пьезоизлучателем и входом преобразователя временной интервал-цифра, пьезоприемник, блок обработки импульсных сигналов, выход которого связан с другим входом преобразователя временной интервал-цифра,блок вычисления обратных величин [2].

Недостатком этого устройства является невысокая помехоустойчивость и точность измерений вследствие того, что при флуктуациях потока, которые являются источником мультипликативных помех, ''зондирующий· импульс, пройдя контролируемый участок флуктуирующего- потока, сам начинает флуктуировать по амплитуде. Кроме того, принятые акустические импульсы на выходе пьезоприемника из-за эффекта реверберации в ближней зоне контролируемой среды имеют несимметричную огибающую.

, Цель изобретения - повышение помехоустойчивости устройства и точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, , что в двухканальном ультразвуковом из- ⁵ мерителе скорости потока в каждом канале введены корректирующий фильтр, второй преобразователь временной интервал-цифра, делитель на два, сумматор и блок цифровых вели*’” чин, корректирующий фильтр включен между выходом пьезоприемника и входом блока обработки импульсных сигналов, старт-стопный выход которого соединен со входом второго преобразователя 15 временной интервал-цифра, выход которого через делитель на два соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу ; первого преобразователявремённой 20 интервал-цифра, третий вход сумматора соединен с выходом блока циф. ровых величин, а выход сумматора подключен ко входу блока вычисления ’обратных величин. 25

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого измерителя скорости потока, на фиг. 2 - графики, поясняющие его работу. . __

Измеритель содержит две пары пьезоизлучателей и пьезоприемников 1,2 и 3,4 (фиг.1), два генератора 5 и 6 зондирующих импульсов, два корректирующих фильтра 7 и 8, блоки 9 и 10 об-? работки импульсных сигналов, первые 35 преобразователи 11 и 12 временной интервал-цифра, вторые преобразователи 13 и 14 временной интервал-цифра делители 15 и 16 на два, два сумматора 17 и 18, два блока 19 и 20 40 цифровых величин, два блока 21 и 22 вычисления обратных величин, блок 23 вычитания и регистрирующий блок 24.

В канале I вход пьезоизлучателя подключен к первому выходу генерато- ³ ра 5 зондирующих импульсов, а выход пьезоприемника 2 через корректирующий фильтр 7 подключен ко входу блока 9 обработки импульсных сигналов. _ Второй выход генератора 5 зондирующих ⁵⁰ импульсов подключен к пусковому входу преобразователя 11 временной интервал-цифра , а первый выход блока 9 обработки импульсных сигналов подключен ко входу остановки преобразова-55 теля 11, выход которого подключен ко второму входу сумматора 17. Стартстопный выход блока 9 обработки импульсных сигналов соединен последовательно через второй преобразователь 13 временной интервал-цифра длительности принятого импульсного сигнала и делитель 15 на два с первым входом, сумматора 17, к третьему входу которого подключен-блок 19 цифровых величин.

Выход сумматора 17 соединен со входом блока 21 вычисления обратных величин.

В канале II вход пьезоиэлучателя 3 подключен к первому выходу генератора 6 зондирующих импульсов, а выход . пьезоприемника 4 через корректирующий фильтр 8 подключен ко входу блока 10 обработки импульсных сигналов. Второй выход генератора 6 зондирующих импульсов подключен к пусковому входу преобразователя 12. Первый выход блока 10 обработки импульсных сигналов подключен ко входу остановки этого преобразователя 12, выход которого подключен ко второму входу сумматора 18. Старт-стопный выход блока 10 обработки импульсных сигналов соединен последовательно через преобразователь 14 временной интервал-цифра длительности принятого импульсного сигнала и делитель 16 на два с первым входом сумматора 18, к третьему входу которого подключен блок 20 цифровых величин. Выход сумматора 18 соединен со ;входом блока 22 вычисления обратных величин.

Первый вход блока 23 вычитания соединен с выходом блока 21 вычисления обратных величин канала I, а второй вход соединен с выходом блока 22 вычисления обратных величин канала II. Первый выход блока 23 вычитания соединен со входами пуска обеих генераторов 5 и 6 зондирующих импульсов, а второй его выход подключен ко входу регистрирующего блока 24. Блоки 9, 10 состоят, например, из широкополосных усилителей, амплитудных детекторов и пороговых устройств, соединенных последовательно.

Измеритель скорости работает следующим образом.

После осуществления начального пуска сигналом, подаваемым на зажим Пуск, выходные импульсы генераторов 5 и 6 зондирующих импульсов поступают на пьезоизлучатели 1 и 3, которые одновременно излучают зондирующие импульсы в контролируемую среду. Одновременно, в момент времени сигналы с выходов генераторов 5 и 6 зондирующих импульсов поступают на пусковые входы преобразователей 11 и 12 временной интервал-цифра. Прошедшие через контролируемую среду зондирующие импульсы принимаются пьезоприемниками 2 и 4. Выходные импульсы пьезопрйемника 2 поступают на йход корректирующего фильтра 7, а приемника 4 - на вход корректирующего фильтра 8. Принятые акустические импульсы на выходе пьезоприемников 2 и 4 изза эффекта реверберации в ближней зоне контролируемой среды имеют несимметричную огибающую (фиг. 2ot). Особенно длинный задний фронт принятых импульсов получается при измерениях скорости газовых потоков. Наличие корректирующих фильтров 7 и 8 обеспе-| чивает симметричную колоколообразную· форму огибающей сигналов на их выходах (фиг. 2d) . Выходные сигналы корректирующих фильтров 7 и 8 в блоках 9 и 10 обработки импульсных сигналов усиливаются, детектируются и поступают на вход пороговых элементов (не показаны) блоков 9 и 10 обработки импульсных сигналов. Передним фронтом выходных импульсов блоков 9 и 10 останавливаются преобразователи 11 и 12 временной интервал-цифра и запускаются преобразователи 13 и 14 временной интервалцифра длительности Тц принятого им- пульсного сигнала. Последние останавливаются задними фронтами выходных импульсов блоков 9 и 10. После остановки всех преобразователей 1114 временной интервал-цифра на выходе преобразователя 11 имеется цифровая величина, c+^cosa. ¹ а на выходе преобразователя 12 - цифровая величина , т

V C-4CoSdL 2 расстояние между электроакустическими преобразователями 1-4 и линией, соединяющей их фазовые центры, времена задержек сигнала в цепях приема, зависящие от глубины флуктуации принимаемых импульсов, скорость ультразвука в контролируемом^потоке.

Времена задержек τ-₁₍₂ зависят от уровня U_n срабатывания' блоков 9 и 10 обработки импульсных сигналов (фиг. 2-в) При малой амплитуде импульса блоки 9 и 10 срабатывают в момент времени ц (фиг.21 ), а при большой амплитуде - в в момент t₂. При этом ширина входного импульса преобразователя 13 временной интервал-цифра длительности принятого импульсного сигнала меняется от Tn tls-i 1 до Έ я - i 4 ~-t 2· 'На выходах преобразователей 13 и 14временной интервал-цифрадлител_ьности принятого импульсного сигнала имеются цифровые величины и й Е I ч ’ ^где fw ^и ~ длительности выходных импульсов блоксзв 9 и 10. Цифровые величины и N в делителях 15 и 16 делятся на два и поступают на сумматоры 17 и 18, на которые также поступают цифровые величины иы* из блоков

19, 20 цифровых величин. Здесь 7Г | и Т 1 - суммарные времена задержек сигналов в цепях обоих каналов приема, о0 определяемый как •cl «-t* ί 5 где d (О где , - моменты времени, соответствующие экстремумам входных, импульсов блоков 9 и 10 (рис.2 2)

На выходах сумматоров 17 и 18 при этом получаются цифровые величины

В блоках 21 и 22 вычисления обратных величин эти цифровые величины преобразуются в обратные цифровые величины 4/n*. . Последние поступают на входы блока 23 вычитания, на выходе которого после окончания счета имеется цифровая величина

В предлагаемом устройстве флуктуация амплитуды импульсов на входе блоков 9 и 10 приводит к двухсторонней симметричной широтно-импульсной модуляции выходных сигналов этих блоков. При этом ось симметрии, проходящая через моменты времени t * и 1£ выходного сигнала, из-за’наличия мультипликативной помехи не смещается. Поэтому выражение (2) действительно при любой ширине выходных импульсов блоков 9 и 10.

Предлагаемое устройство увеличивает устойчивость измерителя к воздействию флуктуации принимаемых сигналов по амплитуде,вызываемой мультипликативной 'помехой , а, следовательно, увеличивает помехоустойчивость устройства и точность измерений.

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР № 526827, кл, G 01 Р 5/00, 1975.

2.Патент ФРГ 2431346, кл. G 01 Р 5/00, 1976.