SU808937A1 - Акустический коррел ционныйСпОСОб изМЕРЕНи СКОРОСТи пОТОКАжидКОСТи - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к гидроакус тике и может быть применено на судах и других плавак цих объектах дл  дистанционного неконтактного определени  скорости течени  в мор х и океанах на значительных глубинах. Известен акустический способ измерени  скорости потоков идкости путем облучени  потока жидкости двум  импульсными ультразвуковыми сигна лами вдоль некоторого направлени  и скорости течени  и приема эхо-сигналов , отраженных от одних и тех же рассеивающих областей потока. Способ характеризуетс  тем, что измер ют раэ|ность времени прохождени  первого и ВТОРОГО эхо-колебаний 1, Известен также акустический способ измерени  скорости потока жидкое ти в трубопроводах, заключающийс  в наклонном вводе двух акустических сигналов в среду по направлению пото ка и против него, приема двух эхосигналов и определени  разности времени их прихода, котора   вл етс  ме рой скорости потока 2. Однако, зти способы реализуютс  только в том случае, когда излучатели и приемники акустических сигналов наход тс  в непосредственной близости от потока. Наиболее близким к -предлагаемому  вл етс  акустический коррел ционный способ измерени  скорости потока жидкости, заключающийс  в том, что используют состо щую из двух каналов систему приемопередатчиков дл  облучени  потока импульсными акустическими сигналами, принимают от двух равнонесенных вдоль потока на фиксированное рассто ние рассеивающих областей и модулированных ими сигналы, выдел ют их огибающие, фильтруют и измер ют коэффициент взаимной коррел ции огибающих 3. В указанном.способе используют двухканальную систему приемопередатчиков , разнесенных на фиксированное рассто ние Ud вдоль трубы. Облучают в поперечном направлении импульсными акустическими сигналами движущийс  со скоростью V в трубе поток жидкости , содержащий естественные рассеивающие центры, которыми могут быть флуктуации показател  преломлени , взвеси и т,д., движущиес  вдоль трубы в когерентной форме с потоком. В прошедших через поток модулированных по амплитуде рассеивающими обласТ ми акустичедких сигналах вьадел ют огибгиощие, фильтруют и измер ют коэффициент взаимной коррел ции (КВФ), прошедший через фильтра двух сигналов x(t) и y(t) в терминах временно го сдвига:т . R. лг) f bcir-y() о Максимум этой функции наблюдаетс  при значении временного сдвига t , соответствующего.времени прохождени  рассеивател ми а, следовательно, и noTOKOivi рассто ни  Д d между приемопередатчиками , что позвол ет определ ть скорость потока V - . В известном способе поток жидкости , скорость которого измер ют, должен быть расположен между приемопере датчиками, что существенно затрудн ет его использование дл  неконтактно го дистанциониого измерени  скоростей течени  потоков р открытых водое мах, мор х и океанах. Цель изобретени  - обеспечение возможности дистанционного неконтакт ного определени  скорости потоков жидкости Поставленна  цель достигаетс  тем что поток сблучают под углом к напра лению его скорости, а перед фильтрацией с помощью стробировани  выдел ют два сигнала, отражённые от двух разнесенных вдоль луча рассеивающих областей. Облучение потока жидкости акустическими сигналами под углом cL к направлению скорости потока позвол ет выделить составл ющую скорости у, рассейвателей в потоке на акустический луч, которые перемещаютс  вместе с потоком в когерентном виде. Это справедливо при выполнении услови , что продольна  диффузи  рассеивателей мала по сравнению со средней ско ростью потока жидкости. Составл юща  скорости потока V Vcccos t , где Vot - азимутальна  составл юща . Стробирование осуществл ет вьвделе ние двух эхо-сигналов, отраженных от двух разнесенных вдоль .луча на фикси рованное рассто ние рассеивающих област й , рассеивающие неоднородности которых замороженно перенос тс  потоком из объема а в объем б, пересека  при этом диаграмму направленности . Вследствие этого, флуктуации огибающих сигналов, рассе нных объемаии- а и б оказываютс  статически взаимосв занными и вычисление взаимной коррел ционной функции (ВКФ) дает возможность определить врем , в течение которого рассеиватели перено с тс  потоком из объема а в объем б. Предлагаемый способ позвол ет получать осредненные во времени (проце дурой вычислени  ВКФ) и по пространству (размерами диаграмм) значени  составл ющей скорости на луч на боль ших рассто ни х от излучател  (100200 м), так как используют импульсные акустические сигналы частотой 20100 кГц, поглощение которых в толще воды невелико. Предлагаемый способ включает следующие операции. Исследуемый поток облучают импульсными акустическими сигналами частотой 20-100 кГц под угломк скорости потока. Принимают отраженные эхо-сигналы, модулированные рассеивател ми среды. Выдел ют огибающую модулированных сигналов. Стробированием выдел ют два эхосигнала , отраженные от двух разнесенных вдоль луча на фиксированное рассто ние рассеивающих областей. Выделенные сигналы фильтруют. Измер ют временную взаимную коррел ционную функцию отфильтрованных сигналов. На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего данный способ. Исследуемый поток облучают импульсным акустическим сигналом передатчика 1 с помощью преобразовател  2 с диаграммой направленности 5-10 под углом 30-60 к горизонту. Отраженныз от рассеивателей, наход щихс  в потоке жидкости, эхо-сигналы поступают в приемник 3, в котором сигналы усиливают. Далее сигналы поступают в амплитудный детектор 4,, в котором выдел ют огибающую эхосигналов . Далее сигналы стро ируют в схеме стробировани , состо щей из генератора 5 стробов и;двух стробирующих каскадов б и 7, I в которых ВЕВдел ют эхо-сигналы, отраженные от рассеивающих областей а и б, разнесенных вдоль луча на фиксированное рассто ние Ad. Выделенные сигналы поступают соответственно на фильтры 8 и 9первого и второго каналов, а затем коррелометр 10, в котором измер ют временную коррел ционную функцию флуктуации огибйощих сигналов , рассе нных вдоль луча объемами а и б. Временна  взаимна  коррел ционна  функци  флуктуации амплитуды двух эхо-сигналов имеет максимум, смещенный относительно нул  на интервал времени tmf в течение которого рассеиватели из объема а попадут в объем б, переносимые потоком в направлении акустического сигналЬ. Результата измерени  поступают в быходное устройство 11. Работа всей схемы синхронизируетс  задающим генератором 12. Таким образом, скорость V, с которой перемещаютс  рассеиватели (а следовательно, и поток жидкости в целом) в направлении акустического сигнала, определ етс  как V - Д 2- г

Сосгавл юда  скоросл  потока жидкости Vjj св зана г; азимутальной скоростью потока Vp следующим образом:

Cos d.

Таким образом, предлагаемый способ реализуетс  дл  измерени  скорости достаточно прот женных потоков (река, канал, море), где реализаци  известного способа невозможна без погружени  излучателей и приемников в исследуемый поток на разные глубины со строгой фиксацией взаиморасположени . . .

Кроме того, дл  реализации предлагаемого способа достаточно одноканальной системы приемопередатчика,в то врем  как в известном используютс  два когерентных акустических излучател .

Claims (3)

1. Патент США 3914999, кл. 73-194 А, 1975.

20 2. Авторское свидетельство СССР 459731, кл. G 01 Р 5/00, 1969.

3. Патент Великобритании 1359151, кл. Н 4 D, 1974.