SU905767A1

SU905767A1 - Device for determination of sound speed in a medium and of medium motion speed

Info

Publication number: SU905767A1
Application number: SU802934914A
Authority: SU
Inventors: Игорь Андреевич Артемов; Юрий Семенович Кобяков; Александр Иванович Ульянов
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4897
Priority date: 1980-05-28
Filing date: 1980-05-28
Publication date: 1982-02-15

Description

Изобретение относится к исследо- ¹ваниям материалов и может быть использовано в гидрологии для определения параметров движущейся среды.The invention relates to ¹ ments investigated materials and can be used in hydrology for determining the parameters of the moving medium.

Известно устройство для измерения скорости потока жидкости, состоящее из акустического канала, ждущего генератора, измерителя разности временных интервалов [l].A device for measuring the flow rate of a liquid, consisting of an acoustic channel, a waiting generator, a meter of the difference in time intervals [l].

Недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет измерять скорость распространения звука ' в среде и направление движения среды. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения скорости звука в среде и скорости движения среды, содержащее два акустических канала, расположенных взаимно перпендикулярно, каждый из которых состоит из двух акустических встречно-параллельных подканалов, включающих в себя излучающий преобразователь и приемный преобразователь, последовательно соединенные генератор зондирующих импудьсов, подключенный к излучающим преобразователям каждого подканала, блок измерений,’вторые входы которо⁵ го соединены с соответствующими приемными преобразователями каждого подканала, блок вычислений и индикатор, последовательно соединенные второй блок вычислений, вход которого сое^,0 динен со вторым выходом блока изменений, и второй индикатор [2]. Недостатком данного устройства является невозможность измерения направления движения среды.The disadvantage of this device is that it does not allow measuring the speed of sound propagation in the medium and the direction of movement of the medium. The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a device for determining the speed of sound in a medium and the speed of a medium containing two acoustic channels arranged mutually perpendicularly, each of which consists of two acoustic counter-parallel subchannels, including a radiating transducer and receiving transducer, serially connected generator of probing impudes, connected to the radiating transducers of each subchannel, measurement unit , 'second input of which the first ⁵ are connected to respective receiving transducers each subchannel computing unit and an indicator connected in series the second calculating unit, the input of which ^{soybeans, 0} of the connections to the second output of the change, and a second indicator [2]. The disadvantage of this device is the inability to measure the direction of movement of the medium.

¹⁵ Цель изобретения - обеспечение измерения направления движения среды. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено пеленгатором, выполненным в виде последо²⁰ вательно соединенных сумматора, коммутатора, блока деления и шифратора, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а второй и третий входы коммутатора соединены соответственно t первым и вторым входом сумматора и через первый и второй входы пеленгатора - со вторым выходом блока измерений, дешифратором, входы которого соединены через третий и четвертый входы пеленгатора с третьим и четвертым выходами блока измерений, двумя мультиплексорами, первые входы которых соединены с соответствующими выходами дешифратора, последовательно соединенными вторым сумматором, включенным между выходами мультиплексоров и третьим индикатором, а также блоком стандартных кодов, выход которого соединен со вторым входом первого мультиплексора, а второй вход второго мультиплексора - с выходом шифратора. ¹⁵ The purpose of the invention is the provision of measuring the direction of movement of the medium. This goal is achieved in that the device is equipped with a direction finder made in the form of a series of ²⁰ connected adders, a switch, a division unit and an encoder, the second input of which is connected to the output of the adder, and the second and third inputs of the switch are connected t respectively by the first and second input of the adder and through the first and second inputs of the direction finder - with the second output of the measurement unit, a decoder, the inputs of which are connected through the third and fourth inputs of the direction finder with the third and fourth outputs of the measurement unit, two multi plexors, the first inputs of which are connected to the corresponding outputs of the decoder, connected in series with the second adder, connected between the outputs of the multiplexers and the third indicator, as well as the standard code block, the output of which is connected to the second input of the first multiplexer, and the second input of the second multiplexer with the output of the encoder.

На чертеже изображена блок-схема устройства.The drawing shows a block diagram of a device.

Устройство для определения скорости распространения звука в среде и скорости движения среды, содержит акустические каналы 1 и 2, расположенные взаимно·перпендикулярно, каждый из которых состоит из расположенных встречно-параллельно акустических подканалов 3 и 4 и акустических подканалов 5 и 6. В состав каждого подканала входит движущаяся среда и размещенные на расстоянии базы S соответственно излучающие преобразователи 7 ~ 10, приемные преобразователи 11 - l4. Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные генератор 15 зондирующих импульсов, соединенный с излучающими преобразователями 7 ~ 10, блок 16 измерений, вторые входы которого соединены с приемными преобразователями 11 - 14, блок 17 вычислений и индикатор 18, последовательно соединенные второй блок 19 вычислений, вход которого соединен со вторыми выходами блока 16 измерений, и второй индикатор 20, а также пеленгатор 21, выполненный в виде последовательно соединенных сумматора 22, коммутатора 23, блока 24 деления и шифратора 25, второй вход которого соединен с выходом сумматора 22, а второй и третий входы коммутатора 23 соединены соответственно с первым и вторым входом сумматора 22 и через первый и второй входы пеленгатора 21 со вторыми выходами блока 16 измерений, дешифратора 26, входы которого соединены через третий и четвертый входы пеленгатора 21 с третьим и четвертым выходами блока 16 измерений, мультиплексоров 27 и 28, первые вхо5 ды которых соединены с соответствующими выходами дешифратора 26, последовательно соединенных второго сумматора 29, включенного между выходами мультиплексоров 27 и 28, и третьего 10 индикатора 30 и блока 31 стандартных кодов, выход которого соединен со вторым входом первого мультиплексора 27, а второй вход второго мультиплексора 28-е выходом шифратора 15 25. Направление движения среды на чертеже обозначено позицией 32.A device for determining the speed of sound propagation in the medium and the speed of the medium, contains acoustic channels 1 and 2 located mutually · perpendicularly, each of which consists of opposite-parallel acoustic subchannels 3 and 4 and acoustic subchannels 5 and 6. The composition of each subchannel a moving medium enters and emitting transducers 7 ~ 10 located at a distance of the base S, receiving transducers 11 - l4. In addition, the device contains a series-connected probe pulse generator 15 connected to the emitting transducers 7 ~ 10, a measurement unit 16, the second inputs of which are connected to the receiving transducers 11-14, the calculation unit 17 and the indicator 18, the second calculation unit 19 connected in series, the input which is connected to the second outputs of the measurement unit 16, and the second indicator 20, as well as the direction finder 21, made in the form of series-connected adder 22, switch 23, division unit 24 and encoder 25, the second input to the latter is connected to the output of the adder 22, and the second and third inputs of the switch 23 are connected respectively to the first and second inputs of the adder 22 and through the first and second inputs of the direction finder 21 with the second outputs of the measurement unit 16, the decoder 26, the inputs of which are connected through the third and fourth inputs of the direction finder 21 with the third and fourth outputs of the block 16 measurements, multiplexers 27 and 28, the first inputs of which are connected to the corresponding outputs of the decoder 26, connected in series to the second adder 29 connected between the outputs of the multiplex Ora 27 and 28, and the third 10 of the indicator 30 and the block 31 standard codes, the output of which is connected to the second input of the first multiplexer 27, and the second input of the second multiplexer 28th output of the encoder 15 25. The direction of movement of the medium in the drawing is indicated by 32.

Принцип измерения направления движения среды заключается в измерении составляющих скорости движения 20 среды по двум взаимно перпендикулярным координатам, вычислении их отношения, табличного поиска арктангенса этого отношения и отношения полученного абсолютного угла к одному 25 из четырех квадрантов. При этом за базовое направление принимается направление акустического канала 1 или канала 2.The principle of measuring the direction of motion of the medium is to measure the components of the speed of motion of the medium 20 in two mutually perpendicular coordinates, calculate their ratio, tabular search for the arc tangent of this ratio and the ratio of the obtained absolute angle to one 25 of the four quadrants. In this case, the direction of the acoustic channel 1 or channel 2 is taken as the base direction.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

С выхода генератора 15 зондирующих импульсов на излучающие преобразователи 7 - Ю соответствующие подканалам 3 и 4, 5 и 6 подается элект₃₅ рический сигнал. Этот сигнал преобразуется в звуковые колебания и излучается в движущуюся среду. Принятые с задержкой приемными преобразователями 11 -'14, соответствующими 40 подканалам 3 и 4, 5 и 6, сигналы подаются на четыре входа блока 16 измерений. Благодаря тактированию от генератора 15 зондирующих импульсов, подаваемому на первый вход блока 16, в последнем измеряются временные задержки принятых сигналов и затем вычисляются скорости распространения ультразвука Ч и С₂ и две составляющие скорости движения среды и V₂, соответствующие акустическому каналу 1 и акустическому каналу 2. Вычисления производятся в соответствии с выражениямиWith the output of the generator 15 to emit a sounding pulse converters 7 - Yu respective sub-channels 3 and 4, 5 and 6 is fed ₃₅ nonstoichiometric electron signal. This signal is converted into sound vibrations and radiated into a moving medium. Received with a delay by receiving converters 11-14, corresponding to 40 subchannels 3 and 4, 5 and 6, the signals are fed to the four inputs of the block 16 measurements. Due to the clocking from the generator 15 of the probe pulses supplied to the first input of block 16, the latter measures the time delays of the received signals and then calculates the propagation velocities of ultrasound H and C ₂ and two components of the velocity of the medium and V ₂ corresponding to acoustic channel 1 and acoustic channel 2 The calculations are made in accordance with the expressions

Ч - 2t_c<‘ * ² 4’H - 2t _c <'* ² 4'

где S - базы акустического канала и канала 2;where S are the bases of the acoustic channel and channel 2;

- .задержка распространения звука в подканале с встречным направлением скоростей звука и движения среды;-. delay in the propagation of sound in a subchannel with the opposite direction of sound velocities and medium movement;

Тр - задержка распространения звука в подканале с согласным направлением,скоростей звука и движения среды. Вычисленные результаты С₄, С₂, ^и ^2 ^на выходе блока 16 измерений представляются в цифровом виде. Скорости С₊ и С₂ могут быть не одинаковыми ввиду пространственного разнесения акустических каналов 1 и 2.Поэтому в блоке 17 вычислений производится осреднение скорости распространения звука в соответствии с выражением:Tp is the delay in the propagation of sound in a subchannel with a consistent direction, sound velocities, and medium motion. The calculated results C ₄ , C ₂ , ^and ^ 2 ^{at the} output of the block 16 measurements are presented in digital form. The speeds C ₊ and C ₂ may not be the same due to the spatial diversity of the acoustic channels 1 and 2. Therefore, in block 17 of the calculations, the speed of sound propagation is averaged in accordance with the expression:

С - ζίίΐί где C__ei - результирующая средняя скорость распространения звука в среде.С - ζίίΐί where C_ _ei is the resulting average speed of sound propagation in the medium.

Полученный результат в виде кода скорости Ср_ег ^с выхода блока 17 подается в индикатор 18 для цифрового отображения. Вычисление результирующей скорости движения среды производится во втором блоке 19 вычислений, на входы которого подаются коды скоростей \1^ и со вторых выходов блока 16. Вычисление производится в соответствии с выражением:The result obtained in the form of a speed code _Ср ^{from the} output of block 17 is supplied to indicator 18 for digital display. The calculation of the resulting velocity of the medium is carried out in the second block 19 of the calculations, the inputs of which are supplied speed codes \ 1 ^ and from the second outputs of block 16. The calculation is made in accordance with the expression:

Vpe* = -М ₊ν_£ ^α, где vp_e?J- результирующая скорость движения среды.Vpe * = -M ₊ ν _£ ^α , where vp _{e? J} is the resulting velocity of the medium.

Код скорости Vpe2> с выхода блока 19 подается в индикатор 20 также для отображения. Коды составляющих скоростей V₄ и V _г через первый и второй входы пеленгатора 21 подаются в сумматор 22, где происходит их сравнение по критерию больше - меньше. В соответствии с результатом сравнения с выхода сумматора 22 поступает команда управления на вход коммутатора 23, на входы которого также поступают коды скоростей и \1₂ . В соответствии с командой управления в блок 24 деления вводятся коды \Ц и Vjj в таком порядке, что отношение их и будет равно или меньше единицы. Код отношения скоростей является тангенсом абсолютного угла между одним из каналов 1 или 2 и направлением движения среды. Упомянутый код с выхода блока 24 деления подается на вход шифратора 25. Каждому значению кода тангенса с заданной точностью шифратор вырабатывает код угла со знаком плюс или минус в зависимости от команды управления, поступающей с выхода сумматора 22 на его второй вход. Таким образом, устанавливаетЮ ся однозначность между соотношением скоростей и знаком угла. Блок 31 стандартных кодов на своем выходе формирует коды, соответствующие углам 180 и 360°, Через третий и чет15 вертый входы пеленгатора 21 с третьего и четвертого выходов блока 16 поступает информация о знаках скоростей и на два входа дешифратора 26. В зависимости от этой информа20 ции на одном из четырех выходов дешифратора появляется команда разрешения. Выходы дешифратора таким образом соединены с первыми управляющими входами мультиплексоров 27 и 28, что 25 обеспечивают пропускание через них информации в следующих комбинациях О и сС 180° и oL 180° и - ού . 360° и - ol , где об - абсолютный угол, код которого формируется шифратором 25.The speed code Vpe2> from the output of block 19 is supplied to the indicator 20 also for display. Codes of component velocities V ₄ and V _g through the first and second inputs of the direction finder 21 are supplied to the adder 22, where they are compared according to the criterion more - less. In accordance with the result of the comparison, the control command is transmitted from the output of the adder 22 to the input of the switch 23, the inputs of which also receive speed codes and \ 1 ₂ . In accordance with the control command, codes \ C and Vjj are entered into the division unit 24 in such an order that their ratio will be equal to or less than one. The velocity ratio code is the tangent of the absolute angle between one of the channels 1 or 2 and the direction of motion of the medium. Said code from the output of division block 24 is fed to the input of encoder 25. For each value of the tangent code with a given accuracy, the encoder generates an angle code with a plus or minus sign depending on the control command received from the output of adder 22 to its second input. Thus, an uniqueness is established between the ratio of velocities and the sign of the angle. Block 31 of standard codes at its output generates codes corresponding to angles of 180 and 360 °. Through the third and fourth 15th inputs of direction finder 21, information on speed signs and two inputs of decoder 26 is received from the third and fourth outputs of block 16. Depending on this information 20 a resolution command appears on one of the four outputs of the decoder. The decoder outputs are thus connected to the first control inputs of the multiplexers 27 and 28, which 25 provide information passing through them in the following combinations O and CC 180 ° and oL 180 ° and - ού. 360 ° and - ol, where r is the absolute angle, the code of which is generated by the encoder 25.

Например, для второй комбинации чет рез мультиплексор 27 на вход второго сумматора подается код 180°, а через мультиплексор 28 код угла минус ol . В сумматоре 29 происходит сложение кодов, и результат с выхода суммато40 ра 29 подается на вход индикатора 30 для отображения угла, характеризующего направление движения среды относительно базы.For example, for the second combination, the multiplexer 27 feeds a 180 ° code to the input of the second adder, and the angle code minus ol through the multiplexer 28. In the adder 29, the codes are added, and the result from the output of the adder 40 is fed to the input of the indicator 30 to display an angle characterizing the direction of the medium relative to the base.

Таким образом, благодаря соответствующему выполнению пеленгатора в устройстве обеспечивается возможность точно и однозначно определять направление движения среды в пределах от 0 до 360 .Thus, due to the corresponding implementation of the direction finder in the device, it is possible to accurately and unambiguously determine the direction of movement of the medium in the range from 0 to 360.

Claims

39 switch inputs are connected, respectively, by the first and second summit inputs and, through the first and second inputs of the direction finder, to the second output of the measurement unit, the decoder, whose inputs are connected via the third and fourth inputs of the direction finder, to the third and fourth outputs of the measurement unit, two multiplexers, first inputs which are connected to the corresponding outputs of the decoder, serially connected by a second adder connected between the outputs of the multiplexers and the third indicator, as well as a block of standard codes, Which is connected to the second input of the first multiplexer, and the second input of the second multiplexer to the output of the encoder. The drawing shows a block diagram of the device. A device for determining the speed of sound propagation in the medium and the velocity of the medium, contains acoustic channels 1 and 2 arranged mutually perpendicularly, each of which consists of acoustic subchannels 3 and acoustic subchannels 5 and 6 arranged oppositely in parallel. a subchannel moving medium and placed at a distance of base S, respectively, emitting transducers 7 Yu, receiving transducers 11 - N. In addition, the device contains a series-connected generator 15 probing them pulses connected to the transducer emitter 7 Yu, the measurement block 16, the second inputs of which are connected to the receiving converters 11-1, the calculating block 17 and the indicator 18 connected in series to the second computing block 19, the input of which is connected to the second outputs of the measuring block 16 and the second indicator 20, as well as the direction finder 21 made in the form of series-connected adder 22, switch 23 of dividing unit 2 and encoder 25, the second input of which is connected to the output of adder 22, and the second and third inputs of switch 23 are connected to responsibly with the first and second inputs of the adder 22 and through the first and second inputs of the direction finder 21 with the second outputs of the Measurement unit 16, the decoder 26, whose inputs connect 7 yen through the third and fourth inputs of the direction finder 21 with the third and fourth outputs of the measurement unit 16, multiplexers 27 and 28, the first inputs of which are connected to the corresponding outputs of the decoder 26, connected in series to the second adder 29, Connected between the outputs of the multiplexers 27 and 28, and the third indicator 30 and the block 31 of standard codes, the output of which is The second input of the second multiplexer 27 and the second input of the second multiplexer 28 are provided with the output of the encoder 25. The direction of movement of the medium in the drawing is indicated at 32. The principle of measuring the direction of movement of the medium consists in measuring the components of the velocity of the medium in two mutually perpendicular coordinates, calculating their ratios, the tabular search for the arctangent of this ratio, and the ratio of the obtained absolute angle to one of the four quadrants. In this case, the direction of the acoustic channel 1 or channel 2 is taken as the base direction. The device operates as follows. From the output of the generator 15 probe pulses to the radiating transducers 7 10 corresponding to subchannels 3 and 5 and 6 an electrical signal is applied. This signal is converted into sound waves and emitted into a moving medium. The delayed received receiving converters 11-1, corresponding to subchannels 3 and C, 5, and 6, are fed to the four inputs of the measurement unit 16. Due to the clocking from the probe pulse generator 15 supplied to the first input of block 16, the latter measures the time delays of the received signals and then calculates the propagation speeds of ultrasound C and C2 and the two components of the velocity of the medium V and V2 corresponding to acoustic channel 1 and acoustic channel 2. The calculations are performed in accordance with the expressions. . , Gr, | at sit ,, - rc.J RU tr, where S is the base of the acoustic clips and channel 2; . delay of the propagation of a zakuk in a subchannel with an inward direction of sound speeds and medium motion; delay of sound propagation in a subchannel 8 with a consistent direction, speed of sound and medium motion. The calculated results C, Cg, 4f and V2 at the output of measurement unit 16 are represented in digital form. The speeds C. and C2 may not be identical due to the spatial separation of the acoustic channels 1 and

2. Therefore, in block 17, the averaging of the speed of sound propagation is performed in accordance with the expression: the resultant average speed of sound propagation in the medium. The result obtained in the form of a speed code Cpg, from the output of block 17, is fed to indicator 18 for digital display. The calculation of the resulting velocity of the medium is performed in the second computing unit 19, to the inputs of which the velocity codes M and V are supplied from the second outputs of block 16. The calculation is performed in accordance with the expression: 1 where / f, pro, is the resulting velocity of the medium. Speed Code A cut-out from the output of block 19 is provided to indicator 20 also for display. The component codes of the speeds V and V 3 through the first and second inputs of the direction finder 21 are fed to the adder 22, where they are compared by the more-less criterion. According to the result of the comparison, the control command arrives at the inputs of the switch 23 The speed codes V and V are received in the order of command. In accordance with the control command, codes V and V are entered into the block 2k of division in such a way that their ratio will be equal to or less than one. The speed ratio code is the absolute angle tangent between one of the channels 1 or 2 and the direction 32 of the medium. Said code from the output of block 2 is fed to the input of encoder 25. Each code value of the tangent with a given accuracy, the encoder generates an angle code with a plus or minus sign, depending on the control command received from the output of the adder 22 to its second input. Thus, it is established unambiguity between the ratio of the speeds and the sign of the angle. Unit 3 of standard codes at its output generates codes corresponding to angles 180 and 30, Through the third and fourth inputs of the direction finder 21, information from the third and fourth outputs of block 16 receives information about the signs of the speeds V and V, 2 to two inputs of the decoder 26. Depending on this A resolution command appears on one of the four outputs of the decoder. The outputs of the decoder are thus connected to the first control inputs of the multiplexers 27 and 28, which allow the information to pass through them in the following combinations O and C6 180 and Qi 180 and -c. Zbo and - o, where the absolute angle, the code of which is formed by encoder 25. For example, for the second combination, code 180 is supplied to the input of the second adder, code 180 is supplied to the input of the second adder, and through code 28, the angle code is minus c. In the adder 29, the codes are added together, and the result from the output of the adder 29 is fed to the input of the indicator 30 to display the angle characterizing the direction of the medium relative to the base. Thus, due to the corresponding execution of the direction finder in the device, it is possible to accurately and unambiguously determine the direction of movement of the medium in the range from 0 to 360. Apparatus of the Invention A device for determining the speed of sound propagation in a medium and the velocity of motion of a medium, comprising two acoustic channels arranged mutually perpendicularly, each of which consists of two acoustic