Claims (2)
В схеме измерител осуществл етс строго определенное число циклов встречного иэлучени акуспсческих сигналов, причем в первом цикле излучение акустического сигнала вторым преобразователем отосительно первого преобразовател производатс с задержкой 1, равной половине времени прохождени акустичес399 КИМ сигналом измерительной базы длиной L, т. е. TO L/ 2 С, где С - скорость звука. При последующих циклах разница по времени между моментами излучени сигналов первы и вторым акустическими преобразовател ми убудет уменьшатьс на величину где V скорость течени ,С - скорость звук Во избежание одновременного срабатывани приемника и передатчика, соединенных с одним из акустических преобразователей, число цикло п встречного излучени ограничено следующим соотношением (при С V mc( Это предельное число циклов определ ет дл заданногодиапазона измер емых скоростей течени чувствительность измерител или цену единицы его наименьшего разр да. Недостатком известного акустического измерител вл етс то , что его чувствительность вл етс фиксированной заранее и не зависит От фактической измер емой скорости течени . Это приводит к тому, что при малых скорост х течени данные измерений ока зываютс загрубленными. , Целью изобретени вл етс повь1шение чувствительности при измерении малых скоростей течени . Поставленна цель достигаетс тем, что в акустический измеритель введены трехвходова схема ИЛИ, RS-триггер и два временных селектора , входы которых соединены с выходами RS-триггера, а выходы - соответственно с вторым и третьим входами третьей схемы ИЛ первый вход которой подключен к выходу первого счетчика, а выход к О-входу первого . D-триггера, выход которого соединен с первым входом первой схемы И и с D-BXOдом второго О-триггера, выход которого под ключен к второму входу второй схемы И, причем выход первой схемы ИЛИ соединен с S-входом, а выход второй схемы ИЛИ - с R-входом RS-триггера. На фиг. 1 показана схема предлагаемого акустического измерител скорости течени ; на фиг. 2 временна диаграмма импульсов .в отдельных точках схеМЫ. Акустический измеритель содержит два ус новленных на измерительной базе акустически преобразовател 1 и 2. С первым преобразов телем 1 соединены вход первого приемника Представл ющего собой усилитель - формирователь сигналов, и выход первого передатчика 4, котррый представл ет собой генератор коротких импульсов , срабатывающий при поступлении на его вход запускающего сигнала. С вторым преобразователем 2 соответственно соединены вход второго приемника 5 и выход второго передатчика 6, аналогичных указанным. Схема измерител содержит также первую и вторую схемы ИЛИ 7 и 8, первую и. вторую схемы И 9 и 10, элемент 11 задержки, первый и второй D-триггеры 12 и 13, первый счетчик 14, выход которого совместно с выходами первого и второго временных селекторов 15 и 16 подключены к входам третьей схемы ИЛИ 17, а входы временных селекторов 15 и 16 подключены к раздельным выходам RS-триггера 18. Выход первого D-триггера 12 через первый вход третьей схемы И 19 подключен к входу второго счетчика 20, а выход второго D-триггера 13 через первый вход четвертой схемы И 21 соединен с входом третьего счетчика 22, причем вторые входы схемы. И 19 и 21 совместно подключены к генератору 23 опорной частоты. Измеритель имеет запускающий вход а, его три цифровых выхода подключены к первому, второму и третьему счетчикам, 14, 20 и 22 соответственно. Акустический измеритель скорости течени работает следующим образом. В начальный момент времени на запускаЮ1одй вход а поступает импульсный сигаал, который через схему ИЛИ 7 запускает передатчик 4, формирующий импульс возбуждени акустического преобразовател 1. Одновременно от импульсного сигнала, запускающего вход а, срабатывает элемент 11 задержки, которьга через интервал времени TQ формирует импульс , запускающий через схему ИЛИ 8 передатчик 6 и формирующий импульс, излучаемый акустическим преобразователем 2. Сформированные акустические сигналы от преобразователей 1 и 2 распростран ютс со сдвигом по времени TQ навстречу друг другу, причем один из них движетс по течению а второй - против течени . Когда акустические сигналы достигают преобразователей 1 и 2, они преобразуютс в электрические импульсы, усиливаютс , формируютс приемниками 3, 5 и подаютс на первые входы второй и первой схем И 10 и 9 соответственно. На вторые входы этих логических схем И поступают сигналы с выходов Р-триггеров 13 и 12 соответственно, причем пол рность этих сигналов такова, что сигналы с выходов приемников 3 и 5 проход т через логические схемы И 10 и 9, логические схемы ИЛИ 8 и 7, поступают на входы передатчиков 6 и 4, формирующих сигналы возбуждени акустических преобразователей 2 и 1 соответственно. Этот цикл повтор етс . Импульсные сигналы, поступающие на входы передатчиков 4 и 6 (г и в на фиг. 2) подаютс также на С-входы Первого и второго D-триггеров 12 и 13, счетный вход счетчика 14 и раздельные RS-входы триггеру 18. При этом первый имцульс, совпадающий по времени с импульсом запуска, переводит D-триггер 12 в состо ние, разрешающее прохождение импульсов через схемы И 9 и 19, импульс, совпадающий по времени с выходными импульсом элемента И задержки, переводит D-трштер 13 в состо ние, разрешающее прохождение импульсов через схемы И 10 и 21. Это приводит к тому, что в моменты излучени акустических импульсов преобразовател ми 1 и 2 начинает поступать частота опорного генератора 23 через логические схемы И 19 и 21 на входы второго и третьего счетчиков 20 и 22, а также обеспечиваетс возможность многократного повторени циклов излучени и приема акустических сигналов за счет разрешени прохождени через схемы и 10 и 9 импульсов с выходов приемников 3 и 5 к входам передатчиков 6 и 4 соответственно. Импульсный сигнал с входа передатчика 4 заполн ет первый счетчик 14 до половины его емкости, после чего триггер последнего разр да измен ет свое состо ние, что пpивoди к тому, что на О-входе О-триггера 12 измен етс пол рность сигнала, что при поступлении импульса на С-вхрд приводит к опрокидьтанию триггера и формированию потенциалов запрета прохождени частоты опорного генератора 23 на вход счетчика 20 и сигналов с выхода приемника 5 на вход генератора 4. С выхода первого D-триггера 12 сигнал поступает на О-вход второго D-триггера 13 и переводит его в состо ние, при котором первый же импульс .с выхода приемника 6 опрокщц 1вает триггер и тем самым останавливает счет импульсов опорной частоты в третьем счетчике 22 и прохождение импульсов с выхода приемника 3 к передатчику 6. При этом цикл встречного излучени акустических сигналов прерываетс , а в сче.тчиках 20 и 22 фиксируютс коды, пропорциональные времени п циклов прохождени акустических сигналов во встречных направлени х, причем п равно половине емкости первого счетчика 14. Втора цепь остановки счета и прерывани излучени акустических сигналов работает от импульсов виг (фиг. 2), снимаемых с вход передатчиков 4 и 6. Эти импульсы, поступа на раздельные входы триггера 18, формируют на его выходах последовательности пр моугольных импульсов, ширина которых измен етс за каждый цикл встречного излучени из-за того, что при скорости течени V, скорости звука С и длине измерительной базы L врем прохождени акустического сигнала по течению будет меньше времени прохождени акустического сигнала против течени на величину ДТ 2 L ) Поэтому, в зависимости от направлени течени , ра одном из выходов Д или л триггера 18 ширина положительных импульсов будет уменьшатьс с каждым циклом на указанную величину, а при достижении некоторого заданного минимального значени сработает один из двух временных селекторов 15 или 16, настроенных на этот минимальный интервал. Через cxeMj: ИЛИ 17 сигнал срабатывани одного из временных селекторов 15 или 16 поступает на D-вход первого О-триггера 12, что при поступлении первого же импульса иа его С-вход приводит к опрокидыванию триг.гера и в-дальнейшем к остановке счета в счетчиках 20 и 22, а также к прерыванию циклов встречного излучени акустических сигналов в рассмотренной выше последователь ности аналогично случаю заполнени половины первого счетчика 14. Полученные двоичные коды на первом, втором и третьем счетчиках 14, 20 и 22 поступают на регистрацию и обработку. Двоичные коды N и N н. сформированные а счетчиках 20 и 22, равны N. 1 1 . де n - код, записанный в счетчике 14; f о - частота генератора опорной частоты 23. При заданном времени Т jv срабатывани ременных селекторов 15 и 16 код п опреде етс из следующего соотношени : Т, пДГ Величины скорости течени и скорости взтса определ ютс через полученные значени одов N/I, N2- п следующими выражени ми / М- pJ о /1 4 ,., W,r 2 Щ Использу соотношени (5) и (6). определ етс чувствительность измерителе или цена единицы его наименьшего разр да при уело- . ВИИ . f / м Как видно , цена единицы наименьшего разр да измерител пропорцинальна измер емой скоросга течени . Это означает, что при измерении больших скоростей происходит автоматическое загрубление чувствительности а .при малых скорост х течени чувствительность автоматически увеличиваетс таким образом , что отношение / V сохран етс посто нным. Применительно к измерению океанических течений это открывает возможность пр мых измерений вертикальных составл ющих скорости в глубинны сло х. Формула изобретени Акустический измеритель скорости течени содержащий первый акустический преобразователь , выход которого соединен через первый приемник с первым вхЬдом второй «схемы И, а через первый передатчик с выходом первой схемы ИЛИ, с входом первого счетчика не С-входом первого Г)-трИггера, выход которого подключен к второму входу Чретьей схемы И, первый вход которой соединен с вторым входом четвертой схемы И и с выходом генератора опорной частотьП а выход - с входом второго счетчика, второй акустический преобразователь, выход которого подключей через второй приемник к второму входу первой схемы И, а через второй передатчик к выходу второй схемы ИЛИ и С-входу втор го D-триггера, выход которого соединен с пер вым входом четвертой схемы И, выход которой подключен к входу третьего счетчика, при этом выход первой схемы И соединен с вторым входом первой схемь ИЛИ, первый вход которой подключен к входу элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом второй схемы ИЛИ, первый вход которой Подключен к выходу второй схемы И, отличающийс тем, что, с целью повыщени чувствительности при измерении малых скоростей течени , в него введены трехвходова схема ИЛИ, RS-триггер и два временных селектора, входы которых соединены с выходами RS-триггера, а выходы - соответственно с вторым и третьим входами трехвходовой ИЛИ, первый вход которой подключен к выходу первого счетчика, а выход - к D-входу первого О-триггера, выход которого соединен с первым входом первой рхемы И и с D-входом второго D-триггера, выход которого подключен к второму входу второй схемы И, причем выход первой схемы ИЛИ соеданен с S входом, а выход второй схемы ИЛИ - с R-входом RS-триггера. Источники информа{Ц1и прин тые во внимание при экспертизе 1. Агейкин Д. И. Датчики контрол и регулировани . М., Машиностроение, 1965, с. 747. - . In the meter circuit, a strictly defined number of cycles of opposite signals of acoustic signals is performed, and in the first cycle, the emission of an acoustic signal by the second converter relative to the first converter is made with a delay of 1 equal to half the acoustic signal transit time of the measuring base L99, i.e. TO L / 2 С, where С - sound speed. During subsequent cycles, the time difference between the emission times of the first and second acoustic transducers will decrease by the amount where V is the flow rate, C is the speed of sound To avoid simultaneous triggering of the receiver and transmitter connected to one of the acoustic transducers, the number of cycles of the counter radiation is limited as follows (at С V mc (This limit number of cycles determines for a given range of measured flow velocities the sensitivity of the meter or unit price its smallest discharge. A disadvantage of the known acoustic meter is that its sensitivity is fixed in advance and does not depend on the actual measured flow rate. This leads to the fact that at low flow rates the measurement data are rude. This is an increase in sensitivity when measuring low flow rates. The goal is achieved by introducing a three-input OR circuit, RS trigger and two time selectors, the inputs of which are s are connected to the outputs of RS-flip-flop, and the outputs - respectively to second and third inputs IL third circuit first input coupled to the output of the first counter and the output to the input of the first-O. D-flip-flop, the output of which is connected to the first input of the first AND circuit and to the D-BXO of the second O-flip-flop, whose output is connected to the second input of the second AND circuit, the output of the first OR circuit is connected to the S input, and the output of the second OR circuit - with R-input RS-flip-flop. FIG. 1 shows the scheme of the proposed acoustic flow rate meter; in fig. 2 is a time diagram of pulses at individual points in the scheme. The acoustic meter contains two acoustic transducers 1 and 2 installed on the measuring base. First transducer 1 is connected to the first receiver input. It is an amplifier — a signal conditioner, and the first transmitter output 4, which is a short pulse generator, which is triggered upon arrival its trigger input. With the second transducer 2 respectively connected to the input of the second receiver 5 and the output of the second transmitter 6, similar to the specified. The meter circuit also contains the first and second circuits, OR 7 and 8, the first and. the second circuit And 9 and 10, the delay element 11, the first and second D-flip-flops 12 and 13, the first counter 14, the output of which, together with the outputs of the first and second time selectors 15 and 16 are connected to the inputs of the third circuit OR 17, and the inputs of the time selectors 15 and 16 are connected to separate outputs of RS-flip-flop 18. The output of the first D-flip-flop 12 through the first input of the third circuit And 19 is connected to the input of the second counter 20, and the output of the second D-flip-flop 13 through the first input of the fourth circuit And 21 is connected to the input of the third counter 22, and the second inputs of the circuit. And 19 and 21 are jointly connected to the generator 23 of the reference frequency. The meter has a triggering input a, its three digital outputs are connected to the first, second and third counters, 14, 20 and 22, respectively. Acoustic flow velocity meter works as follows. At the initial moment of time, a pulse signal is fed to the start U1 input, which through the OR 7 circuit starts the transmitter 4, which forms the excitation pulse of the acoustic transducer 1. Simultaneously, the pulse element 11 triggers from the pulse signal that triggers input a, which, after a time interval TQ, generates a pulse, the transmitter 6 that triggers through the OR 8 circuit and the shaping pulse emitted by the acoustic transducer 2. The generated acoustic signals from the transducers 1 and 2 propagate with a shift along time TQ meets each other, with one of them moving downstream and the second against the flow. When the acoustic signals reach transducers 1 and 2, they are converted into electrical pulses, amplified, formed by receivers 3, 5, and fed to the first inputs of the second and first circuits And 10 and 9, respectively. The second inputs of these logic circuits And receive signals from the outputs of the P-flip-flops 13 and 12, respectively, and the polarity of these signals is such that the signals from the outputs of receivers 3 and 5 pass through logic circuits AND 10 and 9, logic circuits OR 8 and 7 , are fed to the inputs of transmitters 6 and 4, which form the excitation signals of acoustic transducers 2 and 1, respectively. This cycle is repeated. Pulse signals to the inputs of transmitters 4 and 6 (r and in Fig. 2) are also fed to the C inputs of the First and second D-flip-flops 12 and 13, the counting input of the counter 14 and the separate RS-inputs to the trigger 18. At the same time, the first an impulse coinciding in time with a start pulse transfers the D-flip-flop 12 to a state that permits the passage of pulses through the AND 9 and 19 circuits, a pulse that coincides in time with the output impulse of the And delay element, translates the D-trashter 13 into a state that permits the passage of pulses through the circuit And 10 and 21. This leads to the fact that at moments the emission of acoustic pulses by converters 1 and 2 begins to receive the frequency of the reference oscillator 23 through logic circuits 19 and 21 to the inputs of the second and third counters 20 and 22, and it is also possible to repeat cycles of emission and reception of acoustic signals by permitting passage through the circuits and 10 and 9 pulses from the outputs of receivers 3 and 5 to the inputs of transmitters 6 and 4, respectively. The pulse signal from the input of the transmitter 4 fills the first counter 14 to half its capacity, after which the trigger of the last bit changes its state, which means that at the O-input of the O-trigger 12 the signal polarity changes the arrival of a pulse at the C-vhrd causes the trigger to overturn and the potential to inhibit the passage of the frequency of the reference generator 23 to the input of the counter 20 and the signals from the output of the receiver 5 to the input of the generator 4. The signal from the output of the first D-trigger 12 goes to the O-input of the second D- trigger 13 and translates it is in a state in which the first pulse .c from the output of the receiver 6, the optic, triggers the trigger and thereby stops the counting of the reference frequency pulses in the third counter 22 and the passage of the pulses from the output of the receiver 3 to the transmitter 6. In this case, the cycle of counter-emission of acoustic signals is interrupted And in counters 20 and 22, codes are fixed that are proportional to the time n cycles of passing acoustic signals in opposite directions, and n is equal to half the capacity of the first counter 14. The second circuit stops counting and interrupting the acoustic radiation The signals are driven by VIG pulses (FIG. 2) taken from the input of the transmitters 4 and 6. These pulses, arriving at the separate inputs of the trigger 18, form at its outputs a series of rectangular pulses whose width varies during each cycle of counter-radiation due to the fact that at flow rate V, the speed of sound C and the length of the measuring base L the time of the acoustic signal passing through the flow will be less than the time of passing the acoustic signal against the current by the value of DT 2 L) Therefore, depending on the direction of the flow, one of the outputs D or l of the trigger 18 is width n Positive pulses will decrease with each cycle by a specified amount, and when a certain minimum value is reached, one of the two time selectors 15 or 16, which are set to this minimum interval, will operate. Through cxeMj: OR 17, the trigger signal of one of the time selectors 15 or 16 is fed to the D input of the first O-trigger 12, which, when the first pulse arrives, and its C input causes the trigger to roll over and, in the future, to stop the counting in counters 20 and 22, as well as interrupting the cycles of counter-radiation of acoustic signals in the above-considered sequence, similar to the case of filling in half of the first counter 14. Obtained binary codes on the first, second and third counters 14, 20 and 22 are received for registration and processing. Binary codes N and N n. formed on the counters 20 and 22, are equal to N. 1 1. de n - the code recorded in the counter 14; f o is the frequency of the reference frequency generator 23. For a given time T jv of the operation of the belt selectors 15 and 16, the code n is determined from the following relationship: T, PDG The values of the flow velocity and the speed of the charge are determined by the obtained values of the values N / I, N2 - n with the following expressions: / M - pJ o / 1 4,., W, r 2 Щ Using relations (5) and (6). determines the sensitivity of the meter or the price of the unit of its smallest bit when left. VII. f / m As can be seen, the price of the unit of the smallest bit is that the meter is proportional to the measured flow velocity. This means that when measuring large velocities, the automatic sensitivity deification of a occurs. At low flow rates, the sensitivity automatically increases so that the ratio / V remains constant. As applied to the measurement of ocean currents, this opens up the possibility of direct measurements of vertical velocity components in the deep layers. The invention of the acoustic flow velocity meter containing the first acoustic transducer, the output of which is connected through the first receiver to the first input of the second AND circuit, and through the first transmitter to the output of the first OR circuit, to the input of the first counter is not the C input of the first T) Igr, output which is connected to the second input of the third circuit And, the first input of which is connected to the second input of the fourth circuit And and to the output of the reference frequency generator and the output to the input of the second counter, the second acoustic transducer, connect it through the second receiver to the second input of the first AND circuit, and through the second transmitter to the output of the second OR circuit and the C input of the second D-flip-flop, the output of which is connected to the first input of the fourth AND circuit, the output of which is connected to the input of the third counter, the output of the first circuit AND is connected to the second input of the first OR circuit, the first input of which is connected to the input of the delay element, the output of which is connected to the second input of the second OR circuit, the first input of which is connected to the output of the second AND circuit, characterized in that higher and sensitivity when measuring small flow rates, a three-input OR circuit, an RS flip-flop and two time selectors are entered into it, the inputs of which are connected to the RS-flip-flop outputs, and the outputs are respectively the second and third inputs of the three-input OR, the first input of which is connected to the output the first counter, and the output to the D-input of the first O-flip-flop, the output of which is connected to the first input of the first And circuit and to the D-input of the second D-flip-flop, the output of which is connected to the second input of the second And circuit, and the output of the first OR circuit with S input, and in the course of the second OR circuit - with an R-input of the RS-FF. Sources of information {Ts1i taken into account during the examination 1. Ageikin DI Sensors of control and regulation. M., Mechanical Engineering, 1965, p. 747. -.
2.Авторское свидетельство СССР N 690392, кл.С 01 Р 5/08, 1977 (прототип).2. The author's certificate of the USSR N 690392, cl. With 01 P 5/08, 1977 (prototype).
3 i/3 i /
IIIIIHIIIIIIII IIIIIHIIIIIIII
ф1/г-гf1 / gg