RU24550U1 - ELECTRONIC-ACOUSTIC MEASURING DEVICE - Google Patents

Description

ЭЛЕКТРОННО-АКУСТИЧЕСКОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВОELECTRONIC-ACOUSTIC MEASURING DEVICE

Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения длины труб с пустой полостью и открытыми торцами, в том числе при условии доступа с одного конца, например, находящихся на погрузочных площадках, в кучах, на стеллажах, в вагонах и на автомобилях. Кроме того, устройство может использоваться для измерения уровня жидкостей в баках, водоемах и ненапорных трубах.The device relates to measuring equipment and can be used to measure the length of pipes with an empty cavity and open ends, including with access from one end, for example, located on loading platforms, in heaps, on racks, in cars and on cars . In addition, the device can be used to measure the level of liquids in tanks, ponds and non-pressure pipes.

Известны электронно-акустические устройства для измерения расстояний, основанные на фиксации времени распространения посланного и отраженного акустических импульсов в направлении контролируемого расстояния Горбатов А.А., Рудашевский Г.Е. Акустические методы и средства измерения расстояний в воздушной среде, М., Энергия, 1973 г.; патент RU № 2052768, G 01В 17/00, 1996 . Известны также уровнемеры, принцип работы которых основан на отражении акустического сигнала от контролируемой жидкости Патенты SU № 1530927, G 01 F 23/28, 1989; SU № 1813203, G OIF 23/28, б.и. №16, 1993 .Known electronic-acoustic devices for measuring distances, based on the fixation of the propagation time of the sent and reflected acoustic pulses in the direction of the controlled distance Gorbatov A.A., Rudashevsky G.E. Acoustic methods and means of measuring distances in the air, M., Energy, 1973; RU patent No. 2052768, G 01B 17/00, 1996. Level gauges are also known, the principle of which is based on the reflection of an acoustic signal from a controlled fluid Patents SU No. 1530927, G 01 F 23/28, 1989; SU No. 1813203, G OIF 23/28, B.I. No. 16, 1993.

Прототипом заявляемой полезной модели является устройство для измерения длины труб полезная модель RU № 7492 , G 01В 17/00, 1998, содержащие излучатель, вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов, и два разнесенных на фиксированное расстояние приемника акустического сигнала, выходы которых подсоединены к электронному устройству обработки. В известном устройстве при определении длины считается, что скорость распространения внутри трубы постоянна. Недостатки известных устройств и прототипа заключаются в том , что они не учитывают неоднородность условий распространения акустического сигнала внутри трубы. Действительно разные концы трубы могут находиться в разных условиях в частности, при разных температурах, влажности, давлении, плотности среды, которые определяют скорость звука.The prototype of the claimed utility model is a device for measuring the length of pipes utility model RU No. 7492, G 01B 17/00, 1998, containing a radiator, the input of which is connected to the output of the pulse generator, and two spaced apart by a fixed distance acoustic signal receiver, the outputs of which are connected to an electronic processing device. In the known device, when determining the length, it is considered that the propagation velocity inside the pipe is constant. The disadvantages of the known devices and prototype are that they do not take into account the heterogeneity of the propagation conditions of the acoustic signal inside the pipe. Really different ends of the pipe can be in different conditions, in particular, at different temperatures, humidity, pressure, density of the medium, which determine the speed of sound.

Поставлена задача повысить точность измерений путем учета реальных условий распространения акустического сигнала.The task is to increase the accuracy of measurements by taking into account the actual propagation conditions of the acoustic signal.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известное устройство, содержащее излучатель, вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов, и два приемника акустического сигнала, разнесенных на фиксированное расстояние, выходы которых подсоединены к электронному устройству обработки, согласно полезной модели дополнительGOIB 17/00, G OIF 23/28 но введено устройство вычисления скорости звука в трубе, входы которого подключены кThe solution of this problem is achieved by the fact that in a known device containing an emitter, the input of which is connected to the output of the pulse generator, and two acoustic signal receivers spaced at a fixed distance, the outputs of which are connected to an electronic processing device, according to a utility model, the add-on GOIB 17/00, G OIF 23/28 but a device for calculating the speed of sound in a pipe, the inputs of which are connected to

выходам приемников акустического сигнала, а выход подключен к устройству обработки.outputs of the receivers of the acoustic signal, and the output is connected to the processing device.

Предложенное устройство отличается от известных тем, что в конструкцию дополнительно введено устройство вычисления скорости акустического сигнала в трубе. Это позволяет вычислять реальн)шэ скорость распространения акустического импульса при любых погодных и технологических условиях с учетом неоднородности свойств среды по длине трубы и тем самым повысить точность измерений.The proposed device differs from the known ones in that an additional device for calculating the speed of an acoustic signal in a pipe is additionally introduced into the design. This makes it possible to calculate the real velocity of the acoustic pulse propagation under any weather and technological conditions, taking into account the heterogeneity of the medium properties along the length of the pipe, and thereby increase the measurement accuracy.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена структурная схема предложенного устройства, на фиг. 2 диаграмма формируемых импульсов, а на фиг.З схема использования предложенного устройства в качестве уровнемера.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, where in FIG. 1 shows a structural diagram of the proposed device, FIG. 2 is a diagram of generated pulses, and in FIG. 3 a diagram of using the proposed device as a level gauge.

Схема содержит генератор 1, соединенный с акустическим излучателем 2, подведенным к торцу измеряемой трубы 3, к которому подведен также приемник отраженного сигнала 4 и отнесенный от него на фиксированное расстояние (Ь дополнительный приемник акустического сигнала 5. Выходы приемников акустического сигнала 4 и 5 подключены к устройству вычисления скорости звука в среде 6 и к электронному устройству обработки 7, выход которого подключен к индикатору 8 и блоку управления 9. Устройства 1,2,4 - 9 конструктивно размещены в одном корпусе и образуют измерительный модуль 10, вставляемый в контролируемую трубу. Этот модуль может быть переносным или стационарным, постоянно закрепленным на емкости с контролируемым уровнем жидкости (фиг.З). На фиг.З изображена схема использования данного устройства в режиме измерения уровня жидкости в баках и водоемах, когда измеряемая труба помещается в контролируемую жидкость. Здесь: 10 - измерительный модуль, 11- излучаемый акустический сигнал, 12- бак или ненапорный трубопровод, 13 - отраженный акустический сигнал, 3 - измерительная труба (звуковод), 14 - жидкость. Акустический сигнал отражается от поверхности контролируемой жидкости, причем климатические условия в начале и в конце трубы как правило разные. Особенно при контроле агрессивных, легко испаряющихся жидкостей, когда температура и газовая среда внизу и вверху значительно отличаются. Предложенная схема позволяет учесть эту неоднородность и повысить точность измерений. Диаграмма формируемых и отраженных импульсов показана на фиг.2., где Ui - сигнал генератора, U2 - сигнал первого микрофона. Us - сигнал второго микрофона, Т - длительность полного цикла измерения, Ti - время прохождения прямым импульсом от первого до второго микрофонов, Т2 - время прохождения импульса вThe circuit contains a generator 1 connected to an acoustic emitter 2, connected to the end of the measured pipe 3, to which a reflected signal receiver 4 is connected and a fixed distance from it (b, an additional acoustic signal receiver 5. The outputs of the acoustic signal receivers 4 and 5 are connected to a device for calculating the speed of sound in medium 6 and to an electronic processing device 7, the output of which is connected to an indicator 8 and a control unit 9. Devices 1,2,4 - 9 are structurally placed in one housing and form The test module 10 is inserted into a controlled pipe.This module can be portable or stationary, permanently mounted on a tank with a controlled liquid level (Fig. 3). Fig. 3 shows a diagram of the use of this device in the mode of measuring the liquid level in tanks and reservoirs, when the measured pipe is placed in a controlled liquid: Here: 10 - measuring module, 11 - emitted acoustic signal, 12 - tank or non-pressure pipe, 13 - reflected acoustic signal, 3 - measuring pipe (sound guide), 14 - liquid. An acoustic signal is reflected from the surface of the controlled fluid, and the climatic conditions at the beginning and at the end of the pipe are usually different. Especially when controlling aggressive, easily evaporating liquids, when the temperature and gas environment at the top and bottom are significantly different. The proposed scheme allows us to take into account this heterogeneity and increase the accuracy of measurements. A diagram of the generated and reflected pulses is shown in figure 2., where Ui is the signal of the generator, U2 is the signal of the first microphone. Us is the signal of the second microphone, T is the duration of the full measurement cycle, Ti is the time taken by a direct pulse from the first to the second microphones, T2 is the time taken by the pulse to

2 прямом и обратном направлениях расстояния от второго микрофона до конца трубы, Тз время прохождения отраженным импульсом от второго до первого микрофонов.2 forward and reverse directions of the distance from the second microphone to the end of the pipe, Tz is the reflected pulse travel time from the second to the first microphones.

Устройство работает следующим образом. Акустический импульс, создаваемый по команде блока управления 9 генератором 1 и излучателем 2, распространяясь, отражается от конца пустой полости трубы (это может быть отражатель, препятствие в трубе, уровень жидкости, в которую погружена труба, открытый конец трубы). Посланный и отраженный сигналы принимаются приемниками 4 и 5. Принятые сигналы обрабатываются устройствами 6 и 7. В каждом цикле измерения устройство 6 сначала вычисляет истинную среднюю скорость распространения звука в данной трубе путем измерения времени прохождения прямым и отраженным импульсами фиксированного расстояния d по формуле: c (- + -)/2 d- 2где , d - расстояние между первым и вторым микрофонами, Ti - время прохождения прямым импульсом от первого до второго микрофонов, Тз - время прохождения отраженным импульсом от второго до первого микрофонов.The device operates as follows. The acoustic impulse generated by the command of the control unit 9 by the generator 1 and emitter 2, propagating, is reflected from the end of the empty cavity of the pipe (it can be a reflector, an obstacle in the pipe, the level of the liquid into which the pipe is immersed, the open end of the pipe). The sent and reflected signals are received by receivers 4 and 5. The received signals are processed by devices 6 and 7. In each measurement cycle, device 6 first calculates the true average speed of sound propagation in a given pipe by measuring the travel time of direct and reflected pulses of a fixed distance d using the formula: c ( - + -) / 2 d- 2 where, d is the distance between the first and second microphones, Ti is the travel time of the direct pulse from the first to the second microphones, Tz is the travel time of the reflected pulse from the second to the first crofons.

сТ Затем по формуле:L -- + с1 ,cT Then according to the formula: L - + c1,

где Т2 - время прохождения импульса в прямом и обратном направлениях расстояния от второго микрофона до конца трубы, вычисляется длина трубы L или расстояние до отражающей поверхности. Блок обработки 7 осуществляет также сохранение результата за период измерения и управляет индикацией.where T2 is the travel time of the pulse in the forward and reverse directions of the distance from the second microphone to the end of the pipe, the pipe length L or the distance to the reflecting surface is calculated. The processing unit 7 also stores the result for the measurement period and controls the display.

Устройство позволяет значительно повысить точность измерения длины путем определения реальной скорости распространения акустического сигнала в трубе. Реальная скорость звука во всей полости трубы определяется за счет усреднения скоростей прямого и обратного импульсов, последний из которых формируется в конце трубы, которая может находиться в других условиях, чем начало трубы. Тем самым более точно учитываются реальные условия распространения акустического сигнала. Отметим, что возможна также калибровка прибора на известной длине трубы при текущих климатических условиях. В этом случае прибором измеряется известная длина, и в устройство обработки заносятся коэффициенты, соответствующие эталонной скорости распространения сигнала, что является дополнительным фактором повышения точности измерений.The device can significantly improve the accuracy of measuring length by determining the actual propagation speed of the acoustic signal in the pipe. The real speed of sound in the entire cavity of the pipe is determined by averaging the speeds of the forward and reverse pulses, the last of which is formed at the end of the pipe, which may be in other conditions than the beginning of the pipe. Thus, the actual propagation conditions of the acoustic signal are more accurately taken into account. Note that it is also possible to calibrate the device at a known pipe length under current climatic conditions. In this case, the device measures the known length, and coefficients corresponding to the reference signal propagation velocity are entered into the processing device, which is an additional factor in increasing the measurement accuracy.

3 3

.d d.. jT,+T. .d d .. jT, + T.

т; Гз 27;Гз t; Gz 27; Gz

Claims (1)

Электронно-акустическое измерительное устройство, содержащее блок управления, излучатель, вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов, два приемника акустического сигнала, разнесенных на фиксированное расстояние, выходы которых подсоединены к электронному устройству обработки, отличающееся тем, что в схему дополнительно введено устройство вычисления скорости звука, входы которого подключены к выходам приемников акустического сигнала, а выход подключен к устройству обработки.

An electronic-acoustic measuring device comprising a control unit, an emitter, the input of which is connected to the output of the pulse generator, two acoustic signal receivers spaced at a fixed distance, the outputs of which are connected to an electronic processing device, characterized in that the device for calculating sound speed is additionally introduced into the circuit the inputs of which are connected to the outputs of the receivers of the acoustic signal, and the output is connected to the processing device.