RU58694U1 - ELECTRONIC-ACOUSTIC DEVICE FOR MEASURING PIPE LENGTH AND LIQUID LEVEL - Google Patents

Abstract

Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня жидкостей в баках, водоемах, ненапорных трубах, а также для измерения длины труб с пустой полостью и открытыми торцами, в том числе при условии доступа с одного конца. Схема содержит генератор 1, соединенный с акустическим излучателем 2, подведенным к торцу измерительной трубы (волновода) 3, к которому подведен также приемник отраженного сигнала 5 и отнесенный от него на фиксированное расстояние «d» дополнительный приемник акустического сигнала 4. В схему вводятся анализатор спектра 7, вход которого подключен к приемнику 5, выход - к устройству обработки; и устройство фильтрации 6, входы которого подключаются к приемниками 4, 5, а выходы подключаются к устройству вычисления скорости звука в среде 8 и электронному устройству обработки 9, выход которого подключен к индикатору 10. Управляется прибор с помощью клавиатуры 11, которая подключена к устройству обработки 9. Устройство обработки 9 подключено к блоку 8, а также формирует управляющие команды генератору 1 и устройству фильтрации 6. Устройства 1, 2, 4-9 конструктивно размещены в одном корпусе и образуют измерительный модуль 12. Волновод установлен в баке или водоеме 13. Эксплуатация измерителя уровня жидкости и длины труб производится на промышленных объектах с высоким уровнем акустических помех. Установка устройства фильтрации 6 позволяет сузить спектр, принимаемый приемниками 4, 5, тем самым улучшив отношение сигнал/шум. Установка анализатора спектра 7 позволяет выбрать рабочую частоту прибора, где количество помех минимально.The device relates to measuring technique and can be used to measure the level of liquids in tanks, ponds, non-pressure pipes, as well as to measure the length of pipes with an empty cavity and open ends, including with access from one end. The circuit contains a generator 1 connected to an acoustic emitter 2 connected to the end of the measuring tube (waveguide) 3, to which a reflected signal receiver 5 is connected, and an additional acoustic signal receiver 4, which is separated from it by a fixed distance “d”, and a spectrum analyzer is introduced into the circuit 7, the input of which is connected to the receiver 5, the output to the processing device; and a filtering device 6, the inputs of which are connected to the receivers 4, 5, and the outputs are connected to the device for calculating the speed of sound in the medium 8 and the electronic processing device 9, the output of which is connected to the indicator 10. The device is controlled using the keyboard 11, which is connected to the processing device 9. The processing device 9 is connected to the block 8, and also generates control commands to the generator 1 and the filtering device 6. The devices 1, 2, 4-9 are structurally placed in one housing and form a measuring module 12. The waveguide is installed in a tank or pond 13. Operation of a liquid level meter and pipe length is carried out at industrial facilities with a high level of acoustic noise. The installation of the filtering device 6 allows you to narrow the spectrum received by the receivers 4, 5, thereby improving the signal-to-noise ratio. The installation of spectrum analyzer 7 allows you to select the operating frequency of the device, where the amount of interference is minimal.

2 илл.2 ill.

Description

Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения длины труб и для измерения уровня жидкостей в баках, водоемах, ненапорных трубах.The device relates to measuring technique and can be used to measure the length of the pipes and to measure the level of liquids in tanks, reservoirs, 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 №2052768б G 01 В 17/00, 1996; полезная модель RU №7492, G 01 B 17/00, 1998; полезная модель RU 24550 G 01 В 17/00; G 01 F 23/28, 2002]. Известны также уровнемеры, принцип которых основан на отражении акустического сигнала от контролируемой жидкости [патенты SU №1530927, G 01 F 23/28, 1989, SU №1813203, G 01 F 23/28, б.и. №16,1993]Known electronic-acoustic devices for measuring distances based on fixing the propagation time of the sent and reflected acoustic pulses in the direction of the controlled distance [Gorbatov AA, Rudashevsky G.E. Acoustic methods and means of measuring distances in the air, M., Energy, 1973; RU patent No. 2052768b G 01 B 17/00, 1996; Utility model RU No. 7492, G 01 B 17/00, 1998; Utility model RU 24550 G 01 B 17/00; G 01 F 23/28, 2002]. 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 01 F 23/28, b.i. No. 16,1993]

Прототипом заявляемой полезной модели является электронно-акустическое устройство [полезная модель RU 24550 G 01 В 17/00; G 01 F 23/28, 2002]. Недостатком указанного устройства является низкая помехозащищенность, вследствие чего возникают сбои при измерениях и происходит снижение точности, особенно при работе на производстве, где постоянно присутствует широкий спектр акустических помех.The prototype of the claimed utility model is an electronic acoustic device [utility model RU 24550 G 01 17/00; G 01 F 23/28, 2002]. The disadvantage of this device is the low noise immunity, as a result of which interruptions in measurements occur and a decrease in accuracy occurs, especially when working in a factory where a wide range of acoustic noise is constantly present.

Поставлена задача повышения точности измерения длины труб и уровня жидкости путем улучшения помехозащищенности.The task is to increase the accuracy of measuring pipe lengths and liquid levels by improving noise immunity.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известное устройство, содержащее излучатель, вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов; два приемника, разнесенных на фиксированное расстояние; устройство вычисления скорости звука; устройство обработки, подключенное к клавиатуре, индикатору, генератору импульсов, устройству вычисления скорости звука; согласно полезной модели в устройство дополнительно введены анализатор спектра, выход которого подключен к устройству обработки, а вход подключен к приемнику и устройство фильтрации, входы которого подключены к приемникам и устройству обработки, а выходы подключены к устройству вычисления скорости звука в среде и устройству обработки.The solution to this problem is achieved by the fact that in a known device containing a radiator, the input of which is connected to the output of the pulse generator; two receivers spaced at a fixed distance; a device for calculating the speed of sound; a processing device connected to a keyboard, indicator, pulse generator, device for calculating the speed of sound; according to a utility model, a spectrum analyzer is additionally introduced into the device, the output of which is connected to a processing device, and the input is connected to a receiver and a filtering device, the inputs of which are connected to receivers and a processing device, and the outputs are connected to a device for calculating the speed of sound in a medium and a processing device.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на рис.1 изображена структурная схема предложенного устройства.The essence of the utility model is illustrated in the drawing, where Fig. 1 shows a structural diagram of the proposed device.

Схема содержит генератор 1, соединенный с акустическим излучателем 2, подведенным к торцу измерительной трубы (волновода) 3, к которому подведен также приемник отраженного сигнала 5 и отнесенный от него на фиксированное расстояние «d» дополнительный приемник акустического сигнала 4. В схему вводятся анализатор спектра 7, вход которого подключен к приемнику 5, выход - к устройству обработки; и устройство фильтрации 6, входы которого подключаются к приемниками 4, 5, а выходы подключаются The circuit contains a generator 1 connected to an acoustic emitter 2, connected to the end of the measuring tube (waveguide) 3, to which a reflected signal receiver 5 is connected, and an additional acoustic signal receiver 4 separated from it by a fixed distance “d”. A spectrum analyzer is introduced into the circuit 7, the input of which is connected to the receiver 5, the output to the processing device; and a filtering device 6, the inputs of which are connected to receivers 4, 5, and the outputs are connected

к устройству вычисления скорости звука в среде 8 и электронному устройству обработки 9, выход которого подключен к индикатору 10. Управляется прибор с помощью клавиатуры 11, которая подключена к устройству обработки 9. Устройство обработки 9 подключено к блоку 8, а также формирует управляющие команды генератору 1 и устройству фильтрации 6. Устройства 1, 2, 4-9 конструктивно размещены в одном корпусе и образуют измерительный модуль 12. Волновод установлен в баке или водоеме 13.to the device for calculating the speed of sound in the medium 8 and the electronic processing device 9, the output of which is connected to the indicator 10. The device is controlled using the keyboard 11, which is connected to the processing device 9. The processing device 9 is connected to block 8, and also generates control commands to the generator 1 and filtering device 6. Devices 1, 2, 4-9 are structurally placed in one housing and form a measuring module 12. The waveguide is installed in the tank or reservoir 13.

Измерения устройством могут производиться в складских помещениях, на буровых установках, работа в которых связана с высоким уровнем акустических помех. При измерении уровня акустические шумы могут распространяться как по воздуху, так и по измеряемой жидкой среде, например от перемешивателя, вызывая при измерении ложные срабатывания компаратора раньше времени, тем самым сильно искажая результат.Measurements by the device can be made in storage facilities, at drilling rigs, the operation of which is associated with a high level of acoustic noise. When measuring the level, acoustic noise can propagate both through air and through the measured liquid medium, for example, from a stirrer, causing false measurements of the comparator ahead of time when measuring, thereby greatly distorting the result.

В предлагаемом устройстве процесс измерения выглядит следующим образом. Перед излучением зондирующего сигнала анализатор спектра 7 принимает шумы с акустического приемника 5, после чего устройство обработки 9 выбирает полосу спектра в рабочем диапазоне прибора, в котором мощность шумов минимальна. Далее генератор 1 по команде устройства обработки 9 на выбранной частоте формирует короткий зондирующий импульс, который преобразуется в акустический сигнал излучателем 2. Отразившись от границы сред 14, волна возвращается и принимается приемником 5. Устройство фильтрации 6 представляет собой полосовой фильтр, который также настраивается устройством обработки 9 на выбранную частоту с минимальным уровнем помех. Принятый сигнал обрабатывается устройством фильтрации 6, после чего блок 8 определяет скорость звука по времени прохождения известного расстояния d. Отфильтрованный сигнал также поступает в устройство обработки, где по времени распространения определяется расстояние от измерителя 12 до границы сред 14.In the proposed device, the measurement process is as follows. Before the emission of the probe signal, the spectrum analyzer 7 receives noise from the acoustic receiver 5, after which the processing device 9 selects a spectrum band in the operating range of the device in which the noise power is minimal. Next, the generator 1, at the command of the processing device 9, generates a short probe pulse at the selected frequency, which is converted into an acoustic signal by the emitter 2. Reflecting from the media boundary 14, the wave is returned and received by the receiver 5. Filtering device 6 is a band-pass filter, which is also tuned by the processing device 9 to the selected frequency with minimal interference. The received signal is processed by the filtering device 6, after which the unit 8 determines the speed of sound from the travel time of a known distance d. The filtered signal also enters the processing device, where the distance from the meter 12 to the boundary of the media 14 is determined by the propagation time.

На рисунке 2 изображен спектр сигнала, принимаемый микрофоном до излучения зондирующего импульса в трубе длиной 3 м и диаметром 110 мм при сильных промышленных акустических помехах в цехе для сортировки труб. Спектр акустических помех является неоднородным, к тому же труба имеет свою резонансную частоту, что приводит к появлению множества локальных максимумов и минимумов. Анализатор спектра 7 находит в рабочем диапазоне прибора ΔF оптимальную с точки зрения шума частоту F₀ и устройство производит измерение на данной частоте. Полоса пропускания фильтра 6 обозначена F_пр. В результате фильтрации уровень помех можно снизить в несколько раз.Figure 2 shows the spectrum of the signal received by the microphone before the radiation of the probe pulse in a pipe 3 m long and 110 mm in diameter with strong industrial acoustic noise in the pipe sorting workshop. The spectrum of acoustic noise is heterogeneous, in addition, the pipe has its own resonant frequency, which leads to the appearance of many local maxima and minima. The spectrum analyzer 7 finds in the operating range of the device ΔF the optimum frequency F ₀ from the point of view of noise, and the device measures at a given frequency. The passband of the filter 6 is designated F _pr As a result of filtering, the level of interference can be reduced several times.

Следует отметить, что существуют сигнальные микропроцессоры, которые могут одновременно выполнять функции блоков 1, 6, 7, 8, 9It should be noted that there are signal microprocessors that can simultaneously perform the functions of units 1, 6, 7, 8, 9

Устройство позволяет повысить точность измерения уровня жидкости в условиях сильных промышленных шумов. Применение устройства эффективно при измерении уровня вязких и агрессивных сред.The device allows to increase the accuracy of measuring the liquid level in conditions of strong industrial noise. The use of the device is effective in measuring the level of viscous and aggressive environments.

Claims (1)

Электронно-акустическое устройство измерения длины труб и уровня жидкости, содержащее излучатель, вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов, два приемника, разнесенных на фиксированное расстояние, устройство вычисления скорости звука, устройство обработки, подключенное к клавиатуре, индикатору, генератору импульсов, устройству вычисления скорости звука, в устройство дополнительно введены анализатор спектра, выход которого подключен к устройству обработки, а вход подключен к приемнику, и устройство фильтрации, входы которого подключены к приемникам и устройству обработки, а выходы подключены к устройству вычисления скорости звука в среде и устройству обработки.

An electronic-acoustic device for measuring pipe length and liquid level, containing an emitter, the input of which is connected to the output of the pulse generator, two receivers spaced at a fixed distance, a sound velocity calculating device, a processing device connected to a keyboard, indicator, pulse generator, and a speed calculating device sound, a spectrum analyzer is additionally introduced into the device, the output of which is connected to the processing device, and the input is connected to the receiver, and a filtering device, cat inputs They are connected to receivers and a processing device, and the outputs are connected to a device for calculating the speed of sound in a medium and a processing device.