SU494693A1 - Цифровой ультразвуковой измеритель скорости движени воды - Google Patents

Description

(54) ЦИФРОВОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ . ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ВОДЫ

Изобрете 1ие относитс  к техин-ке лзмерени  скорости движени  жидких сред с помощью ультразвука и люжет найти примененке при измерени х скорости движени  воды з OTKpbiTbfx упор доченных руслах.

Известны измерители скорости дв1 женн  воды, содержащие приемно-передающие элементы , размещенные на проти|воположных стен .ках канала под некоторым углом к наПра1злен .чю движени  -потока, усилитель, смеситель , фильтр низичих частот, формирователь , генератор заполн ющих ИМпульсов и упрашл емый эле-хтронный счетчик импульсов . Однако известные измерители скорости движени  жидкости при их ис.лользоза)1.им дл  лЗМерений в загр зненных открытых руслах имеют низкую точность и .малую надежность из-за значительных колебан;1й амплитуд принимаемых импульсов.

Цель изобретени  - повышение точности измерений и надежности. Это достигаетс  благодар  тому, что устройство содержит генератор качающейс  частоты с модул цией по пилообразному закону, соединенный то высокочастотному выходу со входом введенного в устройство Коммутатора направлений, коммутируемые .выходы j-соторого подключены К излучающему и приемному злементал-, и входом с есител , при это.м выход коммутатора на1лра1вленип соединен через CJk;:iтель с другим входом смесител , подключенного по выходу через фильтр низких частот ко входу схемы выделени  .измерительного периода, низкочастотный вы.ход генератора качающейс  частоты соединен через формирователь со входом коммутатора направлений , входоМ схемы выделени  измерительного периода и входом схемы управлени  .счетчиком импульсов, выходы которой «счет, «CTaipT и «стоп соединены с соответствующими входами управл емого счетчика, а выход генератора качающейс  частоты подключен .к одному 1ИЗ входов схемы выделени  измерительного периода.

5

На фиг. 1 представлена фу 1кциональна  схема предлагаемого измерител . Она состоит .из генератора качающейс  частоты /, .соединенного ио высокочастотному выходу со входами смесител  2 и коммутатора на.прав0 лений 3, ко.ммутируемые выходы которого подключены к излучающему и пр15емнОМу элемента.м 4, а выход его соединен через .сиЛ1итель 5 с другим входом .смесител  2, выход которого через фильтр низких частот 6

5 подклю(чен ко входу схемы Л - выделени  измер.ительного периода. Кроме того, по низкочастотному выходу (выход .пилообразного напр жени ) генератор качающейс  частоты 1 через формирователь 7, формирующий йо0 роткий имлульс в момент излома пилообраз1ЮГО папр жеии , соединен со входом коммутатора направленин 3, входом схемы А - выделени  измерительного периолта, входом схвл-гь Б у-прав.чени  счетчиком 8, выходы ;соторой «счет, «старт, и «стоп соедине ь ,с.. сойтзетствующими входами управл емого счетчика импульсов 8, а .выход генератора Заполн ющей частоты подключен к одному из входов схемы А. Причем схема А состоит из двух триггеров 9 и 10, двух схем «РЬ 11 и 12 и одной схемы «PI-НЕ 13, а схема Б состоит из тр1иггера 14, реверсивного счетчика 15, схемы «И 16, .схемы «НЕ 17, схемы формировани  /5 и генератора заполнени  19. Принцил работы предлагаемого измерител  основан на том, что .но направлению движени  потока и против излучаютс  и принимаютс  частотно-модулированиые ло пилообразному закону ультразвуковые колебани , по каждо.му из пап.равлений онредел ютс  частоты биений между излученными и прин тыми :колеба11ИЯ:МИ, а скорость движени  исследуемой жидкости определ етс  через раз.ность .периодов б.иен1ий. На фиг. 2 сплошной линией показан закон изменени  частоты излучаемого сигнала F,,, а штриховой - иринимаемого F„, который сдвинут относительно излучаемого сигнала на врем  Т, равное времени распространени  ультраЗВуковых колебаний от излучател  до прлемника. При смешении излучаелюго и принимаемого сигналов легко можно выделить частоты биений, периодьЕ .которых равны при излучении по направлению движени  потомка 4A7/;,Z( Пр1и излучении против движе.ни  потока Т - Ff:,,L где AF - максимальное отклонение частоты от сред-пего значени  FQ (девиаци  частоты); /,,т,„ - частота и период модул ции сигнала (частота и период пилообразного напр жени ); L - базовое рассто ние между ; злучающим и приемным элементами; С - скорость звука в исследуемой жидкости; V - скорость движени  жидкости. СкооОСть движени  исследуемой жидкости чол-.ет быть определена через разность периодов биений по следующей формуле: в- t-- 0) где в - угол между направлением движени  ,иото,ка и направлением распространени  сигналов. Как з-идно из формулы (3) величина V соверщенно не зависит от С - скорости звука 13 исследуемой жидкости, а зависит от внутренних параметров устройства AF и /,„, что дает возможность осуществл ть измерени  с высокой точиостью, нрн больших зиачеи .и х L (.например, L -ь 10 .и) независимо от степени загр знени  жидкости, так как рабочую частоту можно .выбрать в диапазоне , где затухание ультразвука относительно мало. Скорость движени  жидкости, согласно формуле (3), нропорциоиальна разности пернодо.в биений, котора  выдел етс  с ПОМОЩЬЮ решающей схемы, а величина скорсхти получаетс  путем насчета числа занолн ющих импульсов за врем  (Г,-,-; - )Причем единица .измерени  скорости о.предел етс  .подбором частоты заполн ющих импульсоз , девиации частоты Af или частоты М01дул ции /,н дл  различных значений L. Измеритель работает следующим образолк Частота генератора качающейс  частоты I, шромодулированна  пилообразно, подаетс  на вход коммз татора направлений 3, который асуществл ет периодическое переключение направлеии  излучени  с удвоенной частотой модул ции, путем иереключеии  .излучающего и приемного элементов 4 и одновременно на один ИЗ входо1В смесител  2. Излученный сигнал, лройд  сквозь среду, принимаетс  приемным элементом и через коммутатор направлени  поступает на вход усилител  5, выхода которого подаетс  на второй вход смесител  2. После смещени  излученного и прин того сигналов в смесителе выдел етс  частота биений, котора  через фильтр низких частот 6 поступает на вход схемь Л - выделени  измерительного периода. Работает она следующий образом. В момент начала пилы через формирователь 7 на триггеры 9 п W поступает импульс сброса, устана.зливающий их в исходное состо ние (как .показано на фиг. 2). Первый им1нульс с выхода фильтра 6, проход  через схему «И-НЕ 13, идет на счетный вход триггера 9 и о.прО|Кидывает его. Следующий импульс переводит триггер 9 в исходное состо Ние , При Этом триггер 10 о.прокидываетс  и потенциалы с триггеров 9 и 10 открывают схему , и частота (например, / ,L или 10 мгц прил - 50. где п - целое ЧИ1СЛО) с выхода генератора 19 постукает на вход реверсивного счетчика 15, включенного в этот момент на суммирование .потенциалом с управл ющего тр..иггера 14, который запускаетс  им.пульсами от формировател  7. Трет(ий И1м;цульс, приход щий на сметный вход триггера 9, вновь опрокидывает его, схема 12 закрываетс , прекращаетс  счет заполн ющих импульсов, а схема // открываетс  и своим выходным потенциалом запирает схему 13. В таком COCTOH:-UIK схем,а А остаетс  до прихода iMMiv.ibca сброса . При приходе импульса сброса работа схемы /1 происходит аналогично, мо при этом счетчик 15 включаетс  иа вычитание потенЦиалом с триггера 14 и при проходе нулевого состо ни  выдает через схему 16 стартовый ил1пульс дл  залуска управл емого электронного счетчика имлульсов 8, на счетный вход которого одновременно поступает число импульсов со схемы 2, равное разност-;: (Тй-1- - Ти-.). Имлульсы сброса реверсивного счетчика и «старта формируютс  схемой 17 Л|ри переходе управл ющего триггера 14 Б положение «сум мирова-ип , а схема «И Ifi необходима, чтобы предотвратить попадание си лнала «старта на вход упра вл емого счетчика 5 при сбросе реверсизного счетч .ика 15.

Дл  соблюдени  правильной очерсдност;записи измерительных периодов в реверсивный счетчИк 15, предусмотрена схема фазировани  18, котора  выдает дополнительный импульс на счетный вход управл ющего трк -гера 14, при отсутствие импульса «старта. Оброс в управл емом счетч.ике импульсов 8 лро исходит аютоматически.

Предмет изобретени 

Цифровой ультразвуковой пзмеритель скорэсти движени  воды, содержащ-ий приемкопередающие элементы, размещаемые на протизаполож;ных стенках канала под некоторым углом :к направлению движени  потока, усилитель , смеситель, фильтр низких частот, формирователь, управл емый электронный счетчик лмаульсов, отличающийс  тем, что, с целью повыщени  точности измерений и надежности, он содержит гене;)атор качающейс  частоты с модул цией -по пилообразному закону, соединенный по высокочастотному выходу со входом введенного в устройство коммутатора направлений, коммутируемые выходы .которого нодключены к излучаюидему и приемному элементам, и входам смесител , при этом .выход коммутатора иаиравленай соединен через усилитель с доугим входо ч смесител , подключенного по выходу через фильтр низких частот ко входу схемы выделени  измерительного периода, низкочастотный выход генератора качающейс  частоты соединен через формирователь со входом тдаММутатора направлений, входом схемы выделени  измер;ительного периода и входом схемы унравлени  счетчиком импульсов, выходы которой «счет, «старт и «стоп соединены с соответствующими -входами управл емого счетчика, а выход генератора качающейс  частоты подключен к одному из входов схемы выделени  измерительного периода.