SU792077A1 - Ультразвуковой измеритель скорости движени среды - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  одновременного измерени  скорости движени  среды и скорости ультразвука в ней или параметра, завис щего 5 от скорости ультразвука: температура , давление.

Известен импульсный ультразвуковой термоанемометр, в котором измерение скорости потока производитс  по изме- Ю рению разности частот импульсно-модулированных ультразвуковых колебаний, распростран ющихс  в двух противоположных направлени х в замкнутой динамической системе устройства l. 15

Он позвол .ет измер ть скорость ультразвука в среде и скорость движени  среды, однако на точность измерени  вли ют как неидентичность и нестабильность обоих электрических кана- 20 лов, так и нестабильности передних и задних фронтов импульсов, а также флюктуации, поскольку среда зондируетс  по обоим направлени м в разных точках и необ зательно oднqвpeмeннo. 25

Известен циЛровой ультразвуковой измеритель скорости движени  ере.цы, содержащий приемопередающие элементы, размещенные на противоположных стенках канала под углом к направлению Ю

движени  потока, усилитель, смеситель , фильтр низких частот, формирователь , управл емый электронный счетчик импульсов, а также генератор качающейс  частоты с модул цией по пилообразному закону, соединенный по высокочастотному выходу с входом к;оммутатора направлений, выходы которого подключены к излучакхцему и .приемному элементам и входам смесител , при этом выход коммутатора направлений соединен через усилитель с другим входом смесител ,подключенного по входу через фильтр низких частот к входу схемы выделени  измерительного периода, низкочастотный выход генератора качаюгцейс  частоты соединен через формирователь с входами коммутатора направлений , входом схемы выделени  измерительного периода и входом схемы управлени  счетчиком импульсов, выходы которой Счет, Старт и Стоп соединены с соответствую1цими входами управл емого счетчика, а выход генератора качающейс  частоты подключен к одному из входов схемы выделени  измерительного периода 2 .

С помощью этого измерител  измер .етс  только один параметр: скорость i

среды. Кроме того, среда эо.н/5ируетс  в каждом .направлении в разное врем , а величина быстрых флуктуации .скорости движени  среды или скорости ультразвука в среде не компенсируютс , что вносит погрешность измерени . . Цель изобретени  - одновременное кЗмерение скорости ультразвука в среде и повышение точности.

Указанна  цель достигаетс  тем,что ультразвуковой измеритель скорости движени  среды снабжен последов ательной цепью из фильтра высокой частоты и преобразовател  период-напр жение, включенной между выходом смесител  и индикатором скорости ультразвука в среде и вычислителем в виде последовательно соединенных ждущего геНератора импульсов стабильной длительности и амплитуды, селектора и накопител , при . этом выходы фильтров высокой и -НИЗКОЙ частот соответственно соединенных с входом запуска ждуЫего генератора и входом селектора, блок управлени  св зи с селектором и накопителем, а индикатор скорости движени  среды, выполненный в виде измерител  отношени  посто нных напр жений, включен между выходом вычислител  и индикатором скорости ультразвука в среде.

На чертеже изображена структурна  схема измерител .

Генератор 1 высокочастотного напр жени  с пр молинейной модул цией частоты с блоком управлени  2 подключен к одному из входов коммутатора 3, к среднему контакту - которого подключены электроакустические преобразователи 4 и 5, расположенные на рассто нии Ь . Другой вход коммутатора 3 через усилитель б соединен с входом смесител  7, а другой вход смесител  7 соединен с генератором 1. К выходу смесител : подключена последовательна  цепь из фильтра высокой частоты 8 и.преобразовател  период-напр жение 9, к выходу которой присоединен индикатор 10 скорости ультразвука в среде.

К выходу смесител  через фильтр 11 низкой частот 11 подключен селектор 12 вычислител , вьтолненного в виде последовательно соединенных ждущего генератора 13 импульсов стабильной длительности и амплитуды, селектора 12 и накопител  14. Выход фильтра 8 соединен также с входом запуска генератора 13, а выход вычислител  через индикатор 15 скорости движени  среды - с индикатором 10 скорости ультразвука.Блок 2 управлени  св зан с генератором 1 ,комму.татором 3 и бло-, ками 12 и 14 вычисйител. .

Измеритель работает следуюго,им.образом .

Напр жение генератора 1, Частота которого под воздействием блока 2 уп- равлени  измен етс  по пр молинейному закону, поступает, на один из входов коммутатора 3, .Коммутатор 3 сигналом с блока управлени  периодически подключает электроакустические преобразователи 4 и 5 к выходу генератора 1 (на врем , меньшее времени пробега ультразвука рассто ни L) или j выходу усилител  6. Ультразвуковые волны излучаютс  .преобразовател ми в направлении одна к другой и достигае их с задерх ками Т и Tg , равными; Т - - т - ь

Ч C+V i

(1) где. С - скорость ультразвука в неподвижной среде, V - проекции скорости среды на направлении распространени  ультразвука.

Частоты f и сигналов,прин тых и преобразованных преобразовател ми в электрическое напр жение, соответственно равны:

, U)

. . - .

где f V, частота изл чаемого в данный момент времени ультразвука ,

К - коэффициент пропорциональности , равный скорости изменени  частоты генератора 1.

Оба колебани  суммируютс  на входе усилител  6. Из-за биений между комбинаци ми сигнал на выходе усилител  б  вл етс  синусоидальньп- электрическим колебанием частоты, ч , амплитуда которого измен етс - от минимума (равного нулю, если оба сигнала одинаковой амплитуды) до максимума с частотой fi п -Этот сигнал поступает н один вход смесител  7, на другой вход которого подаетс  сигнал генератора 1 с частотой If, . Вследствие биений между сигналами частот fy, и модуль суммарного сигнала претерпевает двойные изменени  от минимума до максимума:

низкочастотные с частотой:

. высокочастотные с частотой;

. а

в действительности излучаютс  и принимаютс  не непрерывные колебани  а вырезанные из него пачки импульсов Однако это обсто тельство вли ни  не оказывает, если частота подключени  коммутатора значительно больше Fg . : Из .формул Ij и 2 вытекают следующие зависимости (с погрешностью пор дка ) :

.TB;

FB

(4)

2К.Ь

Claims (2)

1. где Tg , TH - периоды высокочастотных и низкочастотных биений соответствейно . Па выходах Смесител  7, состо щего в простейшем случае из суммато , ра и -амплитудного детектора, выдел етс  Сигнал, содержащий частоты fв и . Сигнал с частотой F выде .л етс  фильтром 8 высокой частоты и ; через преобразователь период-напр }::ение 9 поступает на индикатор 10 скорости ультразвука в среде. Сигнал с частотой f выдел етс  фильтром 11 низкой частоты и поступает на селектор 12. С каждым периодом высокочастотных биений запускаетс  генератор 13, выifабатывающий импульсы стабильной длительности и амплитуды. Под воздействи ем сигналов с выходов фильтра 11 низкой частоты и блока 2 управлени  селектор 12 пропускает на вход накопител  14 импульсы генератора 13 в течение времени, пропорционального заданному количеству периодов н изкочастотных биений Тц . Напр жение на выходе накопител  14, построенного, нап ример, на основе интегратора, пропдрционально произведению Ти FB Индикатор 15 скоростц движени  среды, выполненный в виде измерител  отношени  посто нных напр жений, например, логаметрическйй измерительный прибор, показывает отнс аание напр жени , пропорционального , к напр жению, пропорциональному Tj,Fa, т,в. может быть проградуирован в единицах скоростиi В случае измерени  в малопоглоцагащей среде ультразвуковые колебани  на рассто нии I незначительно ослабл ютс  и составл ют заметную часть излучаемых колебаний. Необходимость усилени  прин тых колебаний отпадает и коммутатор 3 посто нно подключает выход генератора 1 к преобразовател м 4 и 5. В остальном работа измерител  аналогична описанной выше. Измеритель подготавливаетс  к следующему циклу измерени  сбросом селек тора 12 и накопител  14 в исходное состо ние соответствующими сигналами блока 2 управлени . Формула изобретени  Ультразвуковой измеритель скорости движени  среды, содержащий генератор с пр молинейной модул цией частоты, св занный через коммутатор с электроакустическими преобразовател ми, лодключенную .к коммутатору последовательную из усилители, смесител , св занного втopы входом с генератором и фильтра низкой частоты, а также . блок управлени , соединенный с генератором и кокФ утатором, и индикаторы скорости устройства и скорости движени  среды, отличающийс  тем, что, с целью одновременного из-, мерени  скорости ультразвука в среде и повышени  точности, он снабжен последовательной цепью из фильтра высокой частоты и преобразовател  периоднапр жени , включенной между выходом смесител  и индикатором скорости ультразвука и вычислителем в виде последовательно соединенных ждущего генератора импульсов стабильной длительности и амплитуды, селектора и накопител , при этом выходы фильтров высокой и низкой частот. соответственно соединены с. входом запуска ждущего генератора и входом селектора, блок iVпpaвлeни  св зан с селектором и иакопителем , а индикатор скорости движени  , выполненный в виде измерител  отнс дени  посто нных-напр жений , включен между выходом вычислител  и индикатором скорости ультразвука в среде. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 134920, кл. G01 Р 5/00, 1959.
2. 2.Авторское свидетельство СССР 494693, кл. G01 Р 5/00, 1973 ( прототип.