Ультразвуковой измеритель скорости движения среды

Союз Соаетскик Социалистических РеспубликОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ п 1792077 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 16,0977 (21) 252 б 217/18-10с присоединением заявки Мо -(51)М К 3 601 Г 1/бб Государственный комитет СССР по делан изобретений и открытий(72) Автор изобретения В,А. Сукацкас Каунасский политехнический институтим, Антанаса Снечкуса(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ СРЕДЫ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использованодля одновременного измерения скоростидвижения среды и скорости ультразвука в ней или параметра, зависящего 5от скорости ультразвука: температура, давление.Известен импульсный ультразвуковойтермоанемометр, в котором измерениескорости потока производится по изме- Орению разности частот импульсно-модулированных ультразвуковых колебаний,распространяющихся в двух противоположных направлениях в замкнутой динамической системе устройства 1. 15Он позволяет измерять скоростьультразвука в среде и скорость движения среды, однако на точность измерения влияют как неидентичность и нестабильность обоих электрических каналов, так и нестабильности переднихи задних фронтов импульсов, а такжеблюктуаций, поскольку среда зондируется по обоим направлениям в разныхточках и необязательно однс 1 временно. 5Известен цифровой ультразвуковойизмеритель скорости движения середы,содержащий приемопередающие элементы,размещенные на противоположных стенках канала под углом к направлению 10 движения потока, усилитель, смеси- тель, фильтр низких частот, формирователь, управляемый электронный счетчик импульсов, а также генератор качающейся частоты с модуляцией по пилообразному закону, соединенный по высокочастотному выходу с входом коммутатора направлений, выходы которого подключены к излучающему и приемному элементам и входам смесителя, при этом выход коммутатора направлений соединен через усилитель с другим входом смесителя,подключенного по входу через Фильтр низких частот к входу схемы выделения измерительного периода, низкочастотный выход генератора качающейся частоты соединен через формирователь с входами коммутатора направлений, входом схемы выделения измерительного периода и входом схемы управления счетчиком импульсов, выходы которой "Счет", "Старт" и "Стоп" соединены с соответствующими входами управляемого счетчика, а выход генератора качающейся частоты подключен к одному из входов схемы выделения измерительного периода (,2С помощью этого измерителя измеряется только один параметр: скоростьсреды. Кроме того, среда зон,цируетсяв каждом направлении в разное время,а величина быстрых флуктуаций .скорости движения среды или скорости ультразвука в среде не компенсируются,.что вносит погрешность измерения.ЬЦель изобретения - одновременноемерение скорости ультразвука в среде и повышение точности.Укаэанная цель достигается тем,чтоультразвуковой измеритель скоростидвижения среды снабжен последовательной цепью из Фильтра высокой частотыи преобразователя период-напряжение,включенной между выходом смесителяи индикатором скорости ультразвука всреде и вычислителем. в виде последовательно соединенных ждущего геунератора импульсов стабильной длительности и амплитуды, селектораи накопителя, при, этом выходыФильтров высокой и .низкой частот р)соответственно соединенных с входомзапуска ждущего генератора и входомселектора, блок управления связи сселектором и накопителем, а индикаторскорости движения среды, выполненныйв виде измерителя отношения постоянных напряжений, включен между выходомвычислителя и йндикатором скоростиультразвука в среде.На чертеже изображена структурнаясхема измерителя.Генератор 1 высокочастотного напряжения с прямолинейной модуляцией, частоты с блоком управления 2 подключен к одному из входов коммутатора 3,к среднему контакту которого подключены электроакустические преобразователи 4 и 5, расположенные на расстоянии Ь . Другой вход коммутатора 3через усилитель б соединен с входомсмесителя 7, а другой вход смесителя 7 соединен с генератором 1. К выходу смесителя. подключена последовательная цепь из фильтра высокой частоты 8 и.преобразователя период-напРяжение 9, к выходу которой присоединен индикатор 10 скорости ультразвука в среде.К выходу смесителя через фильтр11 низкой частотЫ 11 подключен селектор 12 вычислителя, выполненного ввиде последовательно соединенных ждущего генератора 13 импульсов стабильной длительности и амплитуды, селектора 12 и накопителя 14. Выход фильтра 8 соединен также с входом запускагенератора 13, а выход вычислителячерез индикатор 15 скорости движениясреды - с индикатором 10 скоростиультразвука. Блок 2 управления связанс генератором 1,коммутатором 3 и бло-,ками 12 и 14 вычисллителя. 60Измеритель работает следующим:образом,Напряжение генератора 1, частотакоторого под воздействием блока 2 уп-Равления изменяется по прямолинейно- у 5 му закону, поступает, на один из входов коммутатора ЗКоммутатор 3 сигналом с блока управления периодически подключает электроакустическиепреобразователи 4 и 5 к выходу генератора 1 (на время, меньшее временипробега ультразвука расстояния 4) иливыходу усилителя б. Ультразвуковыеволны излучаются преобразователями внаправлении одна к другой и достигаетих с задержками Т и Т 2 равными,- Т- (1)где, С - скорость ультразвука в неподвижной среде,Ч - проекции скорости среды нанаправлении распространенияультразвука.Частоты Х и 12 обоих сигналов, принятых и преобразованных преобразователями в электрическое напряжение,соответственно равны:(1-КТ 11; 12 1 Ц-КТ 21где 1 - частота излучаемого в данИный момент времени ультразвука,К . - коэффициент пропорциональности, равный скоростиизменения частоты генератора 1,Оба колебания суммируются на входе усилителя б. Из-за биений междукомбинациями сигнал на выходе усилителя б является синусоидальным, электрическим колебанием частотыамплитуда которого изменяется от минимума (равного нули, если оба сигнала одинаковой амплитуды) до максимума с частотой 1 - 12 = Гп .,этотсигнал поступает на один вход смесителя 7, на другой вход которого подается сигнал генератора 1 с частотой , Вследствие биений между сигаалама частот тл а -а-т - модуль+Ысуммарного сигнала претерпевает двойные изменения от минимума до максимума:низкочастотные с частотой",У- =г,высокочастотные с частотой,Ыф 2 ЬВ действительности излучаются ипринимаются не непрерывные колебанияа вырезанные из него пачки импульсов.Однако это обстоятельство влияния неоказывает, если частота подключениякоммутатора значительно больше 18,Из Формул 1 и 23 вытекают следующие зависимости (с погрешностьюпорядка М 2/с)К 1792077 формула изобретения ВНИИПИ Заказ 9417/4 Тираж 801 Подписно где Тв, Тн - периоды высокочастотных и низкочастотных биений соответствейно,Па выходах смесителя 7, состоящего в простейшем случае из сумматора и амплитудного детектора, выгеляется сигнал, содержащий частоты эи 9 Н . Сигнал с частотой Гз выделяется фильтром 8 высокой частоты ичерез преобразователь период-напряжение 9 поступает на индикатор 10скорости ультразвука в среде. Сигналс частотой Гн выделяется фильтром 11низкой частоты и поступает на селектор 12.С каждым периодом высокочастотныхбиений запускается генератор 13, выРабатывающий импульсы стабильной дли-,тельности и амплитуды. Под воздействием сигналов с выходов Фильтра 11 низкой частоты и блока 2 управления селектор 12 пропускает на вход накопи- щтеля 14 импульсы генератора 13 в течение времени, пропорционального заданному количеству периодов низкочастотных биений ТН . НаПряжение на выходе накопителя 14, построенного, например,. на основе интегратора, пропорционально произведению Тн вИндикатор 15 скорости движения среды, выполненный в виде измерителя отношенияпостоянных напряжений, например, логаметрический измерительный прибор, 30показывает отношение напряжения, пропорционального С, к напряжению, пропорциональному ТГ, т.е. может бытьпроградуирован в единицах скорости.В случае измерения в малопоглощающей.среде ультразвуковые колебанияна расстоянии Ь незначительно ослабляются и составляют заметную частьизлучаемых колебаний. Необходимостьусиления принятых колебаний отпадает фи коммутатор 3 постоянно подключаетвыход генератора 1 к преобразователям4 и 5. В остальном работа измерителяаналогична описанной выше.Измеритель подготавливается к следукщему циклу измерения сбросом селек Х тора 12 и накопителя 14 в исходноесостояние соответствующими сигналами блока 2 управления. Ультразвуковой измеритель скоростидвижения среды, содержащий генераторс прямолинейной модуляцией частоты,связанный через коммутатор с электроакустическими преобразователямиподключенную,к коммутатору последовательную цепь из усилителя, смесителя, связанного вторым входом с генератороми фильтра низкой частоты, а такжеблок управления, Соединенный с генератором и коммутатором, и индикаторыскорости устройства и скорости движения среды, о т л.и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью одновременного из-.мерения скорости ультразвука в средеи повышения точности, он снабжен последовательной цепью из Фильтра высокой частоты и преобразователя периоднапряжения, включенной между выходомсмесителя и индикатором скорости ультразвука и вычислителем в виде последовательно соединенных ждущего генератора импульсов стабильной длительности и амплитуды, селектора и накопителя, при этом выходы фильтров высокой и низкой частот. соответственносоединены с входом запуска ждущегогенератора и входом селектора, блок,.управления связан с селектором и иакопителем, а индикатор скорости движения седы, выполненный в виде измерителя отношения постоянных напряжений, включен между выходом вычислителя и индикатором скорости ультразвукав среде.Источники информации,.принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 134920, кл. 6 01 Р 5/00, 1959.2. Авторское свидетельство СССР9 494693, кл. 001 Р 5/00, 1973