Ультразвуковой расходомер

(1 Э) ЮУ (1 Ц 200394 (Я) Б 001 Р 1 66 001 фПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ К ПАТЕ ретения: расходомер содержит ге шума, генератор гармонических к пятор, первый усилитель, излучатель, мент, второй усилитель, блок ре держка первый и второй фазовра первый и второй корреляторы, и квадраторы, сумматор и блок извл ного корня 2 ип. Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(76) Дикарев Виктор Иванович; Федоров ВалентинВасильевич; Шипим Иван Тимофеевич(57) Использование: устройство относится к приборостроению и предназначено дпя измерения расхода жидких и газообразных сред. Сущность изобнератор белого олебаний, моду- приемный элегулируемой защатели на 90 ервый и второй ечения квадрат 2003944Изобретение относится к приборостроению и предназначено для измерения жидких и газообразных средств.Наиболее близким к изобретению является ультразвуковой допплеровский расходомер, содержащий генератор белого шума,модулятор, генератор гармонических колебаний, первый и второй усилители, излучатель, приемный элемент, блок задержки и .коррелятор,.10Характерной особенностью указанногорасходомера являются ограничения по диа-;пазону измерения, которые возникают при фбольших скоростях движения частиц, когдаих перемещение эа период излучения-приема больше чем четверть длины волны,При этом может возникать неоднозначность выходных данных, соответствующаявысокочастотному заполнению автокорреляционной функции. 20Вф) = А ехр (- В 1 -- (т, - г,Я х2 нссх соз Й 2 о ( - (Tе тз)32 ч 1сгде А - амплитуда сигнала; 25В - ширина полосы прапускания приемоизлучающего элемента;ч - средняя скорость движения частиц;с - скорость света;г, - время распространения сигнала от 30излучения до приема;гз - время задержки;аъ - центральная частота излучения,Если регулируемая задержка подобрана таким образом, что те =т то выходной сигнал коррелятора будет изменяться всоответствии с кривой в аиде низкочастотного колебания с частотой Допплера и амплитудой, убывающей по закону огибающей,Поэтому необходимо соблюдать условие/ соз (Й)е - (те з= 112 чтскоторое выполняется при2 чт 45ве -- (т - т, = 2 лк,где К = 0,1,2,Указанный недостаток можно устранить при квадратурной обработке излучаемого и принимаемого сигналов, что и 50сделано в предлагаемом устройстве,Целью изобретения является повышение точности измерения.Цель достигается тем, что в устройствовведены первый и второй фазовращателина 90, второй коррелятор, первый и второйквадраторы, сумматор и блок извлеченияквадратного корня, причем к выходу второго усилителя последовательно подключены первый фазовращатель на 90, второй коррелятор, второй вход которого через второйфазовращатель на 90 соединен с выходомблока регулируемой задержки, второй квадратор, сумматор, второй вход которого через первый квадратор соединен с выходомпервого коррелятора, и блок извлеченияквадратного корня,Структурная схема устройства представлена на фиг.1; вид автокорреляционнойфункции представлен на фиг.2.Ультразвуковой расходомер содержитгенератор 1 белого шума, генератор 2 гармонического колебания, модулятор 3, первый усилитель 4, излучатель 5, трубопровод6, приемный элемент 7, второй усилитель 8,блок 9 регулируемой задержки, первый 10 ивторой 11 фазовращатели на 90 О, первый 12и второй 13 корреляторы, первый 14 и второй 15 квадраторы, сумматор 16 и блок 17извлечения квадратного корня, Причем квыходу генератора 1 белого шума последовательно подключены модулятор 3, второйвход которого соединен с выходом генератора 2 гармонического колебания, усилитель 4 и излучатель 5, К выходу приемногоэлемента 7 последовательно подключены .усилитель 8, коррелятор 12, второй вход которого через блок 9 регулируемой задержкисоединен с выходом модулятора 3, квадратор 14, сумматор 16 и блок .17 извлеченияквадратного корня. К выходу блока 9 регулируемой задержки последовательно подключены фазовращатель 11 на 90, коррелятор13, второй вход которого через фазовращатель 10 на 90 соединен с выходом усилителя 8, и квадратор 15, выход которогосоединен с вторым входом сумматора 16.Ультразвуковой расходомер работаетследующим образом.С выходов генераторов 1 белого шума и2 гармонического колебания на два входамодулятора 3 поступает напряжение, соответственно:О,и - Ч(т) соз в,л+ дъ3,Щт) "% соз ею+ срс 1, (1)где Чш(1), Ъ (1) - случайные огибающая ифаза белого шума;а - круговая частота, соответствующая центру белого шума;чс, мс, рс - амплитуда, несущая частота и начальная фаза гармонического колебания.В модуляторе 3 осуществляется амплитудная модуляция гармонического колебания белым шумом. На его выходеобразуется напряжениеа(т) - Чс(1+ Оо соз (ад+ сро), (2)которое через усилитель 4 и излучатель 5 поступает в движущуюся среду, Отражаясь от движущихся частиц, акустический сигнал поступает на вход приемного элемента 7,Ь(1) Аа (1+ - ) 1- те)2 Ч(3сгде Ч - скорость движения частиц;с - скорость света;та - время распространения акустического сигнала от излучения до приема.Уравнение(3) показывает, что принятый сигнал соответетвует по форме излученному, но задержанному в акустическом канал е. Од но времен но с эти м излучае мы й сигнал а(т) задерживается блоком 9 регулируемой задержки на время гъ.б(1) =а(т-Гз). (4) , Сигналы в(т) и о(т) одновременно поступают на два входа коррелятора 12 и через фазовращатепи 10 и 12 на 90 на два входа коррелятора 13, На выходах корреляторов 12 и 13 образуются напряженияВф) = А ехр (- В1 - Ге - тэ)В х2 Чх сов ао ( - 1 - (е гз2 Чйг(т) - А ехр ( - В1 - (хе - гз)И х2 Чх эмап Оо ( 1 - (ге - тз2 Ч(5)которые поступают на входы квадраторов 14 и 15 соответственно, На выходах последних образуются напряжения:Формула изобретенияУЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий последовательно включенные генератор белого шума, модулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора гармонического колебания, первый усилитель и излучатель, а также последовательно включенные приемный элемент, второй усилитель и первый коррелятор, ;второй вход которого через блок регулируемой задержки соединен с выходом модулятора, отличающийся тем, что, с целью поюышения точности измерения, в него В 1 Ъ)-А ехр (- Вс - (ге - тз хх сов шо ( 1 (ге тз)5 г г 2 Ч 282 (с)=А ехр( - Вт - (те - гз)3 хх эп вз ( т - (те гз (6)которые поступают на два входа сумматора10 16. На выходе последнего образуется напряжегниерЯ(т) р 2 + р 2= А ехр(- Вт - (ге гз)В(7)2 Ч г15 Это напряжение поступает на вход блока 17извлечения квадратного корня, на выходекоторого образуется напряжениеВ(т) = А ехр ( - Вт - (те - гз)В (8)20 в котором отсутствует "высокочастотное заполнение", то есть отсутствует зависимостьот несущей частоты.Таким образом, предлагаемьй расходомер по сравнению с прототипом обеспечи 25 вает повышение точности измеренияскорости движущихся частиц в трубопроводе заданного диапазона.Это достигается автокорреляционнойквадратурной обработкой акустических сиг напав.(56) Хамидуллин В.К, Ультразвуковые контрольно-измерительные устройства и система, Л.: Машиностроение, 1989, с, 176, рис, 35 322введены первый и второй фазовращатели, второй коррелятор, первый и второй квадраторы, сумматор и блок извлечения квад 40 ратного корня, причем к выходу второгоусилителя последовательно подключены первый фазовращатель, второй коррелятор, второй вход которого через второй фазовращатель соединен с выходом блока45 регулируемой задержки, второй квадратор,сумматор, второй вход которого через первый квадратор соединен с выходом первого коррелятора, и блок извлеченияквадратного корня.50,2003944 Фиг. ЯСоставитель В. Дикарев актор Т. Лошкарева Техред М.Моргентал орректор М. СамборскаЪ Заказ 3321 Тираж Подписн НПО "Поиск" Роспатента 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5