Цифровой ультразвуковой измеритель скорости движения воды

ОПИСАНИЕРеспуслкв К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ полнцтельное к авт. св(22) Заявлено 29,03;73 (21) 189807618-1 Ос присоединением заявки -(23) Приоритет -сударственкый комн света Мнннстров во делам нзебрен аткрытмй 75. Бюллетень М публиковано 05. та опуолцкозанця списания 09.08.7 б 2) Автг изоб(54) ЦИФРОВОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ВОДЬИзооретецие относится к техноке цзмсосния скорости движения жидких сред с помощью ультразвука и может, найти прцьмененце при измерениях скорости движения воды з открытых упорядочецных руслах.Известны измерители скорости движения воды, содержащие приемно-передающие элементы, размещенные на противоположных стенках канала под некоторым углом к напразленцю движения потока, усилитель. смеситель, фильтр низких частот, формирователь, генератор заполняющих цмпульсоз и управляемый электронный счетццк импульсов. Однако известные измерители скорости движения жидкости при цх ислользозаццц для измерений з загрязненных открытых руслах имеют низкую точность и малую надежность из-за зцачительных колебаний амплитуд принимаемых импульсов.Цель цзооретения - повышение точности измерений и надежности. Это достигается благодаря тому, что устройстзо содержит генератор качаюцейся частоты с модуляцией по пилообразному закону, соедпненныи по высокочастотному выходу со зходом ззедечного в устройство коммутатора направлении, коммутируемые,выходы,которого подключеныы к излучающему и приемному злементам, и входом смесителя, при зтом выход коммутатора направлений соединен церсз тель с другим входом смесителя, подключенного по выходу через фильтр низких частот ко входу схемы выделения,измерительного периода, низкочастотный выход генератора качающейся частоты соединен через формирозатель со,входом коммутатора направлений, входом схемы выделения измерительного периода и входом схемы управления счетчиком импульсов, выходы которой счет, 0 старт и стоп соединены с соответствующими входами управляемого счетчика, а выход генератора качающейся частоты подключен,к одному из входов схемы зыделеция измерительного периода,На фиг. 1 представлена функциональчаясхема предлагаемого измерителя. Оча состоит,из генератора качающейся частоты 1, .соединенного по высокочастотному выходу со входами смесителя 2 и коммутатора цаправ лений 3, коммутируемые выходы которогоподключены к излучающему и приемному злементам 4, а выход его соединен через усплитель 5 с другим входом смесителя 2, зь 1- ход которого через фильтр низких частот 5 5 подключен ко входу схемы А - выделенияизмерительного периода. Кроме того, по низкочастотному выходу (выход пилообразного напряжения) генератор качающейся частоты 1 через формирователь 7, формирующий ко роткий импульс в ьмомент излома пилообраз(2) где ЛЕ ного цаттряжецця, соединен со входом коммутатора на.травлений 8, зходом схемы А ьд"леция измерительного периода, входом схемы Б управления счетчиком 8, выходы которот счет, старт,стоп сосдцнецы с: собтзетствутощихц входами управляемого счетчика импульсов 8, а Выход гетератора заполняющей частоты подключен к одтюму цз входов схемы А. Причем схема А состоит 1 з двух триггеров 9 и 10, двух схем И 11 и 12 и одной схемы И - НЕ И, а схема Б состоит из триггера 14, реверсивного "чстч цка 5, схемы И 1 б, схемы НЕ: 17, схемы формирования 18 и генератора заполце:1 ця 19.Пр 1:цип работы предлагаемого измерителя основан ца том, что ло направлению движсция потока и против излутаются и принимаются частотно-модулированные по пцлоооразному закону ультразвуковые ко тебация, по каждому из направлений определя;отся частоты биений между излучекными ц принятым;. колебаниями, а скорость движения исследуемой жидкости определяется через раз:ость периодов биений,На фи,", 2 сплошной линией показан закон изменения частоты излучаемого сигнала Г, а штрихо 1 вой - принимаемого Г который сдзццут относительно излучаемого сигнала ца время Т, равное времени распрострацетия ультразвуковых колебаний от излучателя до п 1 з 1 емцика, При схешеттии излучаемого и принимаемого сигналов легко можно выделить частоты биений, периоды, которых равныпри излучении по направлецию движения потока пр 1 и излу;еции против дзцжвция потока максимальное откло;ение частоты от средего значения 1.0 (девиация частоты);частота ц пср:тод модуляции стлгнала (частота и т:ерцод пилообразного напряжения);базовое расстояние между излучающим и приемным элементами; скорость звука в цсследуемой жидкости;скорость движения жидкости. Скорость движения исследуемой жидкости о;зт быть определеча через разность периодов биений по следующей формуле: где 1 - угол между направлением двцже. 5 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 ния,потока и направлением распространения сигналов.Как видно из формулы (3) величина созершегно не зависит от С - скорости звука з исследуемой жидкостиа зависит от внутренних параметров устройства ХЕ и что дает возможность осуществлять измерен:тя с зысокой точностью, прц больши.; значениях 1, (например, Х, =1 -- :О .11) цезавцС 11 мо От степени загрязнениякак раоочую частоту можно Выорать В 111 ацазоне, где затухание ультразвука относительно мало. Скорость движения жидкости, согласно формуле (3), пропорциональна разности периодов оиеццй, которая выделяется с лО мощью реш а то щет С хек ы, а зсл цц 1 ц а скорости получается путем насчета числа заполцяющц. .огпульсоз за Ввемя (Т;, - 7 ). Прцче:1 ед;тица измерения Ооростт Определяется подбором частоты заполня 1 ощих импульсоз, девиации частоты Л 1. Или частоты модуляции 1, для разлц цтых значений 1Йзмеритель работает следующим образом.Частота генератора качающейся частоты 1, промодулированная пилообразно, подается на вход коммутатора направлений , который осуществляет периодическое переключение направления излучения с удвоенной частотой модахляции, путем переключения злъчающего и приемного элементов 4 и однозремеццо ца олин из входов смесителя 2. Излучецный сигнал, пройдя сквозь среду, принтгмается лриемцым элементом и через коммутатор направления поступает на вход усилителя 5, зыхода которого подается на второй вход смесителя 2. После смешения излученного и принятого сигналов в смесителе выделяется частота биений, которая через фильтр низких частот б постуттает ца вход схемы Л - выде,ецля измерительного периода. Работает она следующим образом.Б момент начала пиль через формирователь 7 на триггеры 9 и 10 поступает ттхтпу 1 ьс сбпоса, устацазливаютций их в исходное состояние (как,показано на фиг, 2). Первый импульс с выхода фильтра б, проходя через схему И - НЕ 18, идет на счетный вход триггера 9 ц опрокидывает его. Следующий .лмпульс переводит триггер 9 в исходное состояние, прои этом тригге 11 10 Олрокидывается и потенциалы с тоиггеров 9 ц 10 открывают схему И - 12, и частота (например, 12 ЬРили 10 лгт 4 при -- " - = 10" где и - цесоз 6лое число) с выхода генератора 19 поступает на вход реверсивного счетчика 15, включенного в этот момент ца суммирование,потенциалом с управляющего триггера 14, который запускается импульсами от формирователя 7. Третий импульс, приходящий на счетный вход триггера 9, Вновь опрокидывает его, схема 12 закрьйается, прекращается счет заполняющих импульсов, а схема 11 открывается и своим выходным потенциалом запирает схему 13. В таком состоя:-.:Ец схема А остается до прихода дем 11 ульса сброса. При приходе импульса сброса работа схемы А процсходе 1 т аналогЕчцо, ю прея этсм счетчик 15 включается ца вычитание потенциалом с триггера 14 и при проходе нулевого Сосояния вьдает через снеу 16 стартовы;"1 импульс,для запуска управляемого электронного счетчика импульсов 8, на счетный вход оторого одновременно поступает число е 1 М- пульсов со схемы 12, равное разцост.: (Т;,. - Тб - ). Импульсы сороса реверсивного счетчика и старта формируются схемой 7 прои переходе управляющего триггера 14 11 положение суимцровае 1 ия, а схема И- И необходима, чтобы предотвратить попадание сипцала старта на вход управчяемого сетчика В при сбросе реверсивного счетчика 15,Для соблюдения правильной очередно тц заетисц еизмерительных периодоз в реверсцзцый счетчик Б, предусмотрена схема фазпровапия 18, которая выдает дополнцтель:1 ый 1 11 мг 1 ульс ца счетный вход управляющего тр; "- гера И, при отсутствии импульса старта;. Сброс в управляеемом счетчике импульсов 8 лроцсходит автоматически.Предмет изобретенияЦифровой ультразвуковой измеритель скорости движения воды, содержащий приемпопсреда 1 ощие элемецть 1, размещаемые на противоположных стенках капала под некоторым углом к цаправлени 1 о движения потока, усп:Тель, смесцтель, фильтр низких частот, 5 ф-рм:1 рователь, управляемый электронныйсчетче 1 х,е 1 мпульсов, о т л ц ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точностп цзмере:1 цй и надежности, он содержит генератор качающейся частоты с модуляцией по пцлоооразноему закону, соединенный по высокочастотному выходу со входом введенного в устройство коммутатора напра вле;Пй, коммутируемые вь 1 ходь 1 которого подклочены и ц 3,1 уающсму и приемному элементам, и входам смесителя, прц этсем выход коммутатора направлений соедице;1 через усилцтель с дмг.1 М входо 1 смесителя, подключенного .-1 о выходу через ф:Елыр низких частот ко входу схемы выделед.ця:1 змепительного периода, ннзкочас - тотный выход генератора качающейся частоты соединен через формирователь со входом коммутатора направлений, входом схемы выделен 11 я цзмереительного периода п входом 25 схемы управления счетче 1 ком импульсоз, зы.ходы которой счет, сстарт ц стоп соедце:.С 1 ь; с соответствующими входамц у:Еравляемого счетчика, а выход генератора качающей- ЗО ся частоты подключен к одному цз входовсхемы выделения измерительного периода.Сс:тзвитель В. Пирогов Тскред А. пачьшинков Ре"акто . 1 ор;,ектор И. Скмкин Филипггова Заказ 901ЦНИИПИ Го Тираж 902вета Министткрытийб., д. 4/5 Тип. Харьк. фил. пред. Патент 1 Ьд. М 144дарственного комитета Спо делам изобретений иосква, Ж, Раушская н ПодписноеСССР