Ультразвуковой способ измерения скоростипотока

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ оо 847205.Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытийОпубли кон аио 15,0 781 Ьюлветеиь М 26. Дата опубликования описания 150781) УЛЬТРАЗВУКОДОИ СПОС СКОРОСТИ ПОТОЕРЕНИЯ т Изобретение относится к. акустическим .измерениям и может быть использовано в различных отраслях народногохозяйства для измерения скорости пото"ка, в ультраэвуковых измерителяхскорости потока при контроле за ходом технологических процессов иуправления динамической скоростьюпотоковИзвестен ультразвуковой способ измерения скорости потока, основанныйна зондировании потока ультразвуковыми импульсными сигналами, один из которых излучают в направлении потока,а другой излучают против направления 15потока, причем скорость потока определяют по разности частот высокочас"отных колебаний, заполняющих зондирующие импульсы 11,Однако этот способ не может быть. 20использован для измерения скороститурбулентных потоков, содержащих газовые пузырьки и твердые частицы иэ"за быстрой и глубокой мультипликативной помехи., вызываемой потоком 25и приводящей к грубым погрешностямизмерения.НаиболЕе близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяультразвуковой способ измерения ско рости потока, основанный на зонди" ровании исследуемого потока ультра звуковыми импульсами, один из которых излучают в направлении потокаа другой - против направления потока, приеме прошедших через исследуемый поток импульсов и определении величи" ны скорости потока по разности величин, обратных полученным значениям времен задержек ультразвуковых импульсов, прошедших исследуемый поток в направлении потока и противнего 2.Однако .в данном способе быстроиэменяющееся затухание ультразвуко-, вых импульсов;в турбулентных потоках, содержащих твердые частицы и пузйрьки газов, приводит к быстрой мультипликативной помехе, которая вызывает срывы и грубые погрешности измерения, достигающие несколько сотен процентов от измеряемой скорости.Цельизобретения - увеличение точности измерений и обеспечение возможности измерений в турбулентных потоках, содержащих частицы твердых тел и газовые пузырьки.перед излучением несущую частотузондирующих ультразвуковых импульсовманипулируют по бинарному закону, параллельно спектр зондирующих импульсов предыскажают, затем прошедшиечерез исследуемый поток импульсы ипредыскаженные импульсы ограничиваютпо амплитуде и детектируют, причемпо каждому из направлений зондирования время задержки ультразвуковогоимпульса определяют по времени междулиниями симметрии принятого ультра-. Озвукового импульса и предыскаженногозондирующего импульса.На Фиг. 1 представлена упрощеннаяблок-схема устройства; реализующегопредлагаемый способ; иа Фиг. 2 15временные диаграммы,В блок-схему входят два идентичных обратимых электроакустическихпреобразователя 1 и 2, помещенныхв исследуемый поток, вектор скорости 20Ч которого составляет угол 4,с базой д между преобразователями 1 и 2,коммутатор 3 направления излучения,передатчик 4, состоящий, например,йз усилителя мощности 5, частотного 25модулятора б и блока 7 Формированияманипулирующих импульсов, приемник 8обнаружения сигналов, состоящий,например, иэ усилителя 9, пороговогоустройства 10 и ключа 11, фильтр 12предыскажения, аттенюатор 13.ограничитель 14, частотный детектор 15,формирователь 16 и арифметическоеустройство 17,Сущность предлагаемого способазаключается в том, что зондирующийсигнал О,- (с) (Фиг. 2) на выходепередатчика 4 Формируют бинарной манипуляцией несущего колебания . Манипуляцию осуществляют преобразованием,в .блоке 7 входного импульса 40О х (с) (Фиг, 2), поступающего иэарифметического устройства 17, вманипулирующие импульсы О Ь (с),Этими импульсами в частотном манипуляторе б манипулируют частоту несущего колебания таким образом, что домомента с, внутРи импУльса О 8 ьх 5(с)генерируется колебание с частотой1., а после момента сс. с частотой Спричем ау у - Е С Га где о - ячастота настройки электроакустических преобразователей 1 и 2. Выходной.импульс О , (с) передатчика 4 одновременно подводят к коммутатору 3 и,через Фильтр 12 и аттвнюатор 13,ковходу приемника 8, КомплекснаяФункция передачи Ки) фильтра 12установлена из условия Кц) К (3 щ)где К(1 е) = К 1 сс) комплекснйехарактеристики передачи электроакустических преобразователей 1 и 2. Поэтому линия симметрии выходного импульса Оы (с) Фильтра 12 претерпевает задержку аСравную суммарнойпараэитной задержке зондирующеГо сигнала в электроакустических преобразователях 1 и 2, Импульс О (с)Ььхтенюаторе 13 ослабляют до уровняне перегружающего приемник 8,пропУскают через усилитель 9, ограничитель 14 с уровнем ограничения Оо (фиг, 2), ключ 1.1, который замыкается выходным импульсом порогового устройства 10 с порогом обнаруЖения Ос 1 при превышении сигналом порога О а также черезчастотный детектор 15, линия симметрии выходного импульса О,х,С (с) которого пересекает ось вращения в момент с, +ьЮ,Ультразвуковой зондирующий сигнал, прошедший через исследуемый поток за время ь(фиг. 2) пропускают через цепи приемника 8 аналогичным способом. Энергию зондирующего ультразвукового импульса устанавливают такой,чтобы при работе с потоком, содержащим твердые частицы или газовые пузырьки, а также с турбулентным потоком, приводящих к флуктуациям ам-. плитуды принимаемого импульса, амплитуда принимаемого импульса У 1 на входе блока 14 превышала порог ОО, т.е. Ос ) Оо с заданной вероятностью. При этом линия симметрии принятого импульса на выходе частотного детектора 15 пересекает ось времени в момент с независимо от величины амплитуды принятого импульса (фиг. 2), а временной интервал между осями симметрии предыскаженного зондирующего импульса и принятого импульса с - (с. - Ь ) 7 т,е. Равен задержйе ультразвукового импульса в исследуемом потоке, причем величина ,не зависит от затухания зондирующего ультразвукового импульса в потоке. Этимобеспечена возможность измерений в турбулентных потоках, содержащих частицы твердых тел и газовые пузырьки.Величинуизмеряют и запоминают в арифметическом устройстве 17, работающем по алгоритму МЕК( - )Ч,1 ЭЗ где М - выходная величинаарифметического уст.Ройства 17; К - постоянный коэффициент.СФчс:э 4, задержка ультразвукового сигнала в потоке при излучении в направлении потока; с - скорость ультразвука в потоке; Ч - измеряемая скоростьпотока ьъ = - эадержйа ультразву- Ъ С-(соЫ. нового сигнала в потоке при излучении против направления потока. Коммутацию направления излучения осуществляют с помощью коммутатсрь847205 Формула изобретения Ультразвуковой способ измерения скорости потока, основанный на зон дировании исследуемого потока ультразвуковыми импульсами,.один иэ которых излучают в направлении потока, .а другой - против направления потока, приеме прошедших через .исследуемый поток импульсов и определении велиуправляемого арифметическим устройством 17,В предлагаемом способе величины ь и ьз измеряются без пдгрешностей, связанных с параэитной задержкой Ьь зондирующего импульса в электроакустических преобразователях 1 и 2. Этим увеличена точность измерений.Предложенный способ может найти . применение в ультразвуковых измери- . телях скорости потока и расхода в системах автоматического контрсля со.- стояния и управления системы подвода жидкого горючего энергетических установок летательных аппаратов. чины скорости потока по разностивеличин, обратных полученным значениям:времен задержек ультразвуковых,импульсов, прошедших исследуемый поток в направлении потока и противнего, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью увеличения точности измерений, перед излучением несущуючастоту зондирующих ультразвуко-вых импульсов манипулируют по бинар"ному закону, параллельно спектр зон- ..дирующих импульсов предыскажают, за-.тем прошедшие через исследуемый поток импульсы и.предыскаженные импульсы ограничивают по амплитуде и детектируют, причем по каждому иэ на 5 правлений зондирования время задержкиультразвукового импульса определяютпо времени между линиями симметриипринятого ультразвуковогоимпульса ипредыскаженного зондирующего импульсаИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРР 162335, кл. С 01 Г 1/66, 1963.2. Патент ФРГ М 2431346,кл, С 01 Р 5/00, 1976 (прототип),847205 г Составитель Н, Бурбело ерсиянцева Техред Э,чужих Корректор С, ше аФилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна едактор О, акаэ 5478/ 0 Тйраж 907 ВНИИПИ Государствен по делам изобрет 113035, Москва, Ж, Подписноего комитета СССРий и открытийушская наб д. 4