[go: up one dir, main page]

EA043606B1 - IMPROVED TOF FLOWMETER WITH SOUND SIGNAL BEAM FORMATION - Google Patents

IMPROVED TOF FLOWMETER WITH SOUND SIGNAL BEAM FORMATION Download PDF

Info

Publication number
EA043606B1
EA043606B1 EA201891250 EA043606B1 EA 043606 B1 EA043606 B1 EA 043606B1 EA 201891250 EA201891250 EA 201891250 EA 043606 B1 EA043606 B1 EA 043606B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
signal
measuring
response
transducer
piezoelectric
Prior art date
Application number
EA201891250
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Томас Вернер ХИС
Юрген Хайнц-Фридрих СКРИПАЛЛЕ
Трун Дун ЛУОН
Клаус-Дитер ОЛЬ
Original Assignee
ГеВеЭф МЕСЗЮСТЕМЕ АГ
Filing date
Publication date
Application filed by ГеВеЭф МЕСЗЮСТЕМЕ АГ filed Critical ГеВеЭф МЕСЗЮСТЕМЕ АГ
Publication of EA043606B1 publication Critical patent/EA043606B1/en

Links

Abstract

Предложены способ и соответствующее устройство для определения скорости потока в трубопроводе для текучей среды. Трубопровод для текучей среды снабжен первым, вторым и третьим ультразвуковыми измерительными преобразователями, при этом соответствующие линии соединения между измерительными преобразователями проходят за пределами оси симметрии трубопровода для текучей среды. Первый и второй измерительные сигналы подают на первый ультразвуковой измерительный преобразователь и принимают на втором и третьем ультразвуковых измерительных преобразователях соответственно. Измерительные сигналы содержат соответствующую обращенную по времени часть сигнала отклика. Соответствующие первый и второй сигналы отклика измеряют, и скорость потока получают по меньшей мере из одного из первого и второго сигналов отклика.A method and corresponding device for determining the flow velocity in a fluid pipeline are proposed. The fluid pipeline is equipped with first, second, and third ultrasonic measuring transducers, wherein the corresponding connecting lines between the measuring transducers extend outside the axis of symmetry of the fluid pipeline. The first and second measuring signals are supplied to the first ultrasonic measuring transducer and received by the second and third ultrasonic measuring transducers, respectively. The measuring signals comprise a corresponding time-reversed portion of the response signal. The corresponding first and second response signals are measured, and the flow velocity is obtained from at least one of the first and second response signals.

Description

Настоящее изобретение относится к расходомерам, и в частности к времяпролетным ультразвуковым расходомерам.The present invention relates to flow meters, and in particular to time-of-flight ultrasonic flow meters.

Различные типы расходомеров в настоящее время используются для измерения объемного расхода текучей среды, такой как жидкость или газ, через трубу. Ультразвуковые расходомеры представляют собой либо доплеровские расходомеры, в которых применяется акустический эффект Доплера, либо времяпролетные расходомеры, иногда также называемые расходомерами на основе передаваемых сигналов, в которых применяется разность по времени распространения сигнала, вызванная относительным движением источника и среды. Время прохождения также называется временем пролета или временем транзита.Various types of flow meters are currently used to measure the volumetric flow rate of a fluid such as a liquid or gas through a pipe. Ultrasonic flow meters are either Doppler flow meters, which use the acoustic Doppler effect, or time-of-flight flow meters, sometimes also called transmitted signal flow meters, which use the difference in signal propagation time caused by the relative motion of the source and the medium. The transit time is also called the time of flight or transit time.

Времяпролетный ультразвуковой расходомер оценивает разность по времени распространения ультразвуковых импульсов, распространяющихся в направлении потока и против него. Ультразвуковые расходомеры предусмотрены как встроенные расходомеры, также известные как погружные или помещаемые в текучую среду расходомеры, или как закрепляемые расходомеры, также известные как непогружные расходомеры. К другим видам расходомеров относятся каналы Вентури, переливные пороги, радарные расходомеры, расходомеры Кориолиса, расходомеры, основанные на принципе дифференциального давления, магнитно-индуктивные расходомеры и другие типы расходомеров.A time-of-flight ultrasonic flow meter measures the difference in transit time between ultrasonic pulses traveling in the direction of and against the flow. Ultrasonic flow meters are available as in-line flow meters, also known as immersion or submersible flow meters, or as clamp-on flow meters, also known as non-immersible flow meters. Other types of flow meters include venturi, weir, radar, coriolis, differential pressure, magnetic inductive, and other flow meter types.

При наличии нестандартных профилей потока или открытых каналов, для определения средней скорости потока может быть необходимо более одного пути распространения. Среди прочего, процедуры многопутного распространения описаны в гидрометрических стандартах, таких как IEC 41 или EN ISO 6416. В качестве дополнительного применения ультразвуковые расходомеры также используются для определения профилей потока, например, с помощью акустического доплеровского измерителя течения (АДИТ). АДИТ также подходит для измерения скорости и выхода воды в реках и открытых водах.In the presence of non-standard flow profiles or open channels, more than one propagation path may be necessary to determine the average flow velocity. Among other things, multi-path propagation procedures are described in hydrometric standards such as IEC 41 or EN ISO 6416. As an additional application, ultrasonic flow meters are also used to determine flow profiles, for example with the Acoustic Doppler Current Meter (ADC). ADC is also suitable for measuring water velocity and discharge in rivers and open waters.

Цель настоящего изобретения заключается в предоставлении усовершенствованного времяпролетного расходомера и соответствующего реализуемого компьютером способа измерения средней скорости потока или профиля потока текучей среды в целом и, в частности, для жидкостей, таких как вода, или для газов.The object of the present invention is to provide an improved time-of-flight flowmeter and a corresponding computer-implemented method for measuring the average flow velocity or flow profile of a fluid in general and in particular for liquids such as water or for gases.

В устройстве измерения расхода согласно настоящему изобретению звуковые измерительные преобразователи, например, в виде пьезоэлектрических элементов, также известных как пьезоэлектрические измерительные преобразователи, используются для генерирования и для приема испытательного сигнала и измерительного сигнала.In the flow measuring device according to the present invention, sound measuring transducers, for example in the form of piezoelectric elements, also known as piezoelectric measuring transducers, are used to generate and receive a test signal and a measuring signal.

Альтернативные звукопередатчики содержат лазеры, которые вызывают вибрацию металлической мембраны или другой поглощающей свет поверхности, или электродинамические громкоговорители. Также можно создавать волны давления другими способами. Приемная сторона может также быть представлена другими средствами, которые отличаются от пьезоэлектрических измерительных преобразователей, но обнаруживают ультразвуковые волны.Alternative sound transmitters include lasers that vibrate a metal membrane or other light-absorbing surface, or electrodynamic loudspeakers. Pressure waves can also be generated in other ways. The receiving side can also be represented by other means that differ from piezoelectric transducers, but detect ultrasonic waves.

Хотя термин пьезоэлектрический измерительный преобразователь часто используется в настоящем описании, он обозначает также и другие измерительные преобразователи звуковых волн, которые создают или обнаруживают ультразвуковые волны.Although the term piezoelectric transducer is often used in this description, it also refers to other sound wave transducers that produce or detect ultrasonic waves.

Измерительный сигнал согласно настоящему изобретению может быть сформирован согласованным фильтром. Если импульс с резким пиком используется в качестве проверочного или испытательного сигнала, принятый сигнал на измерительном преобразователе представляет собой импульсный отклик трубопровода или канала текучей среды. Согласно настоящему изобретению инвертированная версия импульсного отклика по отношению ко времени отправляется обратно через тот же канал как измерительный сигнал либо в обратном направлении, либо в том же направлении. Это приводит к сигналу с пиком на начальном этапе, где был первоначальный источник, или к сигналу с пиком как на начальном приемнике соответственно.The measurement signal according to the present invention can be formed by a matched filter. If a pulse with a sharp peak is used as a test or verification signal, the received signal at the measuring transducer is the impulse response of the pipeline or channel of the fluid. According to the present invention, an inverted version of the impulse response with respect to time is sent back through the same channel as a measurement signal either in the opposite direction or in the same direction. This results in a signal with a peak at the initial stage, where the original source was, or a signal with a peak as at the initial receiver, respectively.

Инверсия по отношению ко времени может быть получена несколькими способами. При использовании аналоговых средств для записи сигнала отклика можно воспроизводить записанный сигнал отклика в обратном режиме. При использовании цифровых средств для записи дискретных значений сигнала отклика порядок записанных дискретных значений обращают для получения инвертированного сигнала. Этого можно достичь путем инвертирования значений временных отметок каждого записанного дискретного значения посредством умножения соответствующего значения времени на (-1). При воспроизведении согласно возрастающему порядку значений временных отметок записанные дискретные значения воспроизводят в обратном порядке. Другими словами, инвертированный сигнал отклика представляет собой записанный сигнал отклика, но воспроизводимый в обратном направлении.Inversion with respect to time can be achieved in several ways. When using analog means to record the response signal, the recorded response signal can be played back in reverse. When using digital means to record discrete values of the response signal, the order of the recorded discrete values is reversed to obtain an inverted signal. This can be achieved by inverting the time stamp values of each recorded discrete value by multiplying the corresponding time value by (-1). When playing back according to the ascending order of the time stamp values, the recorded discrete values are played back in reverse order. In other words, the inverted response signal is the recorded response signal, but played back in reverse.

Ультразвуковой расходомер согласно настоящему изобретению предусматривает свойство фокусировки путем использования упомянутого выше инвертированного сигнала или подобным образом сформированного сигнала для ультразвукового расходомера для образования сигнала отклика, который сосредоточен и в пространстве, и во времени. Это, в свою очередь, приводит к более высокой амплитуде на принимающем пьезоэлектрическом элементе и лучшему отношению сигнал/шум.The ultrasonic flow meter according to the present invention provides a focusing property by using the above-mentioned inverted signal or a similarly shaped signal for the ultrasonic flow meter to form a response signal that is concentrated both in space and in time. This, in turn, leads to a higher amplitude at the receiving piezoelectric element and a better signal-to-noise ratio.

Благодаря ультразвуковому расходомеру согласно настоящему изобретению свойства фокусировки и формирования луча могут быть получены при весьма обычных условиях. Например, свойство фокуси- 1 043606 ровки получают, даже когда только один ультразвуковой передатчик активирован и даже когда инвертированный сигнал понижен в сигнал, который лишь грубо оцифрован в диапазоне амплитуд, при достаточном разрешении по времени инвертированного сигнала. Кроме того, расходомер согласно настоящему изобретению может использоваться с накладными измерительными преобразователями, которые легко размещать на трубе и для которых не требуется внесение изменений в трубу.Thanks to the ultrasonic flowmeter according to the present invention, the focusing and beam forming properties can be obtained under very ordinary conditions. For example, the focusing property is obtained even when only one ultrasonic transmitter is activated and even when the inverted signal is reduced to a signal that is only roughly digitized in the amplitude range, with sufficient time resolution of the inverted signal. In addition, the flowmeter according to the present invention can be used with clamp-on measuring transducers that are easy to place on a pipe and for which no changes to the pipe are required.

В ультразвуковом расходомере согласно настоящему изобретению технические признаки, которые обеспечивают хорошее соединение и направленность накладных измерительных преобразователей, и для уменьшения рассеяния, могут не быть необходимыми, или, наоборот, их исключение может даже улучшить характеристику формирования луча. Чтобы обеспечить повышенное рассеяние, может быть выбран материал соединения, который приспособлен к показателю преломления жидкости или измерительным преобразователям, и могут быть использованы соединения измерительных преобразователей, которые обеспечивают больше волн сдвига.In the ultrasonic flowmeter according to the present invention, the technical features that ensure good connection and directionality of the clamp-on measuring transducers, and to reduce scattering, may not be necessary, or, on the contrary, their exclusion may even improve the beam forming characteristic. In order to ensure increased scattering, a connection material can be selected that is adapted to the refractive index of the liquid or the measuring transducers, and measuring transducer connections that provide more shear waves can be used.

Предпочтительно частота звуковых волн, которые используются в расходомере согласно настоящему изобретению, составляет от >20 кГц до 2 МГц, что соответствует периоду колебаний 0,5 микросекунды (мкс), но может даже составлять до 800 МГц. Во многих случаях ультразвуковые расходомеры работают намного выше порога слышимости с частотами в несколько сотен кГц или выше. Частота времяпролетных ультразвуковых расходомеров находится, как правило, в диапазоне кГц или МГц.Preferably, the frequency of the sound waves used in the flowmeter according to the present invention is from >20 kHz to 2 MHz, which corresponds to an oscillation period of 0.5 microseconds (μs), but can even be up to 800 MHz. In many cases, ultrasonic flowmeters operate well above the hearing threshold with frequencies of several hundred kHz or higher. The frequency of time-of-flight ultrasonic flowmeters is typically in the kHz or MHz range.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения описывается выполняемый компьютером способ определения скорости потока текучей среды в трубопроводе или канале для текучей среды, в частности, трубе или трубке, с применением времяпролетного ультразвукового расходомера. В предпочтительном варианте осуществления выражение выполняемый компьютером относится к выполнению на электронных компонентах с мелкой структурой, таких как микропроцессоры, микросхемы ASIC, FPGA и т.п., которые могут использоваться в портативных или в компактных стационарных устройствах цифровой обработки сигналов, которые обычно имеют меньший размер, чем рабочие станции или базовые компьютеры, и которые могут быть размещены в требуемом месте вдоль трубы для текучей среды.According to one aspect of the present invention, a computer-executable method for determining the flow rate of a fluid in a pipeline or fluid channel, in particular a pipe or tube, using a time-of-flight ultrasonic flow meter is described. In a preferred embodiment, the expression computer-executable refers to execution on electronic components with a fine structure, such as microprocessors, ASIC chips, FPGAs, etc., which can be used in portable or compact stationary digital signal processing devices that are typically smaller in size than workstations or mainframe computers and which can be placed at a desired location along a fluid pipe.

Далее термины канал, трубопровод, проход и т.п. используются как синонимы. Предмет изобретения может применяться для всех типов трубопроводов для текучих сред независимо от их соответствующей формы и независимо от того, являются ли они открытыми или закрытыми. Предмет изобретения может также применяться для всех типов текучих сред или газов независимо от того, являются ли они газами или жидкостями, или их смесью.In the following, the terms channel, pipeline, passage, etc. are used as synonyms. The subject of the invention can be applied to all types of pipelines for fluid media, regardless of their respective shape and regardless of whether they are open or closed. The subject of the invention can also be applied to all types of fluid media or gases, regardless of whether they are gases or liquids, or a mixture thereof.

По всему изобретению часто используется термин компьютер. Хотя к компьютеру относятся устройства, такие как переносной или настольный компьютер, передача и прием сигнала могут также быть выполнены микроконтроллерами, микросхемами ASIC, FPGA и т.п.The term computer is often used throughout the invention. Although a computer refers to devices such as a laptop or desktop computer, the signal transmission and reception can also be performed by microcontrollers, ASIC chips, FPGAs, etc.

Кроме того, соединительная линия между измерительными преобразователями может быть смещена относительно центра трубопровода для текучей среды для того, чтобы получить скорость потока в предварительно определенном слое, и может предусматриваться более одной пары измерительных преобразователей. Кроме того, измерительный сигнал может быть обеспечен более чем одним измерительным преобразователем, и/или сигнал отклика на измерительный сигнал может быть измерен более чем одним измерительным преобразователем.In addition, the connecting line between the measuring transducers can be offset relative to the center of the fluid pipeline in order to obtain the flow velocity in a predetermined layer, and more than one pair of measuring transducers can be provided. In addition, the measuring signal can be provided by more than one measuring transducer, and/or the response signal to the measuring signal can be measured by more than one measuring transducer.

Энергия Е сигнала s(t) в интервале времени может быть определена на основании выраженияThe energy E of the signal s(t) in a time interval can be determined based on the expression

E = £dt |s(t)|2 или его дискретной версии е = ZIUMOI2, где интервал времени задан как [T1, T2] или [m*At, n*At] соответственно.E = £dt |s(t)| 2 or its discrete version e = ZIUMOI 2 , where the time interval is given as [T1, T2] or [m*At, n*At], respectively.

Ведущая часть измерительного сигнала может значительно влиять на получение сигнала, который обладает пиками в пространстве и времени.The leading part of the measurement signal can significantly influence the resulting signal, which has peaks in space and time.

В некоторых конкретных вариантах осуществления измерительный сигнал или сигнал отклика может быть обеспечен колебательным сигналом, модулированным по амплитуде, который оцифрован по отношению к амплитуде, например, с разрешением от 1 до 12 бит. Это может предоставить преимущества относительно скорости вычисления и объема памяти и может даже привести к увеличенному пику сигнала. В частности, данные, представленные на графических материалах настоящего изобретения, были получены с разрешением 12 бит, за исключением фиг. 30-35, которые были получены с более грубым разрешением, чем 12 бит.In some specific embodiments, the measurement signal or response signal may be provided by an amplitude-modulated oscillatory signal that is digitized with respect to the amplitude, for example, with a resolution of 1 to 12 bits. This may provide advantages in terms of computation speed and memory capacity, and may even result in an increased signal peak. In particular, the data presented in the graphical materials of the present invention were obtained with a resolution of 12 bits, with the exception of Figs. 30-35, which were obtained with a coarser resolution than 12 bits.

Согласно дополнительному варианту осуществления измерительный сигнал, который подается в измерительный преобразователь, может содержать колебательный сигнал, который смодулирован согласно 0-1 модуляции, либо обеспечивая предварительно определенную амплитуду, либо не обеспечивая какой-либо амплитуды, или, другими словами, обеспечивая нулевую амплитуду.According to a further embodiment, the measuring signal that is fed to the measuring transducer may comprise an oscillatory signal that is modulated according to a 0-1 modulation, either providing a predetermined amplitude or not providing any amplitude, or, in other words, providing zero amplitude.

Согласно дополнительному аспекту раскрывается устройство для измерения скорости потока в времяпролетном ультразвуковом расходомере. Устройство содержит первый соединитель для соединения первого пьезоэлектрического элемента, второй соединитель для соединения второго пьезоэлектрического элемента, факультативный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который соединен с первымAccording to an additional aspect, a device for measuring the flow rate in a time-of-flight ultrasonic flow meter is disclosed. The device comprises a first connector for connecting a first piezoelectric element, a second connector for connecting a second piezoelectric element, an optional digital-to-analog converter (DAC) that is connected to the first

- 2 043606 соединителем, и факультативный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который соединен со вторым соединителем.- 2 043606 connector, and an optional analog-to-digital converter (ADC), which is connected to the second connector.

Кроме того, устройство содержит машиночитаемое запоминающее устройство, электронный таймер или генератор колебаний, передающий блок для отправки импульсного сигнала в первый соединитель и принимающий блок для приема сигнала отклика на импульсный сигнал от второго соединителя.In addition, the device comprises a machine-readable memory device, an electronic timer or oscillation generator, a transmitting unit for sending a pulse signal to the first connector and a receiving unit for receiving a response signal to the pulse signal from the second connector.

Термины скорость потока, быстрота потока и скорость движения потока используются в качестве синонимов в настоящей заявке.The terms flow velocity, flow speed and flow rate are used synonymously in this application.

Хотя устройство может быть предусмотрено как аналоговое устройство без аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей и без блока машиночитаемой памяти, также можно предоставить устройство или его части с применением цифровой вычислительной системы.Although the device may be provided as an analog device without an analog-to-digital and digital-to-analog converter and without a machine-readable memory unit, it is also possible to provide the device or parts thereof using a digital computing system.

В частности, различные блоки обработки сигнала, такие как блок обработки скорости, блок выбора и блок инвертирования, могут быть предоставлены полностью или по отдельности с применением специализированного электронного компонента или программной памяти с набором машиночитаемых команд. Подобным образом, генератор измерительных сигналов и генератор импульсных сигналов передающего блока могут быть предоставлены полностью или частично с применением специализированного электронного компонента, который может содержать набор машиночитаемых команд.In particular, various signal processing units, such as a speed processing unit, a selection unit, and an inverting unit, may be provided in whole or in part using a specialized electronic component or a program memory with a set of machine-readable instructions. Similarly, the measuring signal generator and the pulse signal generator of the transmitting unit may be provided in whole or in part using a specialized electronic component, which may contain a set of machine-readable instructions.

Согласно дополнительному варианту осуществления устройство содержит прямой цифровой синтезатор сигналов (ПЦС), который содержит вышеупомянутый АЦП. ПЦС содержит регистр управления частотой, опорный генератор, генератор с числовым программным управлением и восстанавливающий фильтр низких частот. Кроме того, АЦП выполнен с возможностью соединения с первым и со вторым соединителем через восстанавливающий фильтр низких частот.According to an additional embodiment, the device comprises a direct digital signal synthesizer (DDS), which comprises the above-mentioned ADC. The DDS comprises a frequency control register, a reference oscillator, a oscillator with numerical program control and a low-pass reconstruction filter. In addition, the ADC is configured to be connected to the first and to the second connector via a low-pass reconstruction filter.

Кроме того, согласно настоящему изобретению раскрыто устройство измерения расхода с первым пьезоэлектрическим измерительным преобразователем, который соединен с первым соединителем, и со вторым ультразвуковым измерительным преобразователем, таким как пьезоэлектрический измерительный преобразователь, который соединен со вторым соединителем. В частности, ультразвуковые измерительные преобразователи, такие как пьезоэлектрические измерительные преобразователи, могут быть обеспечены средствами для крепления, такими как зажимной механизм, для прикрепления их к трубе.In addition, according to the present invention, a flow measurement device is disclosed with a first piezoelectric measuring transducer, which is connected to a first connector, and with a second ultrasonic measuring transducer, such as a piezoelectric measuring transducer, which is connected to a second connector. In particular, ultrasonic measuring transducers, such as piezoelectric measuring transducers, can be provided with fastening means, such as a clamping mechanism, for fastening them to a pipe.

Кроме того, согласно настоящему изобретению раскрывается устройство измерения расхода с частью трубы. Первый ультразвуковой измерительный преобразователь, такой как пьезоэлектрический измерительный преобразователь, установлен на части трубы в первом месте, а второй ультразвуковой измерительный преобразователь, такой как пьезоэлектрический измерительный преобразователь, установлен на части трубы во втором месте. В частности, измерительные преобразователи могут быть зафиксированы на части трубы. Обеспечение устройства частью трубы может предоставить преимущества, когда устройство предварительно регулируют по отношению к части трубы.In addition, according to the present invention, a flow measurement device with a pipe part is disclosed. A first ultrasonic measuring transducer, such as a piezoelectric measuring transducer, is mounted on the pipe part at a first location, and a second ultrasonic measuring transducer, such as a piezoelectric measuring transducer, is mounted on the pipe part at a second location. In particular, the measuring transducers can be fixed on the pipe part. Providing the device with a pipe part can provide advantages when the device is pre-adjusted with respect to the pipe part.

Устройство может быть выполнено компактным и портативным. Портативное устройство согласно настоящему изобретению, которое оборудовано измерительными преобразователями, выполненными с возможностью установки на поверхности, такими как накладные измерительные преобразователи, может использоваться для проверки трубы на любом доступном месте. В целом, устройство может быть неподвижным или портативным. Предпочтительно, устройство является достаточно компактным для размещения в требуемом месте и достаточно защищенным от окружающих условий, таких как влажность, тепло и коррозионные вещества.The device can be made compact and portable. The portable device according to the present invention, which is equipped with measuring transducers designed with the possibility of installation on the surface, such as clamp-on measuring transducers, can be used to check the pipe in any accessible place. In general, the device can be fixed or portable. Preferably, the device is compact enough to be placed in the required place and sufficiently protected from environmental conditions, such as humidity, heat and corrosive substances.

Более того, согласно настоящему изобретению раскрывается машиночитаемый код для выполнения способа измерения расхода согласно настоящему изобретению, при этом машиночитаемое запоминающее устройство содержит машиночитаемый код и специализированный электронный компонент, который выполнен с возможностью выполнения этапов способа согласно настоящему изобретению.Moreover, according to the present invention, a machine-readable code is disclosed for performing the method of measuring flow according to the present invention, wherein the machine-readable memory device comprises the machine-readable code and a specialized electronic component that is configured to perform the steps of the method according to the present invention.

В частности, специализированный электронный компонент может быть обеспечен электронным компонентом, содержащим вышеупомянутую машиночитаемое запоминающее устройство, такую как EPROM, EEPROM, флеш-память и т.п. Согласно другим вариантам осуществления специализированный электронный компонент обеспечен компонентом с аппаратно-реализованной или с предусматривающей различные конфигурации схемой, такой как специализированная интегральная схема (ASIC) или программируемая пользователем матрица логических элементов (FPGA).In particular, the specialized electronic component can be provided with an electronic component containing the above-mentioned machine-readable memory device, such as EPROM, EEPROM, flash memory, etc. According to other embodiments, the specialized electronic component is provided with a component with a hardware-implemented or with a circuit providing various configurations, such as an application-specific integrated circuit (ASIC) or a field-programmable logic array (FPGA).

В дополнительном варианте осуществления специализированный электронный компонент согласно настоящему изобретению обеспечен множеством взаимосоединенных электронных компонентов, например FPGA, который соединен с подходящим образом запрограммированной EPROM в многоканальном устройстве. Дополнительными примерами специализированного электронного компонента являются программируемые интегральные схемы, такие как программируемые логические матрицы (PLA) и сложные устройства с программируемой логикой (CPLD).In a further embodiment, the specialized electronic component according to the present invention is provided by a plurality of interconnected electronic components, for example an FPGA, which is connected to a suitably programmed EPROM in a multi-channel device. Further examples of the specialized electronic component are programmable integrated circuits, such as programmable logic arrays (PLA) and complex programmable logic devices (CPLD).

Целесообразно определить, измеряет ли существующее испытательное устройство скорость потока текучей среды в трубопроводе для текучей среды согласно настоящему изобретению. Для этой цели трубопровод для текучей среды обеспечивают текучей средой, которая имеет предварительно определенную скорость относительно трубопровода для текучей среды. Испытательный импульсный сигнал подается в первый ультразвуковой измерительный преобразователь, такой как пьезоэлектрический измерительныйIt is expedient to determine whether an existing testing device measures the flow velocity of a fluid in a fluid pipeline according to the present invention. For this purpose, the fluid pipeline is provided with a fluid that has a predetermined velocity relative to the fluid pipeline. A test pulse signal is fed to a first ultrasonic measuring transducer, such as a piezoelectric measuring transducer

- 3 043606 преобразователь испытательного устройства, при этом первый пьезоэлектрический измерительный преобразователь установлен на трубопроводе для текучей среды в первом месте, после чего следует прием испытательного сигнала отклика на испытательный импульсный сигнал на втором пьезоэлектрическом измерительном преобразователе испытательного устройства, при этом второй ультразвуковой измерительный преобразователь, такой как пьезоэлектрический измерительный преобразователь, установлен на трубопроводе для текучей среды во втором месте.- 3 043606 a transducer of a testing device, wherein the first piezoelectric measuring transducer is mounted on a pipeline for a fluid at a first location, followed by receiving a test signal of response to a test pulse signal at a second piezoelectric measuring transducer of the testing device, wherein the second ultrasonic measuring transducer, such as a piezoelectric measuring transducer, is mounted on the pipeline for a fluid at a second location.

Кроме того, в настоящем изобретении раскрывается выполняемый компьютером способ определения скорости потока текучей среды в трубопроводе для текучей среды с использованием предварительно определенных измерительных сигналов в устройстве с тремя или более ультразвуковыми измерительными преобразователями. Предварительно определенные сигналы содержат первый измерительный сигнал и второй измерительный сигнал.In addition, the present invention discloses a computer-executable method for determining the flow rate of a fluid in a fluid pipeline using predetermined measurement signals in a device with three or more ultrasonic measuring transducers. The predetermined signals comprise a first measurement signal and a second measurement signal.

Трубопровод для текучей среды снабжен текучей средой, которая имеет предварительно определенную скорость относительно трубопровода для текучей среды. Кроме того, трубопровод для текучей среды снабжен первым ультразвуковым измерительным преобразователем, вторым ультразвуковым измерительным преобразователем и третьим ультразвуковым измерительным преобразователем. В частности, второй измерительный преобразователь и третий измерительный преобразователь могут быть расположены на расстоянии относительно первого измерительного преобразователя и относительно продольного направления трубопровода.The fluid pipeline is provided with a fluid medium that has a predetermined speed relative to the fluid pipeline. In addition, the fluid pipeline is provided with a first ultrasonic measuring transducer, a second ultrasonic measuring transducer and a third ultrasonic measuring transducer. In particular, the second measuring transducer and the third measuring transducer can be located at a distance relative to the first measuring transducer and relative to the longitudinal direction of the pipeline.

Измерительные преобразователи расположены так, что соответствующие линии соединения между первым ультразвуковым измерительным преобразователем, вторым ультразвуковым измерительным преобразователем и третьим ультразвуковым измерительным преобразователем проходят за пределами оси симметрии трубопровода для текучей среды. В частности, линия соединения может быть смещена на 5% или более, или на 10% или более относительно среднего диаметра трубопровода или относительно среднего радиуса трубопровода.The measuring transducers are arranged so that the corresponding connection lines between the first ultrasonic measuring transducer, the second ultrasonic measuring transducer and the third ultrasonic measuring transducer extend beyond the axis of symmetry of the fluid medium pipeline. In particular, the connection line can be shifted by 5% or more, or by 10% or more relative to the average diameter of the pipeline or relative to the average radius of the pipeline.

Например, средний радиус трубопровода может быть определен относительно опорной точки наFor example, the average radius of a pipeline can be determined relative to a reference point at

J |f | или p—Jo т оси симметрии как и или как N и т.п.J |f | or p—Jo t axis of symmetry as and or as N etc.

Первый предварительно определенный измерительный сигнал подают на первый ультразвуковой измерительный преобразователь, и первый сигнал отклика первого предварительно определенного измерительного сигнала, принятого на втором ультразвуковом измерительном преобразователе, измеряют, например, посредством определения напряжения, порождаемого вторым ультразвуковым измерительным преобразователем.The first predetermined measuring signal is supplied to the first ultrasonic measuring transducer, and the first response signal of the first predetermined measuring signal received at the second ultrasonic measuring transducer is measured, for example, by determining the voltage generated by the second ultrasonic measuring transducer.

Аналогично второй предварительно определенный измерительный сигнал подают на первый ультразвуковой измерительный преобразователь, и измеряют второй сигнал отклика второго предварительно определенного измерительного сигнала, принятого на третьем ультразвуковом измерительном преобразователе.Similarly, the second predetermined measuring signal is supplied to the first ultrasonic measuring transducer, and the second response signal of the second predetermined measuring signal received at the third ultrasonic measuring transducer is measured.

Первый предварительно определенный измерительный сигнал и второй предварительно определенный измерительный сигнал соответственно содержат обращенную по времени часть сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал или сигнал, полученный из него.The first predetermined measuring signal and the second predetermined measuring signal respectively comprise a time-reversed portion of the response signal to the corresponding pulse signal or a signal obtained from it.

В частности, соответствующий измерительный сигнал может быть сгенерирован из импульсного сигнала, который передают между той же парой измерительных преобразователей, что и измерительный сигнал. Генерирование измерительного сигнала может быть выполнено посредством фактического измерения, посредством моделирования или посредством их сочетания.In particular, the corresponding measuring signal can be generated from a pulse signal that is transmitted between the same pair of measuring transducers as the measuring signal. The generation of the measuring signal can be performed by means of an actual measurement, by means of simulation, or by means of a combination of both.

Измерительный сигнал может быть отправлен в том же направлении или в обратном направлении, в сравнении с импульсным сигналом, из которого он сгенерирован. В частности, если текучая среда перемешается относительно трубопровода во время процесса калибровки, посредством которого измерительный сигнал генерируют из импульсного сигнала, по причинам стабильности может быть преимуществом передавать измерительный сигнал в том же направлении, что и импульсный сигнал.The measuring signal can be sent in the same direction or in the opposite direction compared to the pulse signal from which it is generated. In particular, if the fluid is moved relative to the pipeline during the calibration process by which the measuring signal is generated from the pulse signal, it may be advantageous for reasons of stability to transmit the measuring signal in the same direction as the pulse signal.

Другими словами, на этапе измерения последовательность отправляющего измерительного преобразователя и принимающего измерительного преобразователя может быть такой же, как на предыдущем этапе калибровки для генерирования измерительного сигнала или, альтернативно, она может быть обратной, с применением ранее отправляющего измерительного преобразователя как принимающего измерительного преобразователя и ранее принимающего измерительного преобразователя как отправляющего измерительного преобразователя.In other words, in the measurement step, the sequence of the sending measuring transducer and the receiving measuring transducer may be the same as in the previous calibration step for generating the measuring signal, or, alternatively, it may be reversed, using the previously sending measuring transducer as the receiving measuring transducer and the previously receiving measuring transducer as the sending measuring transducer.

Обычно первый измерительный сигнал приспособлен для канала или пути передачи, который отличается от канала передачи второго измерительного сигнала. Следовательно, первый измерительный сигнал и второй измерительный сигнал обычно отличаются друг от друга. Кроме того, измерительный сигнал, полученный посредством отправки импульсного сигнала с первого измерительного преобразователя на второй измерительный преобразователь, обычно отличается от измерительного сигнала, полученного посредством отправки импульсного сигнала в обратном направлении со второго измерительного преобразователя на первый измерительный преобразователь.Typically, the first measuring signal is adapted to a channel or transmission path that is different from the transmission channel of the second measuring signal. Therefore, the first measuring signal and the second measuring signal are usually different from each other. In addition, the measuring signal obtained by sending a pulse signal from the first measuring transducer to the second measuring transducer is usually different from the measuring signal obtained by sending a pulse signal in the opposite direction from the second measuring transducer to the first measuring transducer.

- 4 043606- 4 043606

Обычно распространение сигнала давления между отправляющим и принимающим измерительным преобразователем содержит не только прямое распространение, но также может содержать одно или более отражений на стенке трубопровода и/или процессов рассеивания в стенке трубы.Typically, the propagation of a pressure signal between a sending and receiving transducer includes not only forward propagation, but may also include one or more reflections on the pipe wall and/or scattering processes in the pipe wall.

В частности, вышеупомянутый способ может быть использован в измерении расхода по времени пролета (ВП). Для измерения ВП этапы подачи первого измерительного сигнала и измерения соответствующего сигнала отклика и подачи второго измерительного сигнала и измерения соответствующего сигнала отклика повторяют в обратном направлении для получения соответствующих первого сигнала отклика с обратным направлением и второго сигнала отклика с обратным направлением.In particular, the above-mentioned method can be used in the measurement of flow rate by time of flight (TOF). For the TOF measurement, the steps of supplying a first measuring signal and measuring a corresponding response signal and supplying a second measuring signal and measuring a corresponding response signal are repeated in the reverse direction to obtain the corresponding first response signal with a reverse direction and the second response signal with a reverse direction.

Как объяснено выше, выполнение измерения в обратном направлении относится к реализации этапов измерения так, что роли соответствующих измерительных преобразователей меняются, или, другими словами, так, что ранее отправляющий измерительный преобразователь применяется как принимающий измерительный преобразователь, а ранее принимающий измерительный преобразователь применяется как отправляющий измерительный преобразователь.As explained above, performing a measurement in the reverse direction refers to implementing the measurement steps so that the roles of the corresponding measuring transducers are reversed, or in other words, so that the previously sending measuring transducer is used as the receiving measuring transducer, and the previously receiving measuring transducer is used as the sending measuring transducer.

Таким образом, если первое измерение включает отправку измерительного сигнала в направлении потока текучей среды в том смысле, что измерительный сигнал имеет составляющую скорости в направлении потока текучей среды, то соответствующее измерение в обратном направлении включает отправку измерительного сигнала против направления потока текучей среды.Thus, if the first measurement involves sending a measuring signal in the direction of the fluid flow in the sense that the measuring signal has a velocity component in the direction of the fluid flow, then the corresponding measurement in the opposite direction involves sending a measuring signal against the direction of the fluid flow.

Первый сигнал отклика и второй сигнал отклика на соответствующие первый измерительный сигнал и второй измерительный сигнал используют для получения одной или более скоростей потока текучей среды. В частности, первый сигнал отклика может быть использован для определения скорости потока в слое текучей среды, который содержит линию соединения между первым измерительным преобразователем и вторым измерительным преобразователем, и второй сигнал отклика может быть использован для определения скорости потока в слое текучей среды, который содержит линию соединения между первым измерительным преобразователем и третьим измерительным преобразователем.The first response signal and the second response signal to the corresponding first measurement signal and the second measurement signal are used to obtain one or more flow rates of the fluid. In particular, the first response signal can be used to determine the flow rate in the fluid layer that contains the connection line between the first measurement transducer and the second measurement transducer, and the second response signal can be used to determine the flow rate in the fluid layer that contains the connection line between the first measurement transducer and the third measurement transducer.

Согласно еще одному варианту осуществления, который является применимым для измерения времени пролета, первый предварительно определенный измерительный сигнал с обратным направлением подают на второй ультразвуковой измерительный преобразователь, и первый сигнал отклика с обратным направлением на первый измерительный сигнал с обратным направлением измеряют на втором ультразвуковом измерительном преобразователе.According to another embodiment, which is applicable for measuring the time of flight, the first predetermined measuring signal with a reverse direction is supplied to the second ultrasonic measuring transducer, and the first response signal with a reverse direction to the first measuring signal with a reverse direction is measured on the second ultrasonic measuring transducer.

Аналогично второй измерительный сигнал с обратным направлением подают на третий ультразвуковой измерительный преобразователь, и измеряют второй сигнал отклика с обратным направлением второго предварительно определенного измерительного сигнала, принятого на первом ультразвуковом измерительном преобразователе.Similarly, the second measuring signal with the reverse direction is supplied to the third ultrasonic measuring transducer, and the second response signal with the reverse direction of the second predetermined measuring signal received at the first ultrasonic measuring transducer is measured.

Первый измерительный сигнал с обратным направлением и второй измерительный сигнал с обратным направлением соответственно содержат обращенную по времени часть сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал или сигнал, полученный из него. Соответствующий импульсный сигнал относится к импульсному сигналу, который передают между той же парой измерительных преобразователей, что и соответствующий измерительный сигнал.The first measuring signal with a reverse direction and the second measuring signal with a reverse direction respectively contain a time-reversed part of the response signal to the corresponding pulse signal or a signal obtained from it. The corresponding pulse signal refers to a pulse signal that is transmitted between the same pair of measuring transducers as the corresponding measuring signal.

Скорость потока текучей среды получают из по меньшей мере одного из первого сигнала отклика, первого сигнала отклика с обратным направлением, второго сигнала отклика и второго сигнала отклика с обратным направлением. В частности, первый сигнал отклика и первый сигнал отклика с обратным направлением могут быть использованы для получения скорости потока с применением метода времени пролета. Аналогично, второй сигнал отклика и второй сигнал отклика с обратным направлением могут быть использованы для получения скорости потока с применением метода времени пролета.The fluid flow velocity is obtained from at least one of the first response signal, the first response signal with a reverse direction, the second response signal and the second response signal with a reverse direction. In particular, the first response signal and the first response signal with a reverse direction can be used to obtain the flow velocity using the time-of-flight method. Similarly, the second response signal and the second response signal with a reverse direction can be used to obtain the flow velocity using the time-of-flight method.

В еще одном варианте осуществления, в котором также применяется измерительный сигнал, проходящий от второго измерительного преобразователя к третьему измерительному преобразователю в вышеупомянутом устройстве из трех измерительных преобразователей, измерение дополнительно включает следующие этапы.In another embodiment, in which a measuring signal is also used, passing from the second measuring transducer to the third measuring transducer in the above-mentioned device of three measuring transducers, the measurement further includes the following steps.

Третий измерительный сигнал подают на второй ультразвуковой измерительный преобразователь, и третий сигнал отклика на второй измерительный сигнал измеряют на третьем ультразвуковом измерительном преобразователе.The third measuring signal is fed to the second ultrasonic measuring transducer, and the third response signal to the second measuring signal is measured on the third ultrasonic measuring transducer.

Подобно вышеуказанным вариантам осуществления третий предварительно определенный измерительный сигнал содержит обращенную по времени часть сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал или сигнал, полученный из него.Similar to the above embodiments, the third predetermined measurement signal comprises a time-reversed portion of a response signal to the corresponding pulse signal or a signal obtained therefrom.

Из третьего сигнала отклика получают по меньшей мере одну скорость потока текучей среды. С целью определения по меньшей мере одной скорости потока также могут быть использованы первый сигнал отклика, первый сигнал отклика с обратным направлением, второй сигнал отклика и второй сигнал отклика с обратным направлением.At least one flow rate of the fluid is obtained from the third response signal. In order to determine at least one flow rate, the first response signal, the first response signal with a reverse direction, the second response signal and the second response signal with a reverse direction can also be used.

В еще одном варианте осуществления, который является применимым для определения скорости потока в слое текучей среды между вторым измерительным преобразователем и третьим измерительным преобразователем с помощью метода времени пролета, способ дополнительно включает следующие этапы.In another embodiment, which is applicable for determining the flow velocity in a layer of fluid between the second measuring transducer and the third measuring transducer using the time-of-flight method, the method further includes the following steps.

Третий измерительный сигнал с обратным направлением подают на третий ультразвуковой измери- 5 043606 тельный преобразователь, и измеряют третий сигнал отклика с обратным направлением на третий измерительный сигнал с обратным направлением, принятого на втором ультразвуковом измерительном преобразователе.The third measuring signal with the reverse direction is fed to the third ultrasonic measuring transducer, and the third response signal with the reverse direction is measured to the third measuring signal with the reverse direction received at the second ultrasonic measuring transducer.

Подобно вышеуказанным вариантам осуществления третий измерительный сигнал с обратным направлением содержит обращенную по времени часть сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал или сигнал, полученный из него.Similar to the above embodiments, the third measuring signal with a reverse direction comprises a time-reversed portion of the response signal to the corresponding pulse signal or a signal obtained from it.

По меньшей мере одну скорость потока текучей среды получают из третьего сигнала отклика и третьего сигнала отклика с обратным направлением. С целью определения по меньшей мере одной скорости потока также могут быть использованы первый сигнал отклика, первый сигнал отклика с обратным направлением, второй сигнал отклика и второй сигнал отклика с обратным направлением.At least one flow rate of the fluid is obtained from the third response signal and the third response signal with a reverse direction. In order to determine at least one flow rate, the first response signal, the first response signal with a reverse direction, the second response signal and the second response signal with a reverse direction can also be used.

Согласно дополнительному выполняемому компьютером способу, который является применимым для определения скорости потока в трубопроводе для текучей среды с использованием устройства из по меньшей мере двух накладных измерительных преобразователей, трубопровод для текучей среды обеспечивают текучей средой, которая имеет предварительно определенную скорость относительно трубопровода для текучей среды.According to an additional computer-executable method, which is applicable for determining a flow rate in a fluid pipeline using a device of at least two clamp-on measuring transducers, the fluid pipeline is provided with a fluid that has a predetermined velocity relative to the fluid pipeline.

Кроме того, трубопровод для текучей среды снабжают первым ультразвуковым накладным измерительным преобразователем и вторым ультразвуковым накладным измерительным преобразователем. Предпочтительно второй ультразвуковой накладной измерительный преобразователь смещен относительно первого ультразвукового накладного измерительного преобразователя в продольном направлении трубопровода.In addition, the pipeline for a fluid medium is provided with a first ultrasonic clamp-on measuring transducer and a second ultrasonic clamp-on measuring transducer. Preferably, the second ultrasonic clamp-on measuring transducer is offset relative to the first ultrasonic clamp-on measuring transducer in the longitudinal direction of the pipeline.

Накладные измерительные преобразователи расположены так, что прямая линия соединения между первым ультразвуковым накладным измерительным преобразователем и вторым ультразвуковым накладным измерительным преобразователем проходит за пределами оси симметрии трубопровода для текучей среды. В частности, линия соединения может быть смещена относительно оси симметрии на 5% или более, или на 10% или более относительно среднего диаметра или относительно среднего радиуса трубопровода.The clamp-on measuring transducers are arranged so that the direct connection line between the first ultrasonic clamp-on measuring transducer and the second ultrasonic clamp-on measuring transducer passes outside the axis of symmetry of the fluid medium pipeline. In particular, the connection line can be shifted relative to the axis of symmetry by 5% or more, or by 10% or more relative to the average diameter or relative to the average radius of the pipeline.

Предварительно определенный измерительный сигнал подают на первый ультразвуковой накладной измерительный преобразователь, и измеряют сигнал отклика измерительного сигнала, принятого на втором ультразвуковом накладном измерительном преобразователе.A predetermined measuring signal is supplied to the first ultrasonic clamp-on measuring transducer, and a response signal of the measuring signal received at the second ultrasonic clamp-on measuring transducer is measured.

Подобно вышеуказанному варианту осуществления предварительно определенный измерительный сигнал содержит обращенную по времени часть сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал или сигнал, полученный из него. Скорость потока текучей среды получают из сигнала отклика.Similar to the above embodiment, the predetermined measuring signal comprises a time-reversed portion of the response signal to the corresponding pulse signal or a signal obtained from it. The flow rate of the fluid is obtained from the response signal.

Подобно вышеуказанным вариантам осуществления этап измерения также может включать отправку измерительных сигналов в обратном направлении. В частности, способ может включать подачу предварительно определенного измерительного сигнала с обратным направлением на второй ультразвуковой накладной измерительный преобразователь и измерение сигнала отклика с обратным направлением на измерительный сигнал с обратным направлением на втором ультразвуковом накладном измерительном преобразователе.Like the above embodiments, the measuring step may also include sending measuring signals in the reverse direction. In particular, the method may include feeding a predetermined measuring signal with a reverse direction to the second ultrasonic clamp-on measuring transducer and measuring a response signal with a reverse direction to the measuring signal with a reverse direction on the second ultrasonic clamp-on measuring transducer.

Подобно вышеуказанному варианту осуществления измерительный сигнал с обратным направлением содержит обращенную по времени часть сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал или сигнал, полученный из него. Скорость потока текучей среды получают из сигнала отклика и из сигнала отклика с обратным направлением, в частности с применением метода времени пролета.Similar to the above embodiment, the measuring signal with reverse direction comprises a time-reversed portion of the response signal to the corresponding pulse signal or a signal obtained from it. The flow velocity of the fluid is obtained from the response signal and from the response signal with reverse direction, in particular using the time-of-flight method.

Способы измерения для вышеупомянутого устройства из по меньшей мере трех ультразвуковых измерительных преобразователей, которые могут быть предоставлены как погружаемые измерительные преобразователи или как накладные измерительные преобразователи, аналогичным образом применимы также к соответствующим устройствам из накладных измерительных преобразователей.The measuring methods for the above-mentioned device of at least three ultrasonic measuring transducers, which can be provided as immersible measuring transducers or as clamp-on measuring transducers, are similarly also applicable to the corresponding devices of clamp-on measuring transducers.

Накладные измерительные преобразователи могут обеспечивать особые преимущества в контексте сосредоточения звукового сигнала в конкретном местоположении на трубопроводе, что также называют формированием луча. Благодаря использованию взаимодействия с трубопроводом и, необязательно, также с соединительными элементами, звуковые волны накладных измерительных преобразователей могут быть распространены на более широкий угол или в большем числе направлений в сравнении с погружаемыми измерительными преобразователями. Соединительные элементы позволяют направлять звуковые волны в соответствии с законом Снеллиуса, но также помогают генерировать больше мод и рассеивания.Clamp-on transducers can provide special advantages in the context of focusing the sound signal at a specific location on the pipeline, also known as beamforming. By using the interaction with the pipeline and, optionally, also with coupling elements, the sound waves of clamp-on transducers can be spread over a wider angle or in more directions than immersion transducers. Coupling elements allow the sound waves to be directed according to Snell's law, but also help generate more modes and dispersion.

Инверсия по времени согласно настоящему изобретению может затем быть использована для генерирования измерительного сигнала, который добавляет различные компоненты сигнала, проходящие по разным путям, посредством суперпозиции, и таким образом, приводит к более высокой амплитуде сигнала в конкретном местоположении трубопровода, в котором может быть расположен принимающий измерительный преобразователь.The time inversion of the present invention can then be used to generate a measurement signal that adds the various signal components traveling along different paths through superposition, and thus results in a higher signal amplitude at a particular location in the pipeline where the receiving measurement transducer may be located.

Упомянутые ниже модификации, относящиеся к многократным измерениям, и этап оцифровки при генерировании сигнала измерения могут быть применены ко всем устройствам измерительных преобразователей согласно настоящему изобретению.The modifications mentioned below relating to multiple measurements and the digitalization step in generating the measurement signal can be applied to all measuring transducer devices according to the present invention.

- 6 043606- 6 043606

В вышеупомянутых вариантах осуществления этапы подачи импульсного сигнала и приема соответствующего сигнала отклика повторяют множество раз и получают множество сигналов отклика. В частности, многократные измерения могут относиться к заданной комбинации двух измерительных преобразователей. Соответствующий измерительный сигнал, такой как первый и второй измерительный сигнал, затем получают из среднего значения принятых сигналов отклика.In the above-mentioned embodiments, the steps of supplying a pulse signal and receiving a corresponding response signal are repeated a plurality of times and a plurality of response signals are obtained. In particular, the multiple measurements can relate to a given combination of two measuring transducers. A corresponding measurement signal, such as a first and a second measurement signal, is then obtained from the average value of the received response signals.

В частности, получение соответствующего измерительного сигнала в вышеупомянутых вариантах осуществления может включать оцифровку соответствующего сигнала отклика или сигнала, полученного из него, по отношению к амплитуде. Согласно одному варианту осуществления этапы изменения битового разрешения соответствующего измерительного сигнала и измерения сигнала отклика на этот измерительный сигнал повторяют, пока не находят измерительный сигнал, который генерирует сигнал отклика с наибольшей максимальной амплитудой. Измерительный сигнал с соответствующим битовым разрешением затем выбирают в качестве измерительного сигнала.In particular, obtaining the corresponding measuring signal in the above-mentioned embodiments may include digitizing the corresponding response signal or a signal obtained from it with respect to the amplitude. According to one embodiment, the steps of changing the bit resolution of the corresponding measuring signal and measuring the response signal to this measuring signal are repeated until a measuring signal is found that generates a response signal with the largest maximum amplitude. The measuring signal with the corresponding bit resolution is then selected as the measuring signal.

Согласно одному конкретному варианту осуществления битовое разрешение оцифрованного сигнала увеличивают для увеличения амплитуды сигнала отклика на соответствующий измерительный сигнал, такой как первый и второй измерительный сигнал. Для примера, битовое разрешение увеличивают на предварительно определенных этапах и выбирают битовое разрешение, которое создает сигнал отклика с наивысшей амплитудой, и соответствующее представление измерительного сигнала сохраняют в машиночитаемой памяти.According to one specific embodiment, the bit resolution of the digitized signal is increased to increase the amplitude of the response signal to the corresponding measurement signal, such as the first and second measurement signal. For example, the bit resolution is increased in predetermined steps and the bit resolution is selected that creates the response signal with the highest amplitude, and the corresponding representation of the measurement signal is stored in the machine-readable memory.

Согласно другому конкретному варианту осуществления битовое разрешение оцифрованного сигнала понижают или уменьшают для увеличения амплитуды сигнала отклика на соответствующий измерительный сигнал. Для примера, битовое разрешение уменьшают на предварительно определенных этапах, выбирают битовое разрешение, которое создает сигнал отклика с наивысшей амплитудой, и соответствующее представление измерительного сигнала сохраняют в машиночитаемой памяти.According to another specific embodiment, the bit resolution of the digitized signal is reduced or decreased to increase the amplitude of the response signal to the corresponding measurement signal. For example, the bit resolution is reduced in predetermined steps, the bit resolution that produces the response signal with the highest amplitude is selected, and the corresponding representation of the measurement signal is stored in the machine-readable memory.

В частности, битовое разрешение оцифрованного сигнала в отношении амплитуды можно выбрать как низкое битовое разрешение. Например, низкое разрешение может быть разрешением от 1 до 8 бит, или оно может быть разрешением от 1 до 64 бит.In particular, the bit resolution of the digitized signal in terms of amplitude can be selected as a low bit resolution. For example, the low resolution can be a resolution of 1 to 8 bits, or it can be a resolution of 1 to 64 bits.

Согласно одному конкретному варианту осуществления по меньшей мере один из сигналов отклика на измерительные сигналы обрабатывают для определения изменения толщины стенки трубопровода или для определения характеристик материала стенок трубопровода путем определения характеристик продольной и поперечной звуковой волны. Например, характеристики поперечных и продольных волн могут быть получены из соответствующих участков принимаемого сигнала или сигнала отклика, который соответствует разному времени появления акустических волн.According to one specific embodiment, at least one of the response signals to the measurement signals is processed to determine a change in the thickness of the pipeline wall or to determine the characteristics of the material of the pipeline walls by determining the characteristics of the longitudinal and transverse sound wave. For example, the characteristics of the transverse and longitudinal waves can be obtained from corresponding portions of the received signal or response signal, which corresponds to different times of occurrence of the acoustic waves.

Согласно еще одному варианту осуществления способ включает предварительную калибровку, в которой соответствующие измерительные сигналы генерируют из сигнала отклика на импульсный сигнал. Калибровка может быть выполнена при заводской настройке или также во время работы способа. Упомянутая ниже калибровка может быть применена аналогичным образом ко всем комбинациям пар из двух измерительных преобразователей, и калибровка может быть выполнена только в одном направлении в отношении пары измерительных преобразователей или в обоих направлениях в отношении пары измерительных преобразователей. В первом случае для пары измерительных преобразователей получают один измерительный сигнал, а в последнем случае для пары измерительных преобразователей получают два измерительных сигнала.According to another embodiment, the method includes a preliminary calibration, in which the corresponding measuring signals are generated from a response signal to a pulse signal. The calibration can be performed during factory adjustment or also during operation of the method. The calibration mentioned below can be applied in a similar manner to all combinations of pairs of two measuring transducers, and the calibration can be performed in only one direction with respect to a pair of measuring transducers or in both directions with respect to a pair of measuring transducers. In the former case, one measuring signal is obtained for a pair of measuring transducers, and in the latter case, two measuring signals are obtained for a pair of measuring transducers.

Во время этапа калибровки трубопровод для текучей среды обеспечивают текучей средой, которая является неподвижной относительно трубопровода для текучей среды или которая перемещается с предварительно определенной скоростью относительно трубопровода для текучей среды.During the calibration step, the fluid pipeline is provided with a fluid that is stationary relative to the fluid pipeline or that moves at a predetermined speed relative to the fluid pipeline.

Первый импульсный сигнал подают на второй ультразвуковой измерительный преобразователь, и первый сигнал отклика на первый импульсный сигнал принимают на первом ультразвуковом измерительном преобразователе.The first pulse signal is supplied to the second ultrasonic measuring transducer, and the first response signal to the first pulse signal is received at the first ultrasonic measuring transducer.

Аналогично второй импульсный сигнал подают на третий ультразвуковой измерительный преобразователь, и второй сигнал отклика по меньшей мере одного импульсного сигнала принимают на первом ультразвуковом измерительном преобразователе.Similarly, the second pulse signal is fed to the third ultrasonic measuring transducer, and the second response signal of at least one pulse signal is received at the first ultrasonic measuring transducer.

Первый измерительный сигнал получают из первого сигнала отклика, и второй измерительный сигнал получают из второго сигнала отклика.A first measuring signal is obtained from a first response signal, and a second measuring signal is obtained from a second response signal.

Получение соответствующих первого и второго измерительных сигналов включает выбор части соответствующих первого и второго сигналов отклика или сигнала, полученного из них, и обращение этой части сигнала по времени.Obtaining the corresponding first and second measurement signals includes selecting a portion of the corresponding first and second response signals or a signal obtained from them, and reversing this portion of the signal in time.

Другими словами, выбирают часть первого сигнала отклика и инвертируют или обращают по времени, и первый измерительный сигнал генерируют с использованием инвертированной части сигнала. Аналогично выбирают часть второго сигнала отклика и инвертируют или обращают по времени, и второй измерительный сигнал генерируют с использованием инвертированной части сигнала.In other words, a portion of the first response signal is selected and inverted or reversed in time, and the first measurement signal is generated using the inverted portion of the signal. Similarly, a portion of the second response signal is selected and inverted or reversed in time, and the second measurement signal is generated using the inverted portion of the signal.

Первый предварительно определенный измерительный сигнал и второй предварительно определенный измерительный сигнал для дальнейшего использования. Как упомянуто выше, одинаковый процесс калибровки может быть использован для каждой комбинации двух измерительных преобразователей.The first predefined measuring signal and the second predefined measuring signal for further use. As mentioned above, the same calibration process can be used for each combination of two measuring transducers.

- 7 043606- 7 043606

Обычно калибровку выполняют также и в обратном направлении, чтобы избежать неустойчивостей или компенсировать их. В зависимости от того, выполняют калибровку в условиях нулевого расхода или ненулевого расхода, может быть преимуществом обеспечение калибровки в обоих направлениях и использование каждого из двух сгенерированных измерительных сигналов в любом направлении.Typically, calibration is also performed in the opposite direction to avoid or compensate for instabilities. Depending on whether calibration is performed under zero flow or non-zero flow conditions, it may be advantageous to provide calibration in both directions and use each of the two generated measurement signals in either direction.

Другими словами, если во время процесса измерения первый измерительный преобразователь является отправляющим измерительным преобразователем, а второй измерительный преобразователь является принимающим измерительным преобразователем, то измерительный сигнал мог бы быть сгенерирован путем отправки импульсного сигнала с первого измерительного преобразователя на второй измерительный преобразователь или путем отправки импульсного сигнала со второго измерительного преобразователя на первый измерительный преобразователь.In other words, if during the measurement process the first measuring transducer is a sending measuring transducer and the second measuring transducer is a receiving measuring transducer, then the measuring signal could be generated by sending a pulse signal from the first measuring transducer to the second measuring transducer or by sending a pulse signal from the second measuring transducer to the first measuring transducer.

Подобный процесс калибровки может быть выполнен для каждой пары двух измерительных преобразователей. В частности, процесс калибровки может быть выполнен подобным образом для каждой пары измерительных преобразователей из вышеупомянутого устройства с тремя измерительными преобразователями, содержащего первый, второй и третий измерительный преобразователь.A similar calibration process can be performed for each pair of two measuring transducers. In particular, the calibration process can be performed in a similar manner for each pair of measuring transducers of the above-mentioned device with three measuring transducers, comprising a first, second and third measuring transducer.

В конкретном случае устройства из двух или более накладных измерительных преобразователей калибровка может быть выполнена посредством следующих этапов. Трубопровод для текучей среды обеспечивают текучей средой. В частности, текучая среда имеет предварительно определенную скорость относительно трубопровода для текучей среды.In the specific case of a device of two or more clamp-on measuring transducers, calibration can be performed by means of the following steps. The fluid pipeline is provided with fluid. In particular, the fluid has a predetermined velocity relative to the fluid pipeline.

Подают импульсный сигнал в первый ультразвуковой накладной измерительный преобразователь или второй ультразвуковой накладной измерительный преобразователь. Затем сигнал отклика на импульсный сигнал принимают на другом из двух ультразвуковых измерительных преобразователей, и измерительный сигнал получают из сигнала отклика. Аналогично импульсный сигнал может быть подан на второй ультразвуковой накладной измерительный преобразователь, и сигнал отклика может быть принят на первом ультразвуковом накладном измерительном преобразователе.A pulse signal is supplied to the first ultrasonic clamp-on measuring transducer or the second ultrasonic clamp-on measuring transducer. Then, a response signal to the pulse signal is received on the other of the two ultrasonic measuring transducers, and a measuring signal is obtained from the response signal. Similarly, a pulse signal can be supplied to the second ultrasonic clamp-on measuring transducer, and a response signal can be received on the first ultrasonic clamp-on measuring transducer.

При этом получение измерительного сигнала включает выбор части соответствующего сигнала отклика или сигнала, полученного из него, и обращение этой части сигнала по времени. Измерительный сигнал сохраняют для дальнейшего использования во время процесса измерения, в частности, для определения скорости потока текучей среды.In this case, obtaining the measuring signal includes selecting a portion of the corresponding response signal or a signal obtained from it and reversing this portion of the signal in time. The measuring signal is stored for further use during the measurement process, in particular for determining the flow rate of the fluid medium.

Импульсный сигнал согласно настоящему изобретению может относиться к одноимпульсному сигналу. В целом импульсный сигнал относится к сигналу, который имеет энергию сигнала, которая сосредоточена в коротком периоде времени. В конкретном варианте осуществления импульсный сигнал проходит только на несколько периодов колебаний несущей, например, 10-20 периодов колебаний или менее.The pulse signal according to the present invention may refer to a single-pulse signal. In general, a pulse signal refers to a signal that has signal energy that is concentrated in a short period of time. In a particular embodiment, the pulse signal extends only for a few carrier oscillation periods, such as 10-20 oscillation periods or less.

В частности, огибающая импульсного сигнала может иметь прямоугольную форму, но также возможны и другие формы. Например, импульсный сигнал может соответствовать однократному пику или одиночному импульсу, короткому прямоугольному всплеску или любой другой форме сигнала, такой как треугольная зубчатая форма, прямоугольная волна, импульс с линейной частотной модуляцией, синусоидальная волна или предварительно определенный всплеск шума, такой как белый шум или розовый шум, который также известен как 1/f шум. Способ калибровки работает почти с любой формой сигнала импульсного сигнала.In particular, the envelope of a pulse signal can be rectangular, but other shapes are also possible. For example, a pulse signal can correspond to a single spike or pulse, a short rectangular burst, or any other waveform such as a triangular jagged wave, a square wave, a frequency-modulated pulse, a sine wave, or a predefined noise burst such as white noise or pink noise, which is also known as 1/f noise. The calibration method works with almost any waveform of a pulse signal.

В еще одном варианте осуществления соответствующий сигнал отклика отправляют и принимают множество раз, таким образом получая множество сигналов отклика, и соответствующий измерительный сигнал получают из среднего значения принятых сигналов отклика.In another embodiment, the corresponding response signal is sent and received multiple times, thereby obtaining a plurality of response signals, and the corresponding measurement signal is obtained from the average value of the received response signals.

В частности, получение соответствующего измерительного сигнала может включать оцифровку соответствующего сигнала отклика или сигнала, полученного из него, по отношению к амплитуде.In particular, obtaining the corresponding measurement signal may include digitizing the corresponding response signal or a signal obtained from it with respect to amplitude.

Как также упомянуто выше, битовое разрешение оцифрованного сигнала увеличивают для увеличения амплитуды сигнала отклика на соответствующий измерительный сигнал. В одном конкретном варианте осуществления амплитуду сигнала отклика на сгенерированный измерительный сигнал измеряют в предварительно определенном местоположении трубопровода для измерительных сигналов, соответствующих разным битовым разрешениями. Измерительный сигнал с наивысшей амплитудой затем выбирают и сохраняют в памяти для дальнейшего использования.As also mentioned above, the bit resolution of the digitized signal is increased to increase the amplitude of the response signal to the corresponding measurement signal. In one particular embodiment, the amplitude of the response signal to the generated measurement signal is measured at a predetermined location of the pipeline for measurement signals corresponding to different bit resolutions. The measurement signal with the highest amplitude is then selected and stored in memory for further use.

Подобная процедура также может быть обеспечена посредством уменьшения битового разрешения оцифрованного сигнала, пока не будет обнаружен сигнал отклика измерительного сигнала, который имеет высокую амплитуду, и соответствующий измерительный сигнал затем сохраняют в памяти для дальнейшего использования.A similar procedure can also be achieved by reducing the bit resolution of the digitized signal until a response signal of the measuring signal is detected that has a high amplitude, and the corresponding measuring signal is then stored in memory for further use.

В частности, битовое разрешение оцифрованного сигнала в отношении амплитуды можно выбрать как низкое битовое разрешение, например, разрешение от 1 до 10 бит.In particular, the bit resolution of the digitized signal in terms of amplitude can be selected as a low bit resolution, for example, a resolution of 1 to 10 bits.

Кроме того, в настоящем изобретении раскрывается машиночитаемый программный код с машиночитаемыми командами для выполнения одного из вышеупомянутых способов измерения расхода. Более того, в настоящем изобретении также раскрывается машиночитаемое запоминающее устройство с машиночитаемым программным кодом и специализированный электронный компонент, который применяется для выполнения вышеупомянутого способа измерения расхода.In addition, the present invention discloses a machine-readable program code with machine-readable instructions for performing one of the above-mentioned flow measurement methods. Moreover, the present invention also discloses a machine-readable memory device with a machine-readable program code and a specialized electronic component that is used to perform the above-mentioned flow measurement method.

Кроме того, в настоящем изобретении раскрывается устройство для измерения скорости потока текучейIn addition, the present invention discloses a device for measuring the flow rate of a fluid

- 8 043606 среды в трубопроводе, имеющем устройство из трех измерительных преобразователей. Указанное устройство применяется для выполнения измерения расхода по времени прохождения или времени пролета.- 8 043606 of the medium in a pipeline having a device of three measuring transducers. The specified device is used to perform flow measurement by transit time or time of flight.

Устройство содержит первый соединитель для соединения первого ультразвукового элемента, второй соединитель для соединения второго ультразвукового элемента и третий соединитель для соединения третьего ультразвукового элемента.The device comprises a first connector for connecting a first ultrasonic element, a second connector for connecting a second ultrasonic element, and a third connector for connecting a third ultrasonic element.

Кроме того, устройство содержит передающий блок для отправки импульсных сигналов и для отправки измерительных сигналов, принимающий блок для приема сигналов отклика и блок обработки. Передающий блок, принимающий блок и блок обработки предусмотрены для получения первого измерительного сигнала из первого инвертированного сигнала, для получения второго измерительного сигнала из второго инвертированного сигнала и для сохранения первого измерительного сигнала и второго измерительного сигнала.In addition, the device comprises a transmitting unit for sending pulse signals and for sending measuring signals, a receiving unit for receiving response signals and a processing unit. The transmitting unit, the receiving unit and the processing unit are provided for receiving the first measuring signal from the first inverted signal, for receiving the second measuring signal from the second inverted signal and for storing the first measuring signal and the second measuring signal.

Подобно вышеупомянутым вариантам осуществления получение инвертированного сигнала включает обращение по времени части сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал или сигнал, полученный из него.Similar to the above embodiments, obtaining an inverted signal includes reversing in time a portion of the response signal to a corresponding pulse signal or a signal obtained therefrom.

Блок обработки, передающий блок и принимающий блок применяются для подачи первого предварительно определенного измерительного сигнала в первый соединитель и для приема первого сигнала отклика на первый измерительный сигнал на втором соединителе.The processing unit, the transmitting unit and the receiving unit are used to supply a first predetermined measuring signal to the first connector and to receive a first response signal to the first measuring signal at the second connector.

Кроме того, блок обработки, передающий блок и принимающий блок применяются для подачи второго измерительного сигнала в первый соединитель и для приема второго сигнала отклика на второй измерительный сигнал на третьем соединителе, и для получения скорости потока текучей среды из по меньшей мере одного из первого сигнала отклика и второго сигнала отклика.In addition, the processing unit, the transmitting unit and the receiving unit are used to supply the second measuring signal to the first connector and to receive the second response signal to the second measuring signal at the third connector, and to obtain the flow rate of the fluid from at least one of the first response signal and the second response signal.

Кроме того, блок обработки, передающий блок и принимающий блок могут применяться для выполнения любого из других способов измерения и калибровки, которые описаны выше в отношении устройства с тремя измерительными преобразователями, которые могут быть погружаемыми измерительными преобразователями или накладными измерительными преобразователями.In addition, the processing unit, the transmitting unit and the receiving unit can be used to perform any of the other measurement and calibration methods described above with respect to the device with three measuring transducers, which can be submersible measuring transducers or clamp-on measuring transducers.

Подача сигнала может включать в частности извлечение сохраненного сигнала из компьютерной памяти и генерирование соответствующего электрического сигнала, который затем передают на измерительный преобразователь, обычно посредством кабеля. Кроме того, блок обработки применяется для получения скорости потока текучей среды из по меньшей мере одного из первого сигнала отклика и второго сигнала отклика.The signal supply may include, in particular, retrieving the stored signal from the computer memory and generating a corresponding electrical signal, which is then transmitted to the measuring transducer, typically via a cable. In addition, the processing unit is used to obtain the flow rate of the fluid medium from at least one of the first response signal and the second response signal.

В частности, соединители, передающий блок, принимающий блок и блок обработки могут быть предоставлены времяпролетным ультразвуковым расходомером или его частью и, в частности, портативным времяпролетным ультразвуковым расходомером или его частью.In particular, the connectors, the transmitting unit, the receiving unit and the processing unit may be provided by a time-of-flight ultrasonic flow meter or a part thereof, and in particular by a portable time-of-flight ultrasonic flow meter or a part thereof.

В еще одном аспекте в настоящем изобретении раскрывается устройство для измерения скорости потока текучей среды в трубопроводе в виде устройства по меньшей мере с двумя накладными измерительными преобразователями. В частности, указанное устройство содержит первый соединитель, первый ультразвуковой накладной измерительный преобразователь, который соединен с первым соединителем. Аналогично устройство содержит второй соединитель и второй ультразвуковой накладной измерительный преобразователь, который соединен со вторым соединителем.In another aspect, the present invention discloses a device for measuring the flow rate of a fluid medium in a pipeline in the form of a device with at least two clamp-on measuring transducers. In particular, said device comprises a first connector, a first ultrasonic clamp-on measuring transducer, which is connected to the first connector. Similarly, the device comprises a second connector and a second ultrasonic clamp-on measuring transducer, which is connected to the second connector.

Кроме того, устройство содержит часть трубопровода, при этом первый ультразвуковой накладной измерительный преобразователь установлен на часть трубопровода в первом местоположении, и второй ультразвуковой накладной измерительный преобразователь установлен на часть трубопровода во втором местоположении.In addition, the device comprises a portion of a pipeline, wherein the first ultrasonic clamp-on measuring transducer is installed on the portion of the pipeline in a first location, and the second ultrasonic clamp-on measuring transducer is installed on the portion of the pipeline in a second location.

Накладные измерительные преобразователи расположены так, что соответствующие линии соединения между первым ультразвуковым накладным измерительным преобразователем и вторым ультразвуковым накладным измерительным преобразователем проходят за пределами оси симметрии трубопровода для текучей среды.The clamp-on measuring transducers are arranged so that the corresponding connection lines between the first ultrasonic clamp-on measuring transducer and the second ultrasonic clamp-on measuring transducer pass outside the axis of symmetry of the pipeline for the fluid medium.

Подобно вышеупомянутому устройству, указанное устройство содержит передающий блок для отправки импульсных сигналов и для отправки измерительных сигналов, принимающий блок для приема сигналов отклика и блок обработки для получения измерительного сигнала из инвертированного сигнала.Similar to the above-mentioned device, the said device comprises a transmitting unit for sending pulse signals and for sending measuring signals, a receiving unit for receiving response signals and a processing unit for obtaining a measuring signal from the inverted signal.

Подобно вышеуказанным вариантам осуществления инвертированный сигнал содержит обращенную по времени часть сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал или сигнал, полученный из него.Similar to the above embodiments, the inverted signal comprises a time-reversed portion of the response signal to the corresponding pulse signal or a signal derived therefrom.

Блок обработки, передающий блок и принимающий блок применяются для подачи измерительного сигнала в первый соединитель, для приема сигнала отклика первого (предварительно определенного) измерительного сигнала на втором соединителе и для получения скорости потока текучей среды из сигнала отклика.The processing unit, the transmitting unit and the receiving unit are used to supply a measuring signal to the first connector, to receive a response signal of the first (predetermined) measuring signal at the second connector and to obtain a flow velocity of the fluid from the response signal.

Кроме того, блок обработки, передающий блок и принимающий блок устройства могут применяться для выполнения любого из других способов измерения и калибровки, которые описаны выше в отношении устройства с первым накладным измерительным преобразователем и вторым накладным измерительным преобразователем.In addition, the processing unit, the transmitting unit and the receiving unit of the device can be used to perform any of the other measurement and calibration methods described above in relation to the device with the first clamp-on measuring transducer and the second clamp-on measuring transducer.

В еще одном варианте осуществления устройство содержит цифро-аналоговый преобразователь,In another embodiment, the device comprises a digital-to-analog converter,

- 9 043606 который соединен с соответствующими соединителями, и аналого-цифровой преобразователь, который соединен с соответствующими соединителями. Кроме того, устройство содержит машиночитаемое запоминающее устройство для хранения по меньшей мере одного измерительного сигнала.- 9 043606 which is connected to the corresponding connectors, and an analog-to-digital converter which is connected to the corresponding connectors. In addition, the device contains a machine-readable memory device for storing at least one measuring signal.

Согласно еще одному варианту осуществления устройство содержит прямой цифровой синтезатор сигналов, который содержит АЦП, регистр управления частотой, опорный генератор, генератор с числовым программным управлением и восстанавливающий фильтр низких частот. АЦП выполнен с возможностью соединения с соответствующими соединителями через восстанавливающий фильтр низких частот.According to another embodiment, the device comprises a direct digital signal synthesizer, which comprises an ADC, a frequency control register, a reference generator, a generator with numerical program control and a low-pass recovery filter. The ADC is configured to be connected to the corresponding connectors via a low-pass recovery filter.

Согласно еще одному аспекту в настоящем изобретении раскрывается выполняемый компьютером способ для определения того, измеряет ли данное испытательное устройство или испытываемое устройство скорость потока текучей среды в трубопроводе для текучей среды согласно вышеупомянутому способу измерения. Способ испытания не предоставляет математического доказательства того, что применяется тот же способ, но предоставляет вероятность, которой достаточно для практического применения.According to another aspect, the present invention discloses a computer-executable method for determining whether a given testing device or a device under test measures the flow rate of a fluid in a fluid pipeline according to the above-mentioned measuring method. The testing method does not provide a mathematical proof that the same method is used, but provides a probability that is sufficient for practical application.

Согласно этому способу трубопровод для текучей среды обеспечивают текучей средой, которая имеет предварительно определенную скорость относительно трубопровода для текучей среды.According to this method, a fluid pipeline is provided with a fluid medium that has a predetermined velocity relative to the fluid pipeline.

Трубопровод для текучей среды снабжают первым ультразвуковым измерительным преобразователем и вторым ультразвуковым измерительным преобразователем, которые устанавливают в соответствующих первом и втором местоположениях.The pipeline for a fluid medium is provided with a first ultrasonic measuring transducer and a second ultrasonic measuring transducer, which are installed in corresponding first and second locations.

Испытательный импульсный сигнал подают в первый ультразвуковой измерительный преобразователь испытательного устройства, и испытательный сигнал отклика на испытательный импульсный сигнал принимают на втором ультразвуковом измерительном преобразователе испытательного устройства.The test pulse signal is supplied to the first ultrasonic measuring transducer of the testing device, and the test signal of response to the test pulse signal is received at the second ultrasonic measuring transducer of the testing device.

Первый испытательный измерительный сигнал получают из первого сигнала отклика, причем получение первого измерительного сигнала включает обращение по времени соответствующего первого или второго сигнала отклика, или его части.The first test measuring signal is obtained from the first response signal, wherein obtaining the first measuring signal includes reversing in time the corresponding first or second response signal, or a part thereof.

Первый испытательный измерительный сигнал сравнивают с первым измерительным сигналом, который излучается на измерительном преобразователе испытательного устройства. Определяют, что в испытательном устройстве применяется способ определения скорости потока текучей среды в трубопроводе для текучей среды по одному из пп.1-5, если первый испытательный измерительный сигнал и первый измерительный сигнал являются подобными.The first test measuring signal is compared with the first measuring signal that is emitted on the measuring transducer of the testing device. It is determined that the testing device uses a method for determining the flow rate of a fluid in a pipeline for a fluid according to one of claims 1-5, if the first test measuring signal and the first measuring signal are similar.

В частности, этот способ может быть выполнен для каждой пары измерительных преобразователей, упомянутых в одном из пунктов 1-5, и определяют, что применяется соответствующий способ, если полученные измерительные сигналы являются подобными для каждой такой пары измерительных преобразователей.In particular, this method can be performed for each pair of measuring transducers mentioned in one of paragraphs 1-5, and it is determined that the corresponding method is applied if the obtained measuring signals are similar for each such pair of measuring transducers.

Более конкретно, в отношении способа по п.1, соответствующий способ испытания может дополнительно включать снабжение трубопровода для текучей среды третьим ультразвуковым измерительным преобразователем, подачу испытательного импульсного сигнала в первый ультразвуковой измерительный преобразователь испытательного устройства или во второй ультразвуковой измерительный преобразователь испытательного устройства, прием второго испытательного сигнала отклика на испытательный импульсный сигнал на третьем ультразвуковом измерительном преобразователе испытательного устройства, получение второго испытательного измерительного сигнала из второго испытательного сигнала отклика и сравнение второго испытательного измерительного сигнала со вторым измерительным сигналом, который испускается на измерительном преобразователе испытательного устройства.More specifically, with respect to the method according to claim 1, the corresponding testing method may further include providing the pipeline for a fluid with a third ultrasonic measuring transducer, supplying a test pulse signal to the first ultrasonic measuring transducer of the testing device or to the second ultrasonic measuring transducer of the testing device, receiving a second test response signal to the test pulse signal at the third ultrasonic measuring transducer of the testing device, obtaining a second test measurement signal from the second test response signal, and comparing the second test measurement signal with a second measurement signal that is emitted at the measuring transducer of the testing device.

Определяют, что в испытательном устройстве применяется способ определения скорости потока текучей среды в трубопроводе для текучей среды по п.1, если первый испытательный измерительный сигнал и первый измерительный сигнал являются подобными.It is determined that the testing device uses the method for determining the flow rate of a fluid in a pipeline for a fluid according to paragraph 1, if the first test measuring signal and the first measuring signal are similar.

Предмет настоящего изобретения далее объясняется более подробно со ссылкой на следующие фигуры, на которых на фиг. 1 показано первое устройство расходомера с двумя пьезоэлектрическими элементами;The subject matter of the present invention is now explained in more detail with reference to the following figures, in which Fig. 1 shows a first flow meter device with two piezoelectric elements;

на фиг. 2 показано устройство расходомера по фиг. 1 с одним прямым сигналом и двумя рассеянными сигналами;Fig. 2 shows the device of the flow meter according to Fig. 1 with one direct signal and two scattered signals;

на фиг. 3 показано устройство расходомера по фиг. 1, при взгляде в направлении потока;Fig. 3 shows the device of the flow meter according to Fig. 1, when viewed in the direction of flow;

на фиг. 4 показано второе устройство расходомера с четырьмя пьезоэлектрическими элементами и четырьмя прямыми сигналами;Fig. 4 shows a second flow meter device with four piezoelectric elements and four direct signals;

на фиг. 5 показано устройство расходомера по фиг. 4, при взгляде в направлении потока;Fig. 5 shows the flow meter device according to Fig. 4, viewed in the direction of flow;

на фиг. 6 показано схематическое представление испытательного сигнала;Fig. 6 shows a schematic representation of the test signal;

на фиг. 7 показано схематическое представление отклика испытательного сигнала;Fig. 7 shows a schematic representation of the response of the test signal;

на фиг. 8 показано схематическое представление инвертированного сигнала;Fig. 8 shows a schematic representation of the inverted signal;

на фиг. 9 показано схематическое представление отклика от инвертированного сигнала;Fig. 9 shows a schematic representation of the response from an inverted signal;

на фиг. 10 показан первый инвертированный сигнал в высоком разрешении;Fig. 10 shows the first inverted signal in high resolution;

на фиг. 11 показан отклик инвертированного сигнала по фиг. 10;Fig. 11 shows the response of the inverted signal of Fig. 10;

на фиг. 12 показан еще один инвертированный сигнал в высоком разрешении;Fig. 12 shows another inverted signal in high resolution;

на фиг. 13 показан отклик инвертированного сигнала по фиг. 12;Fig. 13 shows the response of the inverted signal of Fig. 12;

на фиг. 14 показан еще один инвертированный сигнал в высоком разрешении;Fig. 14 shows another high resolution inverted signal;

- 10 043606 на фиг. 15 показан отклик инвертированного сигнала по фиг. 14;- 10 043606 in Fig. 15 the response of the inverted signal from Fig. 14 is shown;

на фиг. 16 показан еще один инвертированный сигнал в высоком разрешении;Fig. 16 shows another inverted signal in high resolution;

на фиг. 17 показан отклик инвертированного сигнала по фиг. 16;Fig. 17 shows the response of the inverted signal of Fig. 16;

на фиг. 18 показан еще один инвертированный сигнал в высоком разрешении;Fig. 18 shows another high resolution inverted signal;

на фиг. 19 показан отклик инвертированного сигнала по фиг. 18;Fig. 19 shows the response of the inverted signal of Fig. 18;

на фиг. 20 показан еще один инвертированный сигнал в высоком разрешении;Fig. 20 shows another high resolution inverted signal;

на фиг. 21 показан отклик инвертированного сигнала по фиг. 20;Fig. 21 shows the response of the inverted signal of Fig. 20;

на фиг. 22 показан еще один инвертированный сигнал в высоком разрешении;Fig. 22 shows another inverted signal in high resolution;

на фиг. 23 показан отклик инвертированного сигнала по фиг. 22;Fig. 23 shows the response of the inverted signal of Fig. 22;

на фиг. 24 показан еще один инвертированный сигнал в высоком разрешении;Fig. 24 shows another inverted signal in high resolution;

на фиг. 25 показан отклик инвертированного сигнала по фиг. 24;Fig. 25 shows the response of the inverted signal of Fig. 24;

на фиг. 26 показан еще один инвертированный сигнал в высоком разрешении;Fig. 26 shows another inverted signal in high resolution;

на фиг. 27 показан отклик инвертированного сигнала по фиг. 26;Fig. 27 shows the response of the inverted signal of Fig. 26;

на фиг. 28 показан еще один инвертированный сигнал в 12-битном разрешении;Fig. 28 shows another inverted signal in 12-bit resolution;

на фиг. 29 показан отклик сигнала по фиг. 28;Fig. 29 shows the response of the signal from Fig. 28;

на фиг. 30 показан еще один инвертированный сигнал в 3-битном разрешении;Fig. 30 shows another inverted signal in 3-bit resolution;

на фиг. 31 показан отклик сигнала по фиг. 30;Fig. 31 shows the response of the signal from Fig. 30;

на фиг. 32 показан еще один инвертированный сигнал в 2-битном разрешении;Fig. 32 shows another inverted signal in 2-bit resolution;

на фиг. 33 показан отклик сигнала по фиг. 32;Fig. 33 shows the response of the signal from Fig. 32;

на фиг. 34 показан еще один инвертированный сигнал в 1-битном разрешении;Fig. 34 shows another inverted signal in 1-bit resolution;

на фиг. 35 показан отклик сигнала по фиг. 34;Fig. 35 shows the response of the signal from Fig. 34;

на фиг. 36 показан короткий импульс на пьезоэлектрическом элементе расходомера по фиг. 1;Fig. 36 shows a short pulse on the piezoelectric element of the flow meter of Fig. 1;

на фиг. 37 показан сигнал пьезоэлектрического элемента расходомера по фиг. 1, который получен из инвертированного отклика сигнала по фиг. 36;Fig. 37 shows a signal from the piezoelectric element of the flow meter of Fig. 1, which is obtained from the inverted response of the signal of Fig. 36;

на фиг. 38 показан отклик сигнала по фиг. 37;Fig. 38 shows the response of the signal from Fig. 37;

на фиг. 39 показана функция взаимной корреляции выше по потоку и ниже по потоку;Fig. 39 shows the upstream and downstream cross-correlation function;

на фиг. 40 показан увеличенный вид участка по фиг. 39;Fig. 40 shows an enlarged view of the section of Fig. 39;

на фиг. 41 показан сигнал отклика инвертированного сигнала для 12-градусного рассогласования относительно противоположного размещения пьезоэлектрических элементов;Fig. 41 shows the response signal of the inverted signal for a 12-degree misalignment relative to the opposite placement of the piezoelectric elements;

на фиг. 42 показано устройство датчиков типа многие к одному для измерения расхода согласно настоящему изобретению;Fig. 42 shows the arrangement of many-to-one flowmeter sensors according to the present invention;

на фиг. 43 показано устройство датчиков типа один ко многим для измерения расхода согласно настоящему изобретению;Fig. 43 shows the arrangement of one-to-many type sensors for flow measurement according to the present invention;

на фиг. 44 показано устройство датчиков типа один к одному для измерения расхода в слое согласно настоящему изобретению;Fig. 44 shows a one-to-one arrangement of flow rate sensors in a layer according to the present invention;

на фиг. 45 показано устройство со множеством датчиков для измерения расхода в нескольких слоях согласно настоящему изобретению;Fig. 45 shows a device with multiple sensors for measuring flow in several layers according to the present invention;

на фиг. 46 показано устройство для измерения скорости потока согласно настоящему изобретению;Fig. 46 shows a device for measuring flow rate according to the present invention;

на фиг. 47 показан прямой цифровой синтезатор для использования в устройстве по фиг. 46;Fig. 47 shows a direct digital synthesizer for use in the device of Fig. 46;

на фиг. 48 показано продольное сечение асимметричного размещения измерительных преобразователей;Fig. 48 shows a longitudinal section of the asymmetric placement of measuring transducers;

на фиг. 49 показано поперечное сечение размещения по фиг. 49;Fig. 49 shows a cross-section of the arrangement according to Fig. 49;

на фиг. 50 показан измерительный сигнал с одним циклом для измерения времени пролета;Fig. 50 shows a single cycle measurement signal for time-of-flight measurement;

на фиг. 51 показан измерительный сигнал с десятью циклами для измерения времени пролета;Fig. 51 shows a measuring signal with ten cycles for measuring the time of flight;

на фиг. 52 показан измерительный сигнал, который получен из обращенного по времени сигнала;Fig. 52 shows a measuring signal obtained from a time-reversed signal;

на фиг. 53 показан сигнал отклика сигнала по фиг. 50, когда канал передачи обеспечен асимметричным устройством по фиг. 48 и 49;Fig. 53 shows a response signal of the signal of Fig. 50, when the transmission channel is provided with an asymmetric device of Figs. 48 and 49;

на фиг. 54 показан сигнал отклика сигнала по фиг. 51 для устройства по фиг. 48 и 49;Fig. 54 shows a response signal of the signal of Fig. 51 for the device of Figs. 48 and 49;

на фиг. 55 показан сигнал отклика сигнала по фиг. 52 для устройства по фиг. 48 и 49;Fig. 55 shows a response signal of the signal of Fig. 52 for the device of Figs. 48 and 49;

на фиг. 56 показана процедура получения измерительных сигналов, соответствующая двум путям сигнала в размещении с тремя измерительными преобразователями;Fig. 56 shows the procedure for obtaining measuring signals corresponding to two signal paths in an arrangement with three measuring transducers;

на фиг. 57 показано измерение расхода по ВП с использованием измерительных сигналов, полученных в способе по п.56;Fig. 57 shows the measurement of the flow rate by the VP using the measuring signals obtained in the method according to item 56;

на фиг. 58 показано два разных размещения двух измерительных преобразователей на трубопроводе;Fig. 58 shows two different placements of two measuring transducers on a pipeline;

на фиг. 59 показаны распределения давления измерительных сигналов, полученных в расположении по фиг. 58;Fig. 59 shows the pressure distributions of the measuring signals obtained in the arrangement according to Fig. 58;

на фиг. 60 показан пример способа определения того, использует ли испытуемое устройство тот же способ измерения расхода, что и контрольное устройство.Fig. 60 shows an example of a method for determining whether the device under test uses the same flow measurement method as the control device.

В следующем описании приведены детали для описания вариантов осуществления настоящего изобретения. Однако для специалиста в данной области техники должно быть очевидно, что варианты осуществления могут быть осуществлены на практике без таких деталей.In the following description, details are given to describe embodiments of the present invention. However, it will be apparent to one skilled in the art that the embodiments can be practiced without such details.

Некоторые части вариантов осуществления, которые представлены на графических материалах, об- 11 043606 ладают подобными частями. Подобные части имеют одинаковые названия или одинаковые номера частей с главным символом или алфавитным символом. Описание таких подобных частей также применимо по ссылке к другим подобным частям, где уместно, тем самым сокращая повторение текста без ограничения настоящего изобретения.Some parts of the embodiments that are shown in the drawings have similar parts. Similar parts have the same names or the same part numbers with a main symbol or alphabetic symbol. The description of such similar parts is also applicable by reference to other similar parts, where appropriate, thereby reducing repetition of text without limiting the present invention.

На фиг. 1 показано первое устройство 10 расходомера. В устройстве в виде расходомера первый пьезоэлектрический элемент 11 размещен на внешней стенке трубы 12, которая также называется трубкой 12. Второй пьезоэлектрический элемент 13 расположен на противоположной стороне трубы 12 так, что прямая линия между пьезоэлектрическим элементом 11 и расположенным ниже по потоку пьезоэлектрическим элементом 13 ориентирована под углом β к направлению 14 среднего потока, которое в то же время является направлением оси симметрии трубы 12. Угол β выбран равным приблизительно 45° в примере по фиг. 1, но он также может быть больше, таким как, например, 60°, или меньше, таким как, например, 30°.In Fig. 1 a first device 10 of a flow meter is shown. In the device in the form of a flow meter, a first piezoelectric element 11 is arranged on the outer wall of a pipe 12, which is also called a tube 12. A second piezoelectric element 13 is arranged on the opposite side of the pipe 12 so that a straight line between the piezoelectric element 11 and the piezoelectric element 13 located downstream is oriented at an angle β to the direction 14 of the average flow, which is at the same time the direction of the axis of symmetry of the pipe 12. The angle β is selected to be approximately 45° in the example of Fig. 1, but it can also be larger, such as, for example, 60°, or smaller, such as, for example, 30°.

Пьезоэлектрический элемент, такой как пьезоэлектрические элементы 11, 13 по фиг. 1, может в целом работать в качестве акустического передатчика и в качестве акустического датчика. Акустический передатчик и акустический датчик могут быть обеспечены тем же пьезоэлектрическим элементом или разными участками того же пьезоэлектрического элемента. В данном случае пьезоэлектрический элемент или измерительный преобразователь также называется пьезоэлектрическим передатчиком, когда он работает в качестве передатчика или источника звука, и он также называется акустическим датчиком или приемником, когда он работает в качестве акустического датчика.A piezoelectric element, such as piezoelectric elements 11, 13 in Fig. 1, can generally operate as an acoustic transmitter and as an acoustic sensor. The acoustic transmitter and the acoustic sensor can be provided with the same piezoelectric element or different sections of the same piezoelectric element. In this case, the piezoelectric element or measuring transducer is also called a piezoelectric transmitter when it operates as a transmitter or sound source, and it is also called an acoustic sensor or receiver when it operates as an acoustic sensor.

Когда направление потока является таким, как показано на фиг. 1, первый пьезоэлектрический элемент 11 также называется расположенным выше по потоку пьезоэлектрическим элементом, а второй пьезоэлектрический элемент 13 также называется расположенным ниже по потоку пьезоэлектрическим элементом. Расходомер согласно настоящему изобретению работает в обоих направлениях потока по существу одинаково, и направление потока по фиг. 1 приведено лишь в качестве примера.When the flow direction is as shown in Fig. 1, the first piezoelectric element 11 is also called an upstream piezoelectric element, and the second piezoelectric element 13 is also called a downstream piezoelectric element. The flow meter according to the present invention operates in both flow directions essentially the same, and the flow direction in Fig. 1 is given only as an example.

На фиг. 1 показан поток электрических сигналов по фиг. 1 для конфигурации, в которой расположенный выше по потоку пьезоэлектрический элемент 11 работает в качестве пьезоэлектрического измерительного преобразователя, а расположенный ниже по потоку пьезоэлектрический элемент 13 работает в качестве акустического датчика. Для ясности устройство работает выше по потоку и ниже по потоку, т.е. положение пьезоэлектрических элементов может взаимозаменяться.Fig. 1 shows the flow of electrical signals according to Fig. 1 for a configuration in which the upstream piezoelectric element 11 operates as a piezoelectric measuring transducer and the downstream piezoelectric element 13 operates as an acoustic sensor. For clarity, the device operates upstream and downstream, i.e. the position of the piezoelectric elements can be interchanged.

Первый блок 15 вычисления соединен с расположенным выше по потоку пьезоэлектрическим элементом 11, а второй блок 16 вычисления соединен с расположенным ниже по потоку пьезоэлектрическим элементом 13. Первый блок 15 вычисления содержит первый цифровой сигнальный процессор, первый цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Подобным образом, второй блок 16 вычисления содержит второй цифровой сигнальный процессор, второй цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и второй аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Первый блок 15 вычисления соединен со вторым блоком 16 вычисления.The first calculation unit 15 is connected to the upstream piezoelectric element 11, and the second calculation unit 16 is connected to the downstream piezoelectric element 13. The first calculation unit 15 comprises a first digital signal processor, a first digital-to-analog converter (DAC) and a first analog-to-digital converter (ADC). Similarly, the second calculation unit 16 comprises a second digital signal processor, a second digital-to-analog converter (DAC) and a second analog-to-digital converter (ADC). The first calculation unit 15 is connected to the second calculation unit 16.

Устройство с двумя блоками 15, 16 вычисления, показанными на фиг. 1, приведено лишь в качестве примера. Другие варианты осуществления могут иметь разные номера и расположения блоков вычисления. Например, может быть только один центральный блок вычисления, или может быть два аналогоцифровых/цифро-аналоговых преобразователя и один центральный блок вычисления, или может быть два небольших блока вычисления на измерительных преобразователях и один больший центральный блок вычисления.The device with two calculation units 15, 16 shown in Fig. 1 is given only as an example. Other embodiments may have different numbers and arrangements of the calculation units. For example, there may be only one central calculation unit, or there may be two analog-to-digital/digital-to-analog converters and one central calculation unit, or there may be two small calculation units on the measuring converters and one larger central calculation unit.

Блок вычисления или блоки вычисления могут быть обеспечены микроконтроллерами или специализированными интегральными схемами (ASIC), или программируемыми пользователем матрицами логических элементов (FPGA), например. Более того, синтез электрического сигнала из сохраненного цифрового сигнала может быть обеспечен прямым цифровым синтезатором (ПЦС), который содержит цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).The computing unit or units may be provided by microcontrollers or application-specific integrated circuits (ASICs), or field-programmable gate arrays (FPGAs), for example. Moreover, the synthesis of the electrical signal from the stored digital signal may be provided by a direct digital synthesizer (DDS), which contains a digital-to-analog converter (DAC).

Способ генерирования измерительного сигнала согласно настоящему изобретению включает следующие этапы.The method for generating a measuring signal according to the present invention includes the following steps.

Предварительно определенный цифровой испытательный сигнал генерируется путем синтезирования акустического сигнала посредством цифрового сигнального процессора первого блока 15 вычисления. Цифровой испытательный сигнал отправляется из первого блока 15 вычисления в пьезоэлектрический измерительный преобразователь 11 по пути 17 сигнала. Пьезоэлектрический измерительный преобразователь 11 генерирует соответственный ультразвуковой испытательный сигнал. Блоки 15 и 16 могут также быть предусмотрены в одном отдельном блоке.A predetermined digital test signal is generated by synthesizing an acoustic signal by means of a digital signal processor of the first computing unit 15. The digital test signal is sent from the first computing unit 15 to the piezoelectric measuring transducer 11 via a signal path 17. The piezoelectric measuring transducer 11 generates a corresponding ultrasonic test signal. The units 15 and 16 can also be provided in one separate unit.

Испытательный сигнал предусмотрен в качестве короткого импульса, например, с одним колебанием в 1 МГц или с 10 такими колебаниями. В частности, испытательный сигнал может быть предусмотрен с небольшим количеством колебаний с постоянной амплитудой, тем самым приблизительно соответствуя прямоугольному сигналу. Колебание или колебания могут иметь синусоидальную форму, треугольную форму, прямоугольную форму или также другие формы.The test signal is provided as a short pulse, for example with one oscillation of 1 MHz or with 10 such oscillations. In particular, the test signal can be provided with a small number of oscillations with constant amplitude, thus approximately corresponding to a rectangular signal. The oscillation or oscillations can have a sinusoidal shape, a triangular shape, a rectangular shape or also other shapes.

Ультразвуковой испытательный сигнал проходит через жидкость в трубе 12 к пьезоэлектрическомуAn ultrasonic test signal passes through the liquid in pipe 12 to the piezoelectric

- 12 043606 датчику 13. На фиг. 1 прямой путь ультразвукового сигнала указан стрелкой 18. Подобным образом, прямой путь ультразвукового сигнала в обратном направлении указан стрелкой 19. Сигнал отклика принимается пьезоэлектрическим датчиком 13, отправляется во второй блок 16 вычисления по пути 20 сигнала и оцифровывается вторым блоком 16 вычисления.- 12 043606 to the sensor 13. In Fig. 1, the direct path of the ultrasonic signal is indicated by arrow 18. Similarly, the direct path of the ultrasonic signal in the opposite direction is indicated by arrow 19. The response signal is received by the piezoelectric sensor 13, sent to the second computing unit 16 via signal path 20 and digitized by the second computing unit 16.

На дальнейшем этапе цифровой измерительный сигнал получают из оцифрованного сигнала отклика. Получение измерения относится к обращению оцифрованного сигнала отклика по отношению ко времени. Согласно дополнительным вариантам осуществления получение включает дополнительные этапы, такие как преобразование в уменьшенное разрешение в диапазоне амплитуды, полосовая фильтрация сигнала для устранения шума, такого как низкочастотный шум и высокочастотный шум. В частности, этап полосовой фильтрации может быть выполнен перед этапом обращения сигнала по отношению ко времени.In a further step, a digital measurement signal is obtained from the digitized response signal. Obtaining the measurement refers to inverting the digitized response signal with respect to time. According to further embodiments, the obtaining includes further steps, such as converting to a reduced resolution in the amplitude range, bandpass filtering the signal to eliminate noise, such as low-frequency noise and high-frequency noise. In particular, the bandpass filtering step can be performed before the step of inverting the signal with respect to time.

Обращение сигнала может быть осуществлено различными способами, например, путем считывания области памяти в обратном направлении или путем обращения знака синусоидальных компонентов в представлении Фурье.Signal inversion can be accomplished in various ways, such as by reading the memory region backwards or by reversing the sign of the sinusoidal components in the Fourier representation.

В одном варианте осуществления выбирается подходящая часть оцифрованного сигнала отклика, которая содержит ответ из прямого сигнала. Часть сигнала отклика затем поворачивается, или инвертируется, по отношению ко времени.In one embodiment, a suitable portion of the digitized response signal is selected that contains the response from the direct signal. The portion of the response signal is then rotated, or inverted, with respect to time.

Другими словами, части сигнала отклика, которые принимаются позже, отправляются раньше в инвертированный измерительный сигнал. Если сигнал представлен последовательностью с временным порядком дискретных значений амплитуды, в качестве примера, вышеупомянутое инвертирование сигнала означает инвертирование или обращение порядка дискретных значений амплитуды.In other words, the parts of the response signal that are received later are sent earlier to the inverted measurement signal. If the signal is represented by a sequence with a time order of discrete amplitude values, as an example, the above-mentioned signal inversion means inverting or reversing the order of discrete amplitude values.

Полученный в результате сигнал, в котором направление, или знак, времени было инвертировано, также называется инвертированным сигналом. Выражение инвертированный в данном контексте относится к инверсии по отношению к направлению времени, а не к инверсии по отношению к значению, такому как значение амплитуды.The resulting signal in which the direction, or sign, of time has been inverted is also called an inverted signal. The term inverted in this context refers to inversion with respect to the direction of time, not inversion with respect to a value such as an amplitude value.

На фиг. 10-19 показаны в качестве примера цифровые сигналы согласно настоящему изобретению.Fig. 10-19 show as an example digital signals according to the present invention.

В расходомере согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения один и тот же измерительный сигнал используется для обоих направлений 18, 19, направление ниже по потоку и выше по потоку, предоставляя простое и эффективное устройство. Согласно другим вариантам осуществления разные измерительные сигналы используются для обоих направлений. В частности, измерительный сигнал может быть подан к начальному приемнику испытательного сигнала. Такие устройства могут предоставлять преимущества для асимметричных положений и форм трубы.In a flow meter according to one embodiment of the present invention, the same measuring signal is used for both directions 18, 19, the downstream and upstream direction, providing a simple and effective device. According to other embodiments, different measuring signals are used for both directions. In particular, the measuring signal can be supplied to the initial receiver of the test signal. Such devices can provide advantages for asymmetrical positions and shapes of the pipe.

Способ измерения скорости потока жидкости через трубу, в котором используется вышеупомянутый инвертированный сигнал в качестве измерительного сигнала, включает следующие этапы.A method for measuring the flow rate of a liquid through a pipe, which uses the above-mentioned inverted signal as a measuring signal, comprises the following steps.

Вышеупомянутый измерительный сигнал отправляется из первого блока 15 вычисления в пьезоэлектрический измерительный преобразователь 11 по пути 17 сигнала. Пьезоэлектрический измерительный преобразователь 11 генерирует соответствующий ультразвуковой измерительный сигнал. Примеры такого измерительного сигнала предоставлены на фиг. 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 37 и 38.The above-mentioned measuring signal is sent from the first calculating unit 15 to the piezoelectric measuring transducer 11 via the signal path 17. The piezoelectric measuring transducer 11 generates a corresponding ultrasonic measuring signal. Examples of such a measuring signal are provided in Fig. 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 37 and 38.

Ультразвуковой измерительный сигнал проходит через жидкость в трубе 12 к пьезоэлектрическому датчику 13. Сигнал отклика принимается пьезоэлектрическим датчиком 13, отправляется во второй блок 16 вычисления по пути 20 сигнала и оцифровывается вторым блоком 16 вычисления.The ultrasonic measuring signal passes through the liquid in the pipe 12 to the piezoelectric sensor 13. The response signal is received by the piezoelectric sensor 13, sent to the second computing unit 16 along the signal path 20 and digitized by the second computing unit 16.

Второй блок 16 вычисления отправляет оцифрованный сигнал отклика в первый блок 15 вычисления. Первый блок 15 вычисления определяет время пролета принятого сигнала, например, с помощью одного из способов, описанных далее.The second calculation unit 16 sends the digitized response signal to the first calculation unit 15. The first calculation unit 15 determines the flight time of the received signal, for example, using one of the methods described below.

Подобный способ осуществляется для сигнала, проходящего в обратном направлении 19, а именно вышеупомянутый измерительный сигнал подается в расположенный ниже по потоку пьезоэлектрический элемент 13, и сигнал отклика измеряется расположенным выше по потоку пьезоэлектрическим элементом 11 для получения времени пролета выше по потоку (TOF_up) в обратном направлении 19. Первый блок 15 вычисления определяет скорость потока, например, согласно формуле с2 V = 2-L-cos^ ' ^T0Fup - TOFdown) , где L представляет собой длину прямого пути между пьезоэлектрическими элементами 11, 13; β представляет собой угол наклона прямого пути между пьезоэлектрическими элементами 11, 13 и направлением среднего потока; и с представляет собой скорость звука в жидкости при заданных условиях давления и температуры.A similar method is carried out for the signal passing in the reverse direction 19, namely, the above-mentioned measuring signal is fed to the piezoelectric element 13 located downstream, and the response signal is measured by the piezoelectric element 11 located upstream to obtain the time of flight upstream (TOF_up) in the reverse direction 19. The first calculation unit 15 determines the flow velocity, for example, according to the formula with 2 V = 2-L-cos^ ' ^ T0F up - TOF down ), where L is the length of the straight path between the piezoelectric elements 11, 13; β is the angle of inclination of the straight path between the piezoelectric elements 11, 13 and the direction of the average flow; and c is the speed of sound in the liquid under the given conditions of pressure and temperature.

Квадрат скорости звука сЛ2 может быть аппроксимирован до второго порядка посредством выражения:The square of the speed of sound with L 2 can be approximated to the second order by the expression:

TOFUp * TOFdown что приводит к формуле:TOF U p * TOFdown which leads to the formula:

- 13 043606- 13 043606

L TOFup ~TOFdown v —--2 * cos β T0Fup * T0Fdown L TOF up ~TOF down v —--2 * cos β T0F up * T0F down

При этом нет необходимости определять температуру или давление, которые в свою очередь определяют плотность текучей среды и скорость звука, или непосредственно измерять скорость звука или плотность текучей среды. И наоборот, первый порядок ошибки не исключается только для одного направления измерения.There is no need to determine the temperature or pressure, which in turn determine the density of the fluid and the speed of sound, or to directly measure the speed of sound or the density of the fluid. Conversely, the first order of error is not excluded for only one direction of measurement.

Вместо использования коэффициента 2 I cos β множитель пропорциональности может быть получен из калибровочного измерения с известной скоростью потока. Множитель пропорциональности калибровки учитывает дополнительные эффекты, такие как профили потока и влияния звуковых волн, которые были рассеяны и не проходят по прямой линии.Instead of using the factor 2 I cos β, the proportionality factor can be derived from a calibration measurement with a known flow velocity. The calibration proportionality factor takes into account additional effects such as flow profiles and the effects of sound waves that have been scattered and do not travel in a straight line.

Согласно дополнительному варианту осуществления процесс генерирования импульсного сигнала, записи сигнала отклика и получения инвертированного измерительного сигнала из сигнала отклика моделируется в компьютере. Параметры, имеющие важное значение, такие как диаметр трубы 12 и места расположения датчиков, предусмотрены в виде входных параметров для моделирования.According to a further embodiment, the process of generating a pulse signal, recording a response signal and obtaining an inverted measuring signal from the response signal is simulated in a computer. Parameters that are important, such as the diameter of the pipe 12 and the locations of the sensors, are provided as input parameters for the simulation.

Согласно еще одному варианту осуществления измерительный сигнал, который должен подаваться в передающий пьезоэлектрический элемент, синтезируется с использованием формы обычного сигнала отклика в импульсный сигнал, на примере форм сигнала, показанных на фиг. 37 и 38. Например, измерительный сигнал может быть предусмотрен с синусоидальным колебанием в 1 МГц, которое модулировано по амплитуде с огибающей согласно гауссовской функции вероятности при полуширине 10 мкс. Полуширина может быть выбрана в качестве входного параметра, который зависит от текущих параметров, таких как диаметр трубы и место расположения датчика.According to another embodiment, the measuring signal to be supplied to the transmitting piezoelectric element is synthesized using the shape of a conventional response signal into a pulse signal, as exemplified by the waveforms shown in Figs. 37 and 38. For example, the measuring signal can be provided with a 1 MHz sinusoidal oscillation, which is amplitude modulated with an envelope according to a Gaussian probability function with a half-width of 10 μs. The half-width can be selected as an input parameter, which depends on current parameters, such as the diameter of the pipe and the location of the sensor.

Расходомер согласно настоящему изобретению может также быть предоставлен в качестве предварительного определенного расходомера, в котором измерительный сигнал генерируется во время сеанса испытания на территории завода, в частности, когда расходомер поставляется вместе с секцией трубы.The flow meter according to the present invention can also be provided as a predetermined flow meter, in which the measurement signal is generated during a test session at the plant site, in particular when the flow meter is supplied together with a pipe section.

Согласно простому варианту осуществления настоящего изобретения время пролета в направлении выше по потоку и ниже по потоку определяется путем оценивания времени максимальной амплитуды принятого сигнала по отношению к времени отправки измерительного сигнала. Для достижения большей точности максимум может быть определен с использованием огибающей принятого сигнала. Согласно дополнительному варианту осуществления измерение повторяют несколько раз, и используется среднее время пролета.According to a simple embodiment of the present invention, the time of flight in the upstream and downstream direction is determined by estimating the time of the maximum amplitude of the received signal relative to the time of sending the measurement signal. In order to achieve greater accuracy, the maximum can be determined using the envelope of the received signal. According to a further embodiment, the measurement is repeated several times, and the average time of flight is used.

Согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения время пролета сигнала оценивают с использованием метода взаимной корреляции. В частности, соответствующие смещения по времени могут быть оценены путем взаимной корреляции принятого ниже по потоку или выше по потоку сигнала с принятым сигналом при нулевой скорости потока согласно формуле: СОAccording to a further embodiment of the present invention, the time of flight of the signal is estimated using a cross-correlation method. In particular, the corresponding time offsets can be estimated by cross-correlating the received downstream or upstream signal with the received signal at zero flow rate according to the formula: CO

ССогг(т) = SigFlow(t)-SigNoFlow(t + τ), t = — 00 где Sig_Flow представляет сигнал выше по потоку или ниже по потоку при условии измерения, когда есть расход текучей среды через трубу, и где Sig_NoFlow представляет сигнал при условии калибровки с нулевым расходом. Пределы бесконечной суммы представляют достаточно большое временное окно [-Т1, +Т2]. В общем, -Т1 и +Т2 не должны быть одинаковыми, и с практической точки зрения это может быть преимущественным для расходомера.SigFlow(t) = SigFlow (t) -SigNoFlow (t + τ), t = - 00 where Sig_Flow represents the upstream or downstream signal under the measurement condition when there is fluid flow through the pipe, and where Sig_NoFlow represents the signal under the calibration condition with zero flow. The infinite sum limits represent a sufficiently large time window [-T1, +T2]. In general, -T1 and +T2 do not have to be the same, and from a practical point of view this can be an advantage for a flow meter.

Смещение по времени TOF_up - TOF_down затем получают путем сравнения времени максимума корреляционной функции выше по потоку с временем максимума корреляционной функции ниже по потоку. Огибающая корреляционной функции может быть использована для более точного определения места максимума.The TOF_up - TOF_down time offset is then obtained by comparing the time of the maximum of the upstream correlation function with the time of the maximum of the downstream correlation function. The envelope of the correlation function can be used to more accurately determine the location of the maximum.

В еще одном варианте осуществления отдельный блок оценивания предусмотрен между первым блоком 15 вычисления и вторым блоком 16 вычисления, который выполняет оценивание времени поступления сигнала и скорости потока.In another embodiment, a separate evaluation unit is provided between the first calculation unit 15 and the second calculation unit 16, which performs the evaluation of the signal arrival time and the flow rate.

В общем, измеренный сигнал акустического датчика получается из наложения рассеянных сигналов и прямого сигнала. Рассеянные сигналы отражаются от внутренних и внешних стенок трубы один или множество раз, включая процессы дополнительного рассеивания в стенке трубы. Это показано в качестве примера на фиг. 2.In general, the measured signal of an acoustic sensor is obtained from the superposition of scattered signals and the direct signal. The scattered signals are reflected from the inner and outer walls of the pipe one or more times, including additional scattering processes in the pipe wall. This is shown as an example in Fig. 2.

Конфигурация измерительного преобразователя по фиг. 1 представляет собой прямолинейную или Z-образную конфигурацию. Другие расположения, в которых используются отражения на противоположной стороне трубы, также возможны, такие как V- и W-образная конфигурация. V- и W-образная конфигурация работают на основе отражений на стенке трубы, которые индуцируют больше рассеяния, чем Z-образная конфигурация. Предмет изобретения имеет преимущества с данными конфигурациями при условии, что пути понимаются правильно.The configuration of the measuring transducer of Fig. 1 is a straight-line or Z-configuration. Other arrangements that utilize reflections on the opposite side of the pipe are also possible, such as a V- and W-configuration. The V- and W-configuration operate based on reflections on the pipe wall, which induce more scattering than the Z-configuration. The subject invention has advantages with these configurations, provided that the paths are understood correctly.

В V-образной конфигурации два измерительных преобразователя установлены на одной и той же стороне трубы. Для записи отражения в 45° они размещены на расстоянии приблизительно диаметраIn the V-configuration, two measuring transducers are mounted on the same side of the pipe. To record a 45° reflection, they are spaced approximately one diameter apart.

- 14 043606 трубы в направлении потока. В W-образной конфигурации используются три отражения. Подобно Vобразной конфигурации два измерительных преобразователя установлены на одной и той же стороне трубы. Для записи сигнала после двух отражений в 45° они размещены на расстоянии двух диаметров трубы в направлении потока.- 14 043606 pipes in the direction of flow. In the W-configuration, three reflections are used. Similar to the V-configuration, two measuring transducers are mounted on the same side of the pipe. To record the signal after two reflections at 45°, they are placed at a distance of two pipe diameters in the direction of flow.

На фиг. 2 показаны, в качестве примера, первый акустический сигнал 1, который проходит прямо с пьезоэлектрического элемента 11 на пьезоэлектрический элемент 13, второй акустический сигнал 2, который рассеивается один раз на окружности трубы 12, и третий сигнал 3, который рассеивается три раза на окружности трубы 12.Fig. 2 shows, as an example, a first acoustic signal 1, which passes directly from the piezoelectric element 11 to the piezoelectric element 13, a second acoustic signal 2, which is scattered once on the circumference of the pipe 12, and a third signal 3, which is scattered three times on the circumference of the pipe 12.

Для простоты случаи рассеяния показаны в виде отражений на фиг. 2-5, но действительный процесс рассеяния может быть более сложным. В частности, рассеяние, имеющее наиболее важное значение, происходит, как правило, на стенке трубы или на материале, который установлен спереди от пьезоэлектрических измерительных преобразователей. На фиг. 3 показан вид по фиг. 2 в направлении потока в направлении наблюдения А-А.For simplicity, the scattering events are shown as reflections in Figs. 2-5, but the actual scattering process may be more complex. In particular, the scattering of greatest importance typically occurs on the pipe wall or on the material that is mounted in front of the piezoelectric measuring transducers. Fig. 3 shows the view of Fig. 2 in the flow direction in the observation direction A-A.

На фиг. 4 и 5 показано второе расположение датчиков, в котором дополнительный пьезоэлектрический элемент 22 расположен под углом 45° к пьезоэлектрическому элементу 11 и дополнительный пьезоэлектрический элемент 23 расположен под углом 45° к пьезоэлектрическому элементу 13.Fig. 4 and 5 show a second arrangement of sensors, in which the additional piezoelectric element 22 is located at an angle of 45° to the piezoelectric element 11 and the additional piezoelectric element 23 is located at an angle of 45° to the piezoelectric element 13.

Кроме того, на фиг. 4 и 5 показана прямая или ровная линия, пути акустического сигнала для ситуации, в которой пьезоэлектрические элементы 11, 22 работают как пьезо- измерительные преобразователи, а пьезоэлектрические элементы 13, 23 работают в качестве акустических датчиков. Пьезоэлектрический элемент 23, который находится позади трубы 12 в виде по фиг. 4, показан пунктирной линией на фиг. 4.In addition, Fig. 4 and 5 show a straight or level line, the acoustic signal path for a situation in which the piezoelectric elements 11, 22 operate as piezo-measuring transducers and the piezoelectric elements 13, 23 operate as acoustic sensors. The piezoelectric element 23, which is located behind the pipe 12 in the view of Fig. 4, is shown by a dotted line in Fig. 4.

На фиг. 6-9 показан в упрощенном виде способ генерирования измерительного сигнала из ответа испытательного сигнала. На фиг. 6-9 потери вследствие рассеяния обозначены заштрихованными частями сигнала и стрелками.Fig. 6-9 shows a simplified method for generating a measurement signal from a test signal response. In Fig. 6-9, scattering losses are indicated by the shaded portions of the signal and arrows.

При рассмотрении фиг. 6-9 полагается, что акустический сигнал распространяется только по пути в виде ровной линии, по первому каналу рассеяния с задержкой времени Δt и по второму каналу рассеяния с задержкой времени 2Δt. Затухание сигнала вдоль путей не рассматривается.When examining Fig. 6-9, it is assumed that the acoustic signal propagates only along a path in the form of a straight line, along the first scattering channel with a time delay of Δt and along the second scattering channel with a time delay of 2Δt. Signal attenuation along the paths is not considered.

Испытательный сигнал в виде прямоугольного всплеска подается в пьезоэлектрический элемент 11. Вследствие рассеяния первая часть амплитуды сигнала теряется из-за первого пути рассеяния и появляется после времени Δt, a вторая часть амплитуды сигнала теряется из-за второго пути рассеяния и появляется после времени 2Δt. Это дает сигнал согласно белым колонкам на фиг. 7, который записывается на пьезоэлектрическом элементе 13.A test signal in the form of a rectangular burst is fed to the piezoelectric element 11. Due to scattering, the first part of the signal amplitude is lost due to the first scattering path and appears after a time Δt, and the second part of the signal amplitude is lost due to the second scattering path and appears after a time 2Δt. This produces a signal according to the white columns in Fig. 7, which is recorded on the piezoelectric element 13.

Сигнальный процессор инвертирует этот записанный сигнал по отношению ко времени, и он подает инвертированный сигнал в пьезоэлектрический элемент 11. Тот же процесс рассеяния, как было объяснено ранее, сейчас применяется ко всем трем компонентам сигнала. В результате на пьезоэлектрическом элементе 13 записывается сигнал согласно фиг. 9, который является приблизительно симметричным.The signal processor inverts this recorded signal with respect to time, and it feeds the inverted signal into the piezoelectric element 11. The same scattering process, as explained earlier, is now applied to all three components of the signal. As a result, a signal according to Fig. 9 is recorded on the piezoelectric element 13, which is approximately symmetrical.

В действительности принятые сигналы будут распределены по времени, и часто существует ударная волна, которая проходит через материал трубы и приходит перед прямым сигналом. Данная поверхностная волна отбрасывается посредством выбора подходящего временного окна для генерирования инвертированного измерительного сигнала. Подобным образом, сигналы, которые происходят из множественных отражений и приходят позже, могут быть отброшены посредством ограничения временного окна и/или посредством выбора конкретных частей сигнала.In reality, the received signals will be distributed in time, and there is often a shock wave that passes through the pipe material and arrives before the direct signal. This surface wave is rejected by choosing an appropriate time window for generating the inverted measurement signal. Similarly, signals that originate from multiple reflections and arrive later can be rejected by limiting the time window and/or by selecting specific parts of the signal.

В следующей табл. 1 показаны измеренные задержки времени для прямого выравнивания, или, другими словами, для соединения в виде ровной линии между накладными пьезоэлектрическими элементами на трубе DN 250 в плоскости, перпендикулярной продольному удлинению трубы DN 250. Расход относится к потоку воды через трубу DN 250.The following Table 1 shows the measured time delays for a straight alignment, or in other words, for a straight line connection between the piezoelectric contact elements on a DN 250 pipe in a plane perpendicular to the longitudinal extension of the DN 250 pipe. The flow rate refers to the water flow through the DN 250 pipe.

В данном документе ВП с 1 циклом относится к импульсу, такому как импульс, показанный на фиг. 36, который генерируется пьезоэлектрическим элементом, который возбуждается электрическим сигналом с 1 колебанием, имеющим период 1 мкс. ВП с 10 циклами относится к сигналу, который генерируется пьезоэлектрическим элементом, который возбуждается электрическим сигналом с 10 синусоидальными колебаниями постоянной амплитуды, имеющими период 1 мкс.In this document, a 1-cycle VP refers to a pulse, such as the pulse shown in Fig. 36, which is generated by a piezoelectric element that is excited by an electrical signal with 1 oscillation having a period of 1 μs. A 10-cycle VP refers to a signal that is generated by a piezoelectric element that is excited by an electrical signal with 10 constant-amplitude sinusoidal oscillations having a period of 1 μs.

Расход/Способ Consumption/Method 21 м3 21 m3 /h 44 м3 44 m3 /h 61 м3 61 m3 /h ВП с 1 циклом VP with 1 cycle 7 нс 7 ns 18 нс 18 ns 27 нс 27 ns ВП с 10 циклом VP with 10 cycles 9 нс 9 ns 19 нс 19 ns 26 нс 26 ns Время при обращении Time when appealing 8 нс 8 ns 18 нс 18 ns 27 нс 27 ns

- 15 043606- 15 043606

В следующей таблице показаны измеренные задержки времени для 12-градусного рассогласования относительно соединения в виде ровной линии между накладными пьезоэлектрическими элементами на трубеThe following table shows the measured time delays for a 12 degree misalignment relative to a flat line junction between the piezoelectric patch elements on the pipe.

DN 250 в плоскости, перпендикулярной продольному удлинению трубы DN 250 (см. также фиг. 48 и 49).DN 250 in a plane perpendicular to the longitudinal extension of the DN 250 pipe (see also Fig. 48 and 49).

Расход/Способ Consumption/Method 21 м3 21 m3 /h 44 м3 44 m3 /h 61 м3 61 m3 /h ВП с 1 циклом VP with 1 cycle 10 нс 10 ns 21 нс 21 ns 28 нс 28 ns ВП с 10 циклом VP with 10 cycles 9 нс 9 ns 17 нс 17 ns 26 нс 26 ns Время при обращении Time when appealing 4 нс 4 ns 12 нс 12 ns 26 нс 26 ns

На фиг. 9-27 показаны инвертированные сигналы с высоким разрешением и их соответствующие сигналы отклика. Напряжение представлено в произвольных единицах во времени в микросекундах.Figure 9-27 shows the high-resolution inverted signals and their corresponding response signals. The voltage is represented in arbitrary time units in microseconds.

Оси времени в верхних фигурах показывают время передачи инвертированного сигнала. Время передачи ограничено временным окном, которое используется для записи инвертированного сигнала. В примере по фиг. 9-27 временное окно начинается непосредственно перед началом максимума, который происходит из прямого сигнала, и заканчивается через 100 мкс после него.The time axes in the upper figures show the transmission time of the inverted signal. The transmission time is limited by the time window that is used to record the inverted signal. In the example of Fig. 9-27, the time window begins just before the onset of the maximum that occurs from the direct signal and ends 100 µs after it.

Оси времени в нижних фигурах центрированы относительно максимума сигналов отклика и длятся 100 мкс, что является размером временного окна для инвертированного сигнала, перед максимумом сиг налов отклика и после него.The time axes in the lower figures are centered around the maximum of the response signals and last 100 µs, which is the size of the time window for the inverted signal, before and after the maximum of the response signals.

На фиг. 28-35 показаны оцифрованные инвертированные сигналы в высоком разрешении и в 12-, 3-, 2- и 1-битном разрешении в диапазоне амплитуды и их соответствующие сигналы отклика. Напряжение представлено в вольтах во времени в микросекундах. Сигналы по фиг. 28-35 были получены для трубы DN 250, заполненной водой.Fig. 28-35 shows the digitized inverted signals in high resolution and in 12-, 3-, 2- and 1-bit resolution in the amplitude range and their corresponding response signals. The voltage is presented in volts over time in microseconds. The signals in Fig. 28-35 were obtained for a DN 250 pipe filled with water.

Длина временного окна для инвертированного сигнала составляет 450 мкс. Следовательно, временное окно по фиг. 28-35 более чем в четыре раза больше того, что показано на предыдущих фиг. 9-27.The time window length for the inverted signal is 450 μs. Therefore, the time window in Figs. 28-35 is more than four times larger than that shown in the previous Figs. 9-27.

На фиг. 28-35 можно увидеть, что даже оцифровка с 1-битным разрешением производит резкий всплеск. Можно видеть, что всплеск становится еще более выраженным для более низких разрешений. Возможным объяснением данного эффекта является то, что в примере по фиг. 28-35 общая энергия входного сигнала увеличена за счет использования более грубой оцифровки в диапазоне амплитуды, в то время как сигнал отклика остается сконцентрированным во времени.In Fig. 28-35 it can be seen that even digitizing with 1-bit resolution produces a sharp spike. It can be seen that the spike becomes even more pronounced for lower resolutions. A possible explanation for this effect is that in the example of Fig. 28-35 the overall energy of the input signal is increased by using coarser digitizing in the amplitude range, while the response signal remains concentrated in time.

На фиг. 36 показан сигнал, который генерируется пьезоэлектрическим элементом после приема электрического импульса, который длится приблизительно 0,56 мкс, который равен частоте 3,57 МГц. Благодаря инерционной силе пьезоэлектрического элемента максимальная амплитуда для отрицательного напряжения меньше, чем для положительного напряжения, и существуют реверберации кратных волн перед остановкой пьезоэлектрического элемента.Fig. 36 shows a signal generated by a piezoelectric element after receiving an electrical pulse that lasts approximately 0.56 μs, which is equal to a frequency of 3.57 MHz. Due to the inertial force of the piezoelectric element, the maximum amplitude for a negative voltage is smaller than for a positive voltage, and there are multiple wave reverberations before the piezoelectric element stops.

На фиг. 37 показан электрический сигнал, который подается в пьезоэлектрический элемент, такой как расположенный выше по потоку пьезоэлектрический элемент 11 по фиг. 1. Сигнал по фиг. 37 получают путем формирования в среднем десяти оцифрованных сигналов отклика в сигнал показанного на фиг. 36 типа и обращения сигнала, при этом сигналы отклика принимаются пьезоэлектрическим элементом, таким как расположенный ниже по потоку пьезоэлектрический элемент 13 по фиг. 1.Fig. 37 shows an electrical signal that is supplied to a piezoelectric element, such as the upstream piezoelectric element 11 of Fig. 1. The signal of Fig. 37 is obtained by forming an average of ten digitized response signals into a signal of the type shown in Fig. 36 and inverting the signal, wherein the response signals are received by a piezoelectric element, such as the downstream piezoelectric element 13 of Fig. 1.

В примере по фиг. 37 оцифрованные сигналы получают путем отсечения части сигнала от сигнала отклика, который начинается приблизительно на 10 мкс раньше начала огибающей сигнала отклика и который заканчивается на приблизительно 55 мкс позже огибающей сигнала отклика. Форма огибающей сигнала отклика по фиг. 37 подобна форме гауссовского распределения вероятностей, или, другими словами, подходящей смещенной и масштабированной версии ехр(-хЛ2).In the example of Fig. 37, the digitized signals are obtained by clipping a portion of the signal from the response signal that begins approximately 10 μs before the start of the response signal envelope and that ends approximately 55 μs after the response signal envelope. The shape of the response signal envelope of Fig. 37 is similar to the shape of a Gaussian probability distribution, or, in other words, a suitably shifted and scaled version of exp(-x λ 2).

На фиг. 38 показана часть сигнала отклика на сигнал, показанный на фиг. 37, при этом сигнал по фиг. 37 подается в первый пьезоэлектрический элемент, такой как расположенный выше по потоку пьезоэлектрический элемент 11, и принимается на втором пьезоэлектрическом элементе, таком как расположенный ниже по потоку пьезоэлектрический элемент 13 по фиг. 1.Fig. 38 shows a portion of a response signal to the signal shown in Fig. 37, wherein the signal of Fig. 37 is supplied to a first piezoelectric element, such as the upstream piezoelectric element 11, and is received at a second piezoelectric element, such as the downstream piezoelectric element 13 of Fig. 1.

На фиг. 39 показана функция взаимной корреляции выше по потоку и функция взаимной корреляции ниже по потоку, которые получены путем взаимной корреляции сигнала выше по потоку и сигнала ниже по потоку устройства по фиг. 1 с сигналом, полученным при нулевом расходе, соответственно.Fig. 39 shows an upstream cross-correlation function and a downstream cross-correlation function, which are obtained by cross-correlating the upstream signal and the downstream signal of the device of Fig. 1 with the signal obtained at zero flow rate, respectively.

На фиг. 40 показан увеличенный вид участка по фиг. 39. Два индикатора положения указывают на положения соответствующих максимумов функции взаимной корреляции выше по потоку и ниже по потоку. Разность по времени между максимумами представляет собой величину разности по времени между сигналом выше по потоку и ниже по потоку.Fig. 40 shows an enlarged view of the section of Fig. 39. The two position indicators indicate the positions of the corresponding maxima of the cross-correlation function upstream and downstream. The time difference between the maxima is the magnitude of the time difference between the upstream and downstream signal.

На фиг. 41 показан сигнал отклика, который был получен при похожих условиях, что и для сигналаFig. 41 shows the response signal, which was obtained under similar conditions as for the signal

- 16 043606 отклика по фиг. 37. В отличие от устройства по фиг. 37, пьезоэлектрические элементы рассогласованы на градусов относительно расположения в виде ровной линии по периметру трубы. Смещение показано во вставленном рисунке на фиг. 41. На фиг. 41 показано, что даже в условиях рассогласования имеется достаточно хорошо определенный сигнал отклика.- 16 043606 response of Fig. 37. Unlike the device of Fig. 37, the piezoelectric elements are misaligned by degrees relative to the arrangement in the form of a straight line along the perimeter of the pipe. The offset is shown in the inset drawing of Fig. 41. Fig. 41 shows that even under the conditions of misalignment there is a fairly well defined response signal.

На фиг. 42-45 показаны, в качестве примера, разные размещения накладных пьезоэлектрических измерительных преобразователей, для которых можно использовать измерение расхода согласно настоящему изобретению. В особенности для накладных измерительных преобразователей способ измерения расхода согласно настоящему изобретению может приводить к улучшению отношения сигнал/шум в устройствах, представленных на фиг. 42-45, или в других, подобных устройствах измерительных преобразователей. Кроме того, способ измерения расхода может обеспечивать экономию энергии посредством предоставления увеличенной амплитуды сигнала сигнала отклика для заданной мощности передачи сигнала. Таким образом можно уменьшить мощность передачи сигнала.Fig. 42-45 show, as an example, different arrangements of clamp-on piezoelectric measuring transducers for which the flow measurement according to the present invention can be used. In particular for clamp-on measuring transducers, the flow measurement method according to the present invention can lead to an improvement in the signal-to-noise ratio in the devices shown in Fig. 42-45 or in other similar measuring transducer devices. In addition, the flow measurement method can provide energy savings by providing an increased signal amplitude of the response signal for a given signal transmission power. In this way, the signal transmission power can be reduced.

Фиг. 42-45 выровнены так, что сила тяжести, действующая на жидкость в трубе 12, направлена вниз. Однако также могут быть использованы и устройства, которые повернуты относительно устройств, представленных на фиг. 42-45. Направление наблюдения на фиг. 42-45 проходит вдоль продольной оси трубы 12. Положение выше по потоку или ниже по потоку измерительного преобразователя на фиг. 4245 не указано.Figs. 42-45 are aligned so that the gravity force acting on the liquid in the pipe 12 is directed downwards. However, devices that are rotated relative to the devices shown in Figs. 42-45 can also be used. The direction of observation in Figs. 42-45 runs along the longitudinal axis of the pipe 12. The upstream or downstream position of the measuring transducer in Fig. 42-45 is not indicated.

В устройстве по фиг. 42 массив из пяти пьезоэлектрических элементов 31-35 предусмотрен в первом местоположении и еще один пьезоэлектрический элемент 36 расположен выше по потоку или ниже по потоку относительно первого местоположения. Массив пьезоэлектрических элементов 31-35 может быть использован для получения предопределенного фронта волны и для достижения улучшенной фокусировки акустической волны в предопределенном направлении, когда массив из пяти элементов 31-35 используется как передатчик, а дополнительный элемент 36 используется как приемник.In the device of Fig. 42, an array of five piezoelectric elements 31-35 is provided in a first location and another piezoelectric element 36 is located upstream or downstream of the first location. The array of piezoelectric elements 31-35 can be used to obtain a predetermined wave front and to achieve improved focusing of an acoustic wave in a predetermined direction when the array of five elements 31-35 is used as a transmitter and the additional element 36 is used as a receiver.

В устройстве по фиг. 43 один пьезоэлектрический элемент 37 предусмотрен в первом местоположении, и массив из пяти пьезоэлектрических элементов 38-42 расположен выше по потоку или ниже по потоку относительно первого местоположения. Массив пьезоэлектрических элементов 38-42 может быть использован для получения улучшенной записи фронта волны сигнала отклика. Улучшенная запись может затем быть использована для получения улучшенного измерительного сигнала для потока, который затем подают на один пьезоэлектрический элемент 37.In the device of Fig. 43, one piezoelectric element 37 is provided at the first location, and an array of five piezoelectric elements 38-42 is located upstream or downstream of the first location. The array of piezoelectric elements 38-42 can be used to obtain an improved recording of the wave front of the response signal. The improved recording can then be used to obtain an improved measuring signal for the flow, which is then applied to one piezoelectric element 37.

На фиг. 44 показано устройство из двух пьезоэлектрических элементов 43, 44, в котором один элемент расположен ниже по потоку относительно другого. Расстояние d от линии соединения между пьезоэлектрическими элементами 43, 44 до оси симметрии трубы 12 составляет приблизительно половину радиуса трубы 12, так что можно измерить слой потока на расстоянии d до центральной оси трубы 12.Fig. 44 shows a device consisting of two piezoelectric elements 43, 44, in which one element is located downstream relative to the other. The distance d from the connection line between the piezoelectric elements 43, 44 to the axis of symmetry of the pipe 12 is approximately half the radius of the pipe 12, so that the flow layer can be measured at a distance d to the central axis of the pipe 12.

Особенно для накладных измерительных преобразователей, таких как пьезоэлектрические элементы 43, 44, представленные на фиг. 44, измерение расхода согласно настоящему изобретению обеспечивает улучшенный сигнал на принимающем пьезоэлектрическом элементе 44, 43 посредством формирования луча.Particularly for clamp-on measuring transducers such as the piezoelectric elements 43, 44 shown in Fig. 44, the flow measurement according to the present invention provides an improved signal at the receiving piezoelectric element 44, 43 by means of beam formation.

На фиг. 45 показано устройство из восьми пьезоэлектрических элементов 45-52, которые разнесены друг от друга на 45°. Что касается размещения выше по потоку и ниже по потоку, возможно несколько устройств.Fig. 45 shows a device of eight piezoelectric elements 45-52, which are spaced from each other by 45°. As for the upstream and downstream placement, several devices are possible.

В одном устройстве местоположения датчиков попеременно меняются по периметру между размещением выше по потоку и ниже по потоку, например, 45, 47, 49, 51 - выше по потоку и 46, 48, 50, 52 ниже по потоку.In one device, the sensor locations alternate around the perimeter between upstream and downstream placement, for example, 45, 47, 49, 51 upstream and 46, 48, 50, 52 downstream.

В другом устройстве первые четыре идущих по порядку по периметру элемента, например, 45-48, расположены выше по потоку или ниже по потоку относительно других четырех элементов, например, 49-52. В еще одном устройстве с 16 пьезоэлектрическими элементами все пьезоэлектрические элементы 45-52, представленные на фиг. 45, расположены в одной плоскости, и устройство по фиг. 45 повторяется в направлении выше по потоку или ниже по потоку.In another device, the first four elements in order around the perimeter, for example, 45-48, are located upstream or downstream relative to the other four elements, for example, 49-52. In yet another device with 16 piezoelectric elements, all piezoelectric elements 45-52 shown in Fig. 45 are located in one plane, and the device of Fig. 45 is repeated in the upstream or downstream direction.

На фиг. 46 показано в качестве примера устройство 60 измерения расхода для измерения расхода в устройстве на фиг. 1 или других устройствах согласно изобретению. В устройстве по фиг. 1 устройство 60 измерения расхода обеспечено первым и вторым блоками 15, 16 вычисления.Fig. 46 shows, as an example, a flow measuring device 60 for measuring the flow in the device of Fig. 1 or other devices according to the invention. In the device of Fig. 1, the flow measuring device 60 is provided with a first and a second computing unit 15, 16.

Устройство 60 измерения расхода содержит первый соединитель 61 для соединения первого пьезоэлектрического измерительного преобразователя и второй соединитель 62 для соединения второго пьезоэлектрического измерительного преобразователя. Первый соединитель 61 соединен с цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) 64 через мультиплексор 63. Второй соединитель 62 соединен с аналогоцифровым преобразователем 65 через демультиплексор 66.The flow measurement device 60 comprises a first connector 61 for connecting the first piezoelectric measuring transducer and a second connector 62 for connecting the second piezoelectric measuring transducer. The first connector 61 is connected to a digital-to-analog converter (DAC) 64 via a multiplexer 63. The second connector 62 is connected to an analog-to-digital converter 65 via a demultiplexer 66.

АЦП 65 соединен с блоком 67 выбора сигнала, который соединен с блоком 68 инвертирования сигнала, который соединен с полосовым фильтром 69, который соединен с машиночитаемым запоминающим устройством 70. Кроме того, АЦП 65 соединен с блоком 71 вычисления скорости.The ADC 65 is connected to a signal selection unit 67, which is connected to a signal inverting unit 68, which is connected to a bandpass filter 69, which is connected to a machine-readable memory device 70. In addition, the ADC 65 is connected to a speed calculation unit 71.

ЦАП 64 соединен с генератором 72 импульсных сигналов и генератором 73 измерительных сигналов. Генератор измерительных сигналов соединен с генератором 72 импульсов через командную линию 74. Блок 71 вычисления скорости соединен с генератором 73 измерительных сигналов через вторую ко- 17 043606 мандную линию 75.The DAC 64 is connected to the pulse signal generator 72 and the measuring signal generator 73. The measuring signal generator is connected to the pulse generator 72 via the command line 74. The speed calculation unit 71 is connected to the measuring signal generator 73 via the second command line 75.

В общем, генератор 72 импульсных сигналов и генератор измерительных сигналов содержат элементы аппаратного обеспечения, такие как генератор колебаний, и элементы программного обеспечения, такие как модуль генератора импульсов и модуль генератора измерительных сигналов. В данном случае командные линии 74, 75 могут быть обеспечены программными интерфейсами между соответствующими модулями.In general, the pulse signal generator 72 and the measuring signal generator comprise hardware elements, such as an oscillation generator, and software elements, such as a pulse generator module and a measuring signal generator module. In this case, the command lines 74, 75 can be provided with software interfaces between the corresponding modules.

Во время фазы генерирования сигнала генератор импульсных сигналов отправляет сигнал в ЦАП 64, блок 67 выбора принимает соответствующий входящий сигнал посредством АЦП 65 и выбирает часть входящего сигнала. Блок 68 инвертирования инвертирует выбранную часть сигнала по отношению ко времени, факультативный полосовой фильтр 69 фильтрует низкие и высокие частоты, и получившийся в результате измерительный сигнал сохраняется в машиночитаемой памяти 70. Когда слово сигнал используется со ссылкой на этап управления сигналом, оно может, в частности, относиться к представлению сигнала в машиночитаемой памяти.During the signal generation phase, the pulse signal generator sends a signal to the DAC 64, the selection unit 67 receives the corresponding input signal via the ADC 65 and selects a portion of the input signal. The inverting unit 68 inverts the selected portion of the signal with respect to time, the optional bandpass filter 69 filters low and high frequencies, and the resulting measuring signal is stored in the machine-readable memory 70. When the word signal is used with reference to the signal control stage, it may, in particular, refer to the representation of the signal in the machine-readable memory.

В частности, представление сигнала может быть определено парой значений оцифрованных амплитуд и связанных дискретных времен. Другие представления включают, среди прочего, коэффициенты Фурье, коэффициенты вейвлетов и огибающую для амплитуды, модулирующей сигнал.In particular, a signal representation can be defined by a pair of digitized amplitude values and associated discrete times. Other representations include, among others, Fourier coefficients, wavelet coefficients, and an envelope for the amplitude modulating the signal.

На фиг. 47 показан второй вариант осуществления устройства 60' измерения расхода для измерения расхода в устройстве на фиг. 1 или других устройствах согласно изобретению. Устройство 60' измерения расхода содержит прямой цифровой синтезатор (ПЦС) 76. Для простоты показаны только компоненты ПЦС 76. ПЦС 76 также называют генератором колебаний произвольной формы (ГКПФ).Fig. 47 shows a second embodiment of a flow measuring device 60' for measuring the flow rate in the device of Fig. 1 or other devices according to the invention. The flow measuring device 60' comprises a direct digital synthesizer (DDS) 76. For simplicity, only the components of the DDS 76 are shown. The DDS 76 is also called an arbitrary waveform generator (AWG).

ПЦС 76 содержит опорный генератор 77, который соединен с регистром 78 управления частотой, генератором 79 с числовым программным управлением (ГЧПУ) и с ЦАП 64. Вход ГЧПУ 79 для N каналов соединен с выходом регистра 78 управления частотой. Вход ЦАП 64 для М каналов соединен с ГЧПУ 79 и вход восстанавливающего фильтра низких частот соединен с ЦАП 64. В качестве примера генератор 79 с прямым числовым программным управлением с тактовой частотой 100 МГц может использоваться для генерирования сигнала, модулированного по амплитуде в 1 МГц.The DSC 76 comprises a reference oscillator 77 which is connected to a frequency control register 78, a direct numerical control (DNC) oscillator 79 and a DAC 64. The input of the DNC 79 for N channels is connected to the output of the frequency control register 78. The input of the DAC 64 for M channels is connected to the DNC 79 and the input of the low-pass reconstruction filter is connected to the DAC 64. As an example, the DNC oscillator 79 with a clock frequency of 100 MHz can be used to generate a signal modulated in amplitude at 1 MHz.

Выход восстанавливающего фильтра 80 низких частот соединен с пьезоэлектрическими измерительными преобразователями 11, 13 по фиг. 1.The output of the low-pass recovery filter 80 is connected to the piezoelectric measuring transducers 11, 13 according to Fig. 1.

Благодаря инерции кварцевого генератора часто преимущественным является использование генератора с более высокой частотой, чем у несущей волны, для получения предварительно определенного сигнала, модулированного по амплитуде, например, с использованием прямого цифрового синтезатора, как показано на фиг. 47.Due to the inertia of the quartz oscillator, it is often advantageous to use an oscillator with a higher frequency than the carrier wave to produce a predetermined amplitude modulated signal, for example using a direct digital synthesizer as shown in Fig. 47.

В частности, этапы способа, а именно сохранение цифрового представления сигнала и выполнение операций, таких как выбор части сигнала, обращение сигнала по времени и фильтрация сигнала, могут взаимозаменяться. Например, сигнал может сохраняться в форме сигнала, инвертированного по времени, или он может считываться в обратном порядке для получения сигнала, инвертированного по времени.In particular, the steps of the method, namely storing the digital representation of the signal and performing operations such as selecting a portion of the signal, reversing the signal in time, and filtering the signal, can be interchanged. For example, the signal can be stored in the form of a time-inverted signal, or it can be read in reverse order to obtain a time-inverted signal.

Поскольку настоящее изобретение объясняется по отношению к круглой трубе DN 250, оно может быть легко применимо к другим размерам трубы или даже к другим формам трубы. Хотя варианты осуществления объяснены в отношении накладных измерительных преобразователей, также могут быть использованы и погружаемые измерительные преобразователи, которые входят в трубу.Since the present invention is explained with respect to a DN 250 round pipe, it can easily be applied to other pipe sizes or even other pipe shapes. Although embodiments are explained with respect to clamp-on measuring transducers, immersible measuring transducers that enter the pipe can also be used.

На фиг. 48 и 49 показано асимметричное устройство измерительного преобразователя, в котором второй измерительный преобразователь смещен на 12 градусов относительно оси симметрии трубопровода 12.Fig. 48 and 49 show an asymmetrical device of a measuring transducer, in which the second measuring transducer is offset by 12 degrees relative to the axis of symmetry of the pipeline 12.

На фиг. 50 показан измерительный сигнал с одним циклом для измерения времени пролета, и на фиг. 51 показан измерительный сигнал с десятью циклами для измерения времени пролета. Сигналы, представленные на фиг. 50 и 51, могут быть использованы для измерения времени пролета. Кроме того, сигналы также могут быть использованы для генерирования измерительного сигнала согласно настоящему изобретению с использованием инверсии по времени принятого сигнала отклика, такого как сигналы отклика, представленные на фиг. 52 и 53.Fig. 50 shows a measuring signal with one cycle for measuring the time of flight, and Fig. 51 shows a measuring signal with ten cycles for measuring the time of flight. The signals shown in Fig. 50 and 51 can be used for measuring the time of flight. In addition, the signals can also be used for generating a measuring signal according to the present invention using the time inversion of a received response signal, such as the response signals shown in Fig. 52 and 53.

На фиг. 52 показан пример измерительного сигнала, который получен из обращенного по времени сигнала, который сохранен при низком разрешении.Fig. 52 shows an example of a measurement signal that is obtained from a time-reversed signal that is stored at low resolution.

На фиг. 53-55 показаны сигналы отклика на соответствующие сигналы, представленные на фиг. 5052. Сигнал отклика снимается принимающим измерительным преобразователем 11, 13 асимметричного устройства, представленного на фиг. 48, 49, в ответ на сигнал отправляющего измерительного преобразователя, который возбуждается сигналом, представленным на фиг. 50.Fig. 53-55 show response signals to the corresponding signals shown in Fig. 5052. The response signal is removed by the receiving measuring transducer 11, 13 of the asymmetric device shown in Fig. 48, 49, in response to the signal of the sending measuring transducer, which is excited by the signal shown in Fig. 50.

В частности, на фиг. 53 показан сигнал отклика сигнала по фиг. 50, на фиг. 54 показан сигнал отклика сигнала по фиг. 51 для устройства, представленного на фиг. 48 и 49, и на фиг. 55 показан сигнал отклика сигнала по фиг. 52 для устройства, представленного на фиг. 48 и 49. В показанных примерах сигнал отклика является более сосредоточенным во времени, имеет более высокую амплитуду и имеет лучше определенную огибающую в сравнении с сигналами, представленными на фиг. 52 и 53.In particular, Fig. 53 shows a response signal of the signal of Fig. 50, Fig. 54 shows a response signal of the signal of Fig. 51 for the device shown in Figs. 48 and 49, and Fig. 55 shows a response signal of the signal of Fig. 52 for the device shown in Figs. 48 and 49. In the examples shown, the response signal is more concentrated in time, has a higher amplitude and has a better defined envelope in comparison with the signals shown in Figs. 52 and 53.

Результат, представленный на фиг. 55, показывает, что выгоды инверсии по времени импульсного отклика, которые позволяют, среди прочего, использовать сигналы меньшей энергии, могут быть сохра- 18 043606 нены для более грубого разрешения и асимметричных устройств измерительных преобразователей.The result shown in Fig. 55 shows that the benefits of impulse response time inversion, which allow, among other things, the use of lower energy signals, can be retained for coarser resolution and asymmetric transducer designs.

Результаты, представленные на фиг. 55, показывают, что применение инвертированного по времени сигнала согласно настоящему изобретению может обеспечить короткие задержки времени в сравнении с обычным измерением доплеровского сдвига по времени пролета с помощью сигнала с 1 или 10 циклами колебаний. Фиг. 55, представляя собой результат устройства, представленного на фиг. 48 и 49, кроме того, показывает, что измерительный сигнал согласно настоящему изобретению может быть использован для целей формирования луча.The results shown in Fig. 55 show that the use of the time-inverted signal according to the present invention can provide short time delays compared to the conventional measurement of the Doppler shift by time of flight using a signal with 1 or 10 oscillation cycles. Fig. 55, being the result of the device shown in Figs. 48 and 49, further shows that the measurement signal according to the present invention can be used for beamforming purposes.

В табл. 2 представлены результирующие задержки времени для асимметричного устройства, представленного на фиг. 48, 49, и для соответствующих расходов, составляющих 21, 44 и 61 кубических метров в час.Table 2 shows the resulting time delays for the asymmetric device shown in Figs. 48, 49 and for the corresponding flow rates of 21, 44 and 61 cubic meters per hour.

^^асход Способы^^. ^^consumption Methods^^. 21 м3 21 m3 /h 44 м3 44 m3 /h 61 м3 61 m3 /h ВП с 1 циклом VP with 1 cycle 10 нс 10 ns 21 нс 21 ns 28 нс 28 ns ВП с 10 циклом VP with 10 cycles 9 нс 9 ns 17 нс 17 ns 26 нс 26 ns инвертированный сигнал inverted signal 4 нс 4 ns 12 нс 12 ns 26 нс 26 ns

На фиг. 56-59 представлены дополнительные примеры приложений формирования луча. В целом, уХ = W* (A-1)/2 X, , имеется *-4=1 v 7/ прямых каналов передачи между N измерительными преобразователями, без учета отражений на стенках трубы, которые предусмотрены на трубопроводе. Эти каналы передачи в целом обладают разными свойствами и обеспечивают разные сигналы отклика.Additional examples of beamforming applications are shown in Figs. In general, yX = W* (A-1)/2 X, there are *-4=1 v 7/ direct transmission paths between N transducers, ignoring wall reflections, that are provided on the pipeline. These transmission paths generally have different properties and provide different response signals.

В случае, если все N измерительных преобразователей установлены на разных высотах относительно направления потока или продольного направления трубопровода, все эти каналы передачи могут быть использованы для измерений расхода. Распространение сигнала между измерительными преобразовате лями, которое перпендикулярно среднему течению, в целом не является полезным для получения компонентов скорости потока, но все же может быть использовано для определения загрязнений и изменений материала трубопровода, и изменений в свойствах измерительных преобразователей и их соединения с трубопроводом.In case all N measuring transducers are installed at different heights with respect to the flow direction or longitudinal direction of the pipeline, all these transmission channels can be used for flow measurements. Signal propagation between measuring transducers, which is perpendicular to the mean flow, is generally not useful for obtaining flow velocity components, but can still be used to determine contamination and changes in the pipeline material, and changes in the properties of the measuring transducers and their connection to the pipeline.

Измерение расхода по ВП включает измерение в обоих направлениях в отношении заданного канала передачи между двумя измерительными преобразователями. Измерение расхода по ВП, которое включает каналы передачи между первым измерительным преобразователем и N-1 другими измерительными преобразователями, требует по меньшей мере N последовательных измерений: первое измерение с измерительным сигналом, поданным на первый измерительный преобразователь, и N-1 последовательных измерений с измерительными сигналами, поданными на каждый из N-1 других измерительных преобразователей.The flow measurement by the VP includes measurement in both directions with respect to a given transmission channel between two measuring transducers. The flow measurement by the VP, which includes transmission channels between the first measuring transducer and N-1 other measuring transducers, requires at least N successive measurements: the first measurement with the measuring signal supplied to the first measuring transducer, and N-1 successive measurements with the measuring signals supplied to each of the N-1 other measuring transducers.

В целом требующиеся измерительные сигналы являются разными для каждого канала передачи, и для каждого канала передачи нужны отдельные направленные вперед и направленные назад измерения. Таким образом, требуется 2x(N-1) измерений. Например, в примере, представленном на фиг. 57, возможно max 2x(3-1)=4 измерений, но не обязательно требуется.In general, the required measurement signals are different for each transmission channel, and separate forward and backward measurements are needed for each transmission channel. Thus, 2x(N-1) measurements are required. For example, in the example shown in Fig. 57, max 2x(3-1)=4 measurements are possible, but not necessarily required.

Сигналы, представленные на фиг. 41 и 55, производятся измерительными преобразователями, которые излучают в основном в предпочтительном направлении, с максимальным углом приблизительно 12° в обе стороны от предпочтительного направления. Направленность измерительных преобразователей получают, среди прочего, посредством регулирования формы измерительных преобразователей и их сцепления с трубопроводом. В зависимости от угла между измерительными преобразователями не все пути могут обеспечивать достаточно сильный сигнал на стороне приемника, особенно если отправитель имеет высокую направленность. Применение только общеизвестных способов может приводить к результатам, как показано на фиг. 53 и фиг. 54, которые, как правило, являются слишком шумными для проведения измерений расхода. Однако с помощью предложенного способа с применением инвертированных измерительных сигналов можно добиться достаточно хороших сигналов, наподобие представленных на фиг. 55.The signals shown in Figs. 41 and 55 are produced by measuring transducers which radiate mainly in a preferred direction, with a maximum angle of approximately 12° to either side of the preferred direction. The directivity of the measuring transducers is achieved, among other things, by adjusting the shape of the measuring transducers and their coupling to the pipeline. Depending on the angle between the measuring transducers, not all paths can provide a sufficiently strong signal on the receiver side, especially if the sender has a high directivity. The use of only well-known methods can lead to results as shown in Fig. 53 and Fig. 54, which are generally too noisy for carrying out flow measurements. However, with the proposed method using inverted measuring signals, it is possible to achieve sufficiently good signals, such as those shown in Fig. 55.

Использование измерительного сигнала согласно настоящему изобретению, в котором применяют обращение по времени, делает возможным предоставление измерительных преобразователей с меньшей направленностью. Измерительный сигнал фокусирует энергию сигнала на приемнике, и принятый сигнал все равно является достаточно сильным.The use of the measuring signal according to the present invention, in which time reversal is used, makes it possible to provide measuring transducers with less directivity. The measuring signal focuses the signal energy on the receiver, and the received signal is still sufficiently strong.

Подобно измерению с применением только двух измерительных преобразователей или только од- 19 043606 ного канала передачи, измерение расхода может быть выполнено с использованием предопределенного измерительного сигнала или сигнала, который получен посредством предварительной калибровки. Во время этапа калибровки измерительные сигналы получают из ответных сигналов на импульсные сигналы. Согласно одному примеру импульсный сигнал прикладывается к измерительному преобразователю для получения одного или более сигналов отклика на других измерительных преобразователях. Измерительные сигналы получают посредством применения инверсии по времени к сигналам отклика или их части.Similar to the measurement using only two measuring transducers or only one transmission channel, the flow measurement can be performed using a predetermined measuring signal or a signal that is obtained by means of a preliminary calibration. During the calibration step, the measuring signals are obtained from the response signals to the pulse signals. According to one example, a pulse signal is applied to a measuring transducer to obtain one or more response signals on other measuring transducers. The measuring signals are obtained by applying a time inversion to the response signals or a part thereof.

В одном примере, в котором имеется четыре пути измерения, последовательные измерения проводят по первому пути, второму пути, третьему пути и четвертому пути. Последовательные измерения применяют для получения общего потока и/или потоков в предопределенном слое или местоположении.In one example, in which there are four measurement paths, successive measurements are taken along the first path, the second path, the third path, and the fourth path. The successive measurements are used to obtain the total flow and/or flows in a predetermined layer or location.

Тогда можно получить одну или более скоростей потока посредством сравнения измерений с предварительно определенным профилем потока. К примеру, предварительно определенный профиль потока может быть получен посредством моделирования. В другом варианте осуществления скорость потока для конкретного слоя или местоположения оценивают с использованием результатов от одного или более измерительных сигналов и известных способов для вычисления профиля потока. В одном варианте осуществления общий объемный расход получают посредством применения рассчитанного или смоделированного профиля потока к площади поперечного сечения трубопровода.One or more flow rates can then be obtained by comparing the measurements with a predetermined flow profile. For example, the predetermined flow profile can be obtained by modeling. In another embodiment, the flow rate for a specific layer or location is estimated using the results from one or more measurement signals and known methods for calculating a flow profile. In one embodiment, the total volumetric flow rate is obtained by applying the calculated or modeled flow profile to the cross-sectional area of the pipeline.

На фиг. 56 и 57 представлено измерение расхода по времени пролета с помощью трех измерительных преобразователей и двух путей передачи.Fig. 56 and 57 show the measurement of flow rate by time of flight using three measuring transducers and two transmission paths.

На фиг. 58 и 59 показано измерение давления в устройстве с двумя измерительными преобразователями. Шкала давлений на фиг. 59 представлена в произвольных единицах (п.е.).Fig. 58 and 59 show the measurement of pressure in a device with two measuring transducers. The pressure scale in Fig. 59 is presented in arbitrary units (a.u.).

Измерительный сигнал согласно настоящему изобретению подают на первый измерительный преобразователь 11, и получаемое в результате распределение давления измеряют на окружности трубопровода 12. Измерительные преобразователи 11, 13 смещены в продольном направлении, подобно устройству, представленному на фиг. 1.The measuring signal according to the present invention is fed to the first measuring transducer 11, and the resulting pressure distribution is measured on the circumference of the pipeline 12. The measuring transducers 11, 13 are offset in the longitudinal direction, similar to the device shown in Fig. 1.

В первом примере измерительный сигнал, который адаптирован к пути сигнала между измерительным преобразователем 11 и измерительным преобразователем 13, отправляют с измерительного преобразователя 11 на противоположный измерительный преобразователь 13 и измеряют получаемое в результате распределение давления. Это дает кривую, подобную распределению 90 давления, представленному на фиг. 59, которая имеет пик в местоположении измерительного преобразователя 13.In a first example, a measuring signal, which is adapted to the signal path between the measuring transducer 11 and the measuring transducer 13, is sent from the measuring transducer 11 to the opposite measuring transducer 13 and the resulting pressure distribution is measured. This yields a curve similar to the pressure distribution 90 shown in Fig. 59, which has a peak at the location of the measuring transducer 13.

Во втором примере измерительный сигнал, который адаптирован к пути сигнала между измерительным преобразователем 11 и измерительным преобразователем 13, отправляют с измерительного преобразователя 11 на измерительный преобразователь 13' и измеряют получаемое в результате распределение давления. В отличие от первого устройства, измерительный преобразователь 13' смещен на угол 45 градусов относительно линии соединения, проходящей через первый измерительный преобразователь и центр трубопровода 12. Даже в этой ситуации получаемое в результате распределение давления образует пик вокруг местоположения измерительного преобразователя 13', а значит энергия сигнала сосредоточена вокруг местоположения измерительного преобразователя 13'.In the second example, a measuring signal which is adapted to the signal path between the measuring transducer 11 and the measuring transducer 13 is sent from the measuring transducer 11 to the measuring transducer 13' and the resulting pressure distribution is measured. In contrast to the first device, the measuring transducer 13' is offset by an angle of 45 degrees relative to the connection line passing through the first measuring transducer and the center of the pipeline 12. Even in this situation, the resulting pressure distribution forms a peak around the location of the measuring transducer 13', which means that the signal energy is concentrated around the location of the measuring transducer 13'.

Таким образом, измерительный сигнал согласно настоящему изобретению, который получают с использованием обращения по времени сигнала между соответствующими измерительными преобразователями, приводит к получению сигнала давления, который не только сосредоточен во времени, как показано на соответствующей второй фигуре набора фигур 10-35, но и получаемое в результате распределение давления также сосредоточено в пространстве.Thus, the measuring signal according to the present invention, which is obtained using time reversal of the signal between the corresponding measuring transducers, results in obtaining a pressure signal which is not only concentrated in time, as shown in the corresponding second figure of the set of figures 10-35, but the resulting pressure distribution is also concentrated in space.

При использовании стандартного сигнала, такого как импульсный сигнал, сосредоточение в пространстве также может быть достигнуто, но только в фиксированном местоположении близко к противоположной стороне отправляющего измерительного преобразователя. Однако при использовании сигнала согласно настоящему изобретению, который содержит обращенную по времени часть, пик сосредоточения давления можно переместить.When using a standard signal such as a pulse signal, spatial concentration can also be achieved, but only at a fixed location close to the opposite side of the sending measuring transducer. However, when using a signal according to the present invention, which contains a time-reversed part, the pressure concentration peak can be moved.

Ультразвуковые измерительные преобразователи 11, 13, 23, представленные на фиг. 56-59, могут быть представлены монтируемыми измерительными преобразователями, которые монтируются на внешней стороне трубопровода, или погружаемыми измерительными преобразователями, которые выступают во внутреннюю часть трубопровода 12 из внешней части трубопровода 12.The ultrasonic measuring transducers 11, 13, 23 shown in Figs. 56-59 can be represented by mounted measuring transducers, which are mounted on the outer side of the pipeline, or by immersible measuring transducers, which protrude into the inner part of the pipeline 12 from the outer part of the pipeline 12.

На фиг. 60 показан пример способа определения того, использует ли испытательное устройство тот же способ измерения расхода, что и контрольное устройство. На первом этапе контрольное устройство выбирает испытательный импульсный сигнал. Например, это может включать выбор формы сигнала для выполнения амплитудной модуляции синусной волны из набора сохраненных форм сигнала, таких как прямоугольная форма, синусоидальная форма, зубчатая форма и т.п.Fig. 60 shows an example of a method for determining whether the test device uses the same flow measurement method as the control device. In a first step, the control device selects a test pulse signal. For example, this may include selecting a waveform for performing amplitude modulation of a sine wave from a set of stored waveforms, such as a square wave, a sine wave, a jagged wave, etc.

На следующем этапе испытательный импульсный сигнал подают на первый измерительный преобразователь. На следующем этапе соответствующий испытательный сигнал отклика получают на втором измерительном преобразователе. На следующих этапах испытательный сигнал отклика или его часть инвертируют и получают испытательный измерительный сигнал. Измерительные преобразователи, с которыми соединено контрольное устройство, предпочтительно представляют собой измерительные преобразователи испытательного устройства.In the next step, the test pulse signal is fed to the first measuring transducer. In the next step, the corresponding test response signal is obtained at the second measuring transducer. In the following steps, the test response signal or part thereof is inverted and a test measuring signal is obtained. The measuring transducers to which the control device is connected are preferably measuring transducers of the testing device.

- 20 043606- 20 043606

На следующем этапе испытательный измерительный сигнал сравнивают с фактическим измерительным сигналом испытательного устройства. Если испытательный измерительный сигнал подобен измерительному сигналу испытательного устройства, принимают решение о том, что испытательное устройство использует тот же способ, что и контрольное устройство. Альтернативно или дополнительно контрольное устройство может подавать испытательный измерительный сигнал на измерительный преобразователь, принимать соответствующий испытательный сигнал отклика и сравнивать этот испытательный сигнал отклика с сигналом отклика с измерительным сигналом испытательного устройства.In the next step, the test measuring signal is compared with the actual measuring signal of the test device. If the test measuring signal is similar to the measuring signal of the test device, it is decided that the test device uses the same method as the control device. Alternatively or additionally, the control device can apply the test measuring signal to the measuring transducer, receive a corresponding test response signal and compare this test response signal with the response signal with the measuring signal of the test device.

Контрольное устройство может принимать или измерять сигналы испытательного устройства как электрические сигналы посредством подключения проводного соединения испытательного устройства к измерительным преобразователями или, альтернативно, сигналы можно измерить посредством размещения микрофона в трубопроводе и приема сигнала микрофона.The monitoring device may receive or measure the test device signals as electrical signals by connecting a wired connection from the test device to the measuring transducers, or alternatively, the signals may be measured by placing a microphone in the pipeline and receiving the microphone signal.

Если сигналы не являются подобными, тот же процесс повторяют с дополнительными доступными испытательными импульсными сигналами, чтобы посмотреть, приводит ли один из испытательных импульсных сигналов к испытательному измерительному сигналу и/или сигналу отклика на него, который похож на измерительный сигнал и/или сигнал отклика на него. В случае, если импульсный сигнал испытательного устройства доступен, контрольное устройство может выбрать доступный импульсный сигнал или подобный импульсный сигнал вместо испытания разных испытательных импульсных сигналов, или оно может сузить выбор испытательных импульсных сигналов.If the signals are not similar, the same process is repeated with additional available test pulse signals to see if one of the test pulse signals results in a test measurement signal and/or a response signal to it that is similar to the measurement signal and/or a response signal to it. In the event that a test device pulse signal is available, the control device may select the available pulse signal or a similar pulse signal instead of testing different test pulse signals, or it may narrow the selection of test pulse signals.

Для испытательного устройства, которое использует несколько путей сигнала и/или комбинации пар отправляющих и принимающих измерительных преобразователей для измерения расхода, контрольное устройство повторяет способ, представленный на фиг. 60, для нескольких путей сигнала и/или для нескольких комбинаций измерительных преобразователей, и соответствующие измерительные сигналы и/или сигналы отклика на измерительные сигналы сравнивают.For a test device that uses multiple signal paths and/or combinations of pairs of sending and receiving measuring transducers to measure flow, the control device repeats the method shown in Fig. 60 for multiple signal paths and/or for multiple combinations of measuring transducers, and the corresponding measuring signals and/or response signals to the measuring signals are compared.

Несмотря на то, что представленное выше описание является весьма специфичным, оно должно быть воспринято не как ограничивающее объем вариантов осуществления, а как просто обеспечивающее представление предполагаемых вариантов осуществления. Этапы способа могут быть выполнены в порядке, отличном от представленного в предоставленных вариантах осуществления, и разделение устройства измерения на блоки обработки и их соответствующие взаимосвязи могут отличаться от тех, что приведены в предоставленных вариантах осуществления.Although the above description is very specific, it should not be taken as limiting the scope of the embodiments, but as simply providing an idea of the proposed embodiments. The steps of the method can be performed in an order different from that shown in the provided embodiments, and the division of the measuring device into processing units and their respective relationships can differ from those shown in the provided embodiments.

В частности, представленные выше преимущества вариантов осуществления должны восприниматься не как ограничивающие объем вариантов осуществления, а как просто объясняющие вероятные достижения при реализации описанных вариантов осуществления на практике. Таким образом, объем вариантов осуществления должен быть определен формулой изобретения и ее эквивалентами, а не приведенными примерами.In particular, the advantages of the embodiments presented above should not be taken as limiting the scope of the embodiments, but as simply explaining the likely achievements when implementing the described embodiments in practice. Thus, the scope of the embodiments should be determined by the claims and their equivalents, and not by the examples given.

Варианты осуществления настоящего изобретения могут также быть описаны с использованием следующих списков признаков, объединенных в параграфы. Соответствующие комбинации признаков, которые описаны в списке параграфов, рассматриваются как отдельный предмет изобретения, соответственно, которые могут также быть объединены с другими признаками изобретения.Embodiments of the present invention may also be described using the following lists of features, combined into paragraphs. The corresponding combinations of features, which are described in the list of paragraphs, are considered as a separate subject of the invention, respectively, which may also be combined with other features of the invention.

1. Способ определения скорости потока текучей среды в трубопроводе для текучей среды, включающий обеспечение трубопровода для текучей среды текучей средой, которая имеет предварительно определенную скорость по отношению к трубопроводу для текучей среды, обеспечение трубопровода для текучей среды первым ультразвуковым измерительным преобразователем, вторым ультразвуковым измерительным преобразователем и третьим ультразвуковым измерительным преобразователем, причем соответствующие линии соединения между первым ультразвуковым измерительным преобразователем, вторым ультразвуковым измерительным преобразователем и третьим ультразвуковым измерительным преобразователем проходят вне оси симметрии трубопровода для текучей среды, подачу первого измерительного сигнала в первый ультразвуковой измерительный преобразователь, измерение первого сигнала отклика на первый измерительный сигнал на втором ультразвуковом измерительном преобразователе, подачу второго измерительного сигнала в первый ультразвуковой измерительный преобразователь, измерение второго сигнала отклика на второй измерительный сигнал на третьем ультразвуковом измерительном преобразователе, причем первый измерительный сигнал и второй измерительный сигнал соответственно содержат обращенную по времени часть сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал или сигнал, полученный из него, получение скорости потока текучей среды из по меньшей мере одного из первого сигнала отклика и второго сигнала отклика.1. A method for determining the flow rate of a fluid in a fluid pipeline, comprising providing the fluid pipeline with a fluid that has a predetermined velocity with respect to the fluid pipeline, providing the fluid pipeline with a first ultrasonic transducer, a second ultrasonic transducer and a third ultrasonic transducer, wherein the corresponding connection lines between the first ultrasonic transducer, the second ultrasonic transducer and the third ultrasonic transducer extend outside the axis of symmetry of the fluid pipeline, supplying a first measuring signal to the first ultrasonic transducer, measuring a first response signal to the first measuring signal on the second ultrasonic transducer, supplying a second measuring signal to the first ultrasonic transducer, measuring a second response signal to the second measuring signal on the third ultrasonic transducer, wherein the first measuring signal and the second measuring signal respectively comprise a time-reversed portion of the response signal to the corresponding pulse signal or a signal obtained therefrom, obtaining the flow rate of the fluid from at least one of the first response signal and the second response signal.

2. Способ по п.1, включающий подачу первого измерительного сигнала с обратным направлением во второй ультразвуковой измерительный преобразователь,2. The method according to claim 1, including feeding the first measuring signal in the opposite direction to the second ultrasonic measuring transducer,

- 21 043606 измерение первого сигнала отклика с обратным направлением на первый измерительный сигнал с обратным направлением на втором ультразвуковом измерительном преобразователе, подачу второго измерительного сигнала с обратным направлением в третий ультразвуковой измерительный преобразователь, измерение второго сигнала отклика с обратным направлением на второй измерительный сигнал с обратным направлением на первом ультразвуковом измерительном преобразователе, причем первый измерительный сигнал с обратным направлением и второй измерительный сигнал с обратным направлением соответственно содержат обращенную по времени часть сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал или сигнал, полученный из него, получение скорости потока текучей среды из по меньшей мере одного из первого сигнала отклика, первого сигнала отклика с обратным направлением, второго сигнала отклика и второго сигнала отклика с обратным направлением.- 21 043606 measuring a first response signal with a reverse direction to a first measuring signal with a reverse direction on a second ultrasonic measuring transducer, feeding a second measuring signal with a reverse direction to a third ultrasonic measuring transducer, measuring a second response signal with a reverse direction to a second measuring signal with a reverse direction on the first ultrasonic measuring transducer, wherein the first measuring signal with a reverse direction and the second measuring signal with a reverse direction respectively comprise a time-reversed portion of the response signal to a corresponding pulse signal or a signal obtained from it, obtaining a flow velocity of a fluid from at least one of the first response signal, the first response signal with a reverse direction, the second response signal and the second response signal with a reverse direction.

3. Способ по п.1 или 2, включающий подачу третьего измерительного сигнала во второй ультразвуковой измерительный преобразователь, измерение третьего сигнала отклика на второй измерительный сигнал на третьем ультразвуковом измерительном преобразователе, причем третий измерительный сигнал содержит обращенную по времени часть сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал или сигнал, полученный из него, получение по меньшей мере одной скорости потока текучей среды из третьего сигнала отклика.3. The method according to claim 1 or 2, comprising feeding a third measuring signal to a second ultrasonic measuring transducer, measuring a third response signal to the second measuring signal on the third ultrasonic measuring transducer, wherein the third measuring signal comprises a time-reversed portion of the response signal to the corresponding pulse signal or a signal obtained therefrom, obtaining at least one flow rate of the fluid from the third response signal.

4. Способ по п.3, включающий подачу третьего измерительного сигнала с обратным направлением в третий ультразвуковой измерительный преобразователь, измерение третьего сигнала отклика с обратным направлением на третий измерительный сигнал с обратным направлением на втором ультразвуковом измерительном преобразователе, причем третий измерительный сигнал с обратным направлением содержит обращенную по времени часть сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал или сигнал, полученный из него, получение по меньшей мере одной скорости потока текучей среды из третьего сигнала отклика и третьего сигнала отклика с обратным направлением.4. The method according to claim 3, comprising supplying a third measuring signal with a reverse direction to a third ultrasonic measuring transducer, measuring a third response signal with a reverse direction to the third measuring signal with a reverse direction on a second ultrasonic measuring transducer, wherein the third measuring signal with a reverse direction comprises a time-reversed portion of the response signal to the corresponding pulse signal or a signal obtained therefrom, obtaining at least one flow velocity of the fluid from the third response signal and the third response signal with a reverse direction.

5. Способ определения скорости потока текучей среды в трубопроводе для текучей среды, включающий обеспечение трубопровода для текучей среды текучей средой, которая имеет предварительно определенную скорость по отношению к трубопроводу для текучей среды, обеспечение трубопровода для текучей среды первым ультразвуковым накладным измерительным преобразователем и вторым ультразвуковым накладным измерительным преобразователем, причем линия соединения между первым ультразвуковым накладным измерительным преобразователем и вторым ультразвуковым накладным измерительным преобразователем проходит за пределами оси симметрии трубопровода для текучей среды, подачу измерительного сигнала в первый ультразвуковой накладной измерительный преобразователь, измерение сигнала отклика на измерительный сигнал на втором ультразвуковом накладном измерительном преобразователе, причем измерительный сигнал содержит обращенную по времени часть сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал или сигнал, полученный из него, получение скорости потока текучей среды из сигнала отклика.5. A method for determining the flow rate of a fluid in a fluid pipeline, comprising providing the fluid pipeline with a fluid that has a predetermined velocity with respect to the fluid pipeline, providing the fluid pipeline with a first ultrasonic clamp-on measuring transducer and a second ultrasonic clamp-on measuring transducer, wherein the connection line between the first ultrasonic clamp-on measuring transducer and the second ultrasonic clamp-on measuring transducer extends outside the axis of symmetry of the fluid pipeline, supplying a measuring signal to the first ultrasonic clamp-on measuring transducer, measuring a response signal to the measuring signal on the second ultrasonic clamp-on measuring transducer, wherein the measuring signal comprises a time-reversed portion of the response signal to the corresponding pulse signal or a signal obtained therefrom, obtaining the flow rate of the fluid from the response signal.

6. Способ по п.5, включающий подачу измерительного сигнала с обратным направлением во второй ультразвуковой накладной измерительный преобразователь, измерение сигнала отклика с обратным направлением на измерительный сигнал на первом ультразвуковом накладном измерительном преобразователе, причем измерительный сигнал содержит обращенную по времени часть сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал или сигнал, полученный из него, получение скорости потока текучей среды из сигнала отклика.6. The method according to claim 5, comprising feeding a measuring signal with a reverse direction to a second ultrasonic clamp-on measuring transducer, measuring a response signal with a reverse direction to the measuring signal on the first ultrasonic clamp-on measuring transducer, wherein the measuring signal comprises a time-reversed portion of the response signal to the corresponding pulse signal or a signal obtained from it, obtaining the flow velocity of the fluid from the response signal.

7. Способ по любому из предыдущих параграфов, в котором часть сигнала, которую используют для получения соответствующих измерительных сигналов, содержит первую часть вблизи максимальной амплитуды сигнала отклика и конечную часть сигнала, при этом конечная часть сигнала проходит во времени после времени достижения максимальной амплитуды.7. A method according to any of the preceding paragraphs, wherein the portion of the signal that is used to obtain the corresponding measurement signals comprises a first portion near the maximum amplitude of the response signal and a final portion of the signal, wherein the final portion of the signal extends in time after the time of reaching the maximum amplitude.

8. Способ по одному из предыдущих параграфов, включающий обработку по меньшей мере одного из сигналов отклика для определения изменения в толщине стенки трубопровода или для определения характеристик материала стенок трубопровода путем определения характеристик продольной и поперечной звуковой волны.8. The method according to one of the preceding paragraphs, including processing at least one of the response signals to determine a change in the thickness of the pipeline wall or to determine the characteristics of the material of the pipeline walls by determining the characteristics of the longitudinal and transverse sound wave.

9. Способ по п.1, включающий обеспечение трубопровода для текучей среды текучей средой, предоставление первого импульсного сигнала в один из первого или второго ультразвукового изме- 22 043606 рительного преобразователя, прием первого сигнала отклика на первый импульсный сигнал на другом из первого или второго ультразвукового измерительного преобразователя, предоставление второго импульсного сигнала в один из первого или третьего ультразвукового измерительного преобразователя, прием второго сигнала отклика на второй импульсный сигнал на другом из первого или третьего ультразвукового измерительного преобразователя, получение первого измерительного сигнала из первого сигнала отклика, получение второго измерительного сигнала из второго сигнала отклика, причем получение соответствующих первого и второго измерительных сигналов включает выбор части соответствующих первого и второго сигналов отклика или сигнала, полученного из них, и обращение этой части сигнала по времени, сохранение первого измерительного сигнала и второго измерительного сигнала для дальнейшего использования.9. The method according to claim 1, comprising providing a fluid pipeline with a fluid, providing a first pulse signal to one of the first or second ultrasonic measuring transducer, receiving a first response signal to the first pulse signal on the other of the first or second ultrasonic measuring transducer, providing a second pulse signal to one of the first or third ultrasonic measuring transducer, receiving a second response signal to the second pulse signal on the other of the first or third ultrasonic measuring transducer, obtaining a first measurement signal from the first response signal, obtaining a second measurement signal from the second response signal, wherein obtaining the respective first and second measurement signals includes selecting a portion of the respective first and second response signals or a signal obtained therefrom and reversing this portion of the signal in time, storing the first measurement signal and the second measurement signal for further use.

10. Способ по п.5, включающий обеспечение трубопровода для текучей среды текучей средой, предоставление импульсного сигнала в один из первого ультразвукового накладного измерительного преобразователя и второго ультразвукового накладного измерительного преобразователя, прием сигнала отклика на импульсный сигнал на другом из первого ультразвукового накладного измерительного преобразователя и второго ультразвукового накладного измерительного преобразователя, получение измерительного сигнала из сигнала отклика, причем получение измерительного сигнала включает выбор части соответствующего сигнала отклика или сигнала, полученного из него, и обращение этой части сигнала по времени, сохранение измерительного сигнала для дальнейшего использования.10. The method according to claim 5, including providing a pipeline for a fluid with a fluid, providing a pulse signal to one of the first ultrasonic clamp-on measuring transducer and the second ultrasonic clamp-on measuring transducer, receiving a response signal to the pulse signal on the other of the first ultrasonic clamp-on measuring transducer and the second ultrasonic clamp-on measuring transducer, obtaining a measuring signal from the response signal, wherein obtaining the measuring signal includes selecting a portion of the corresponding response signal or a signal obtained from it and reversing this portion of the signal in time, storing the measuring signal for further use.

11. Способ по п.9 или 10, включающий повторение этапов подачи импульсного сигнала и приема соответствующего сигнала отклика множество раз с получением при этом множества сигналов отклика, получение соответствующего измерительного сигнала из среднего значения принятых сигналов отклика.11. The method according to claim 9 or 10, comprising repeating the steps of supplying a pulse signal and receiving a corresponding response signal multiple times, thereby obtaining a plurality of response signals, obtaining a corresponding measurement signal from the average value of the received response signals.

12. Способ по одному из пп.9-11, в котором получение соответствующего измерительного сигнала включает оцифровку соответствующего сигнала отклика или сигнала, полученного из него, по отношению к амплитуде.12. The method according to one of claims 9 to 11, wherein obtaining the corresponding measurement signal includes digitizing the corresponding response signal or a signal obtained from it with respect to amplitude.

13. Способ по п.12, включающий увеличение битового разрешения оцифрованного сигнала для увеличения амплитуды сигнала отклика на соответствующий измерительный сигнал.13. The method according to claim 12, including increasing the bit resolution of the digitized signal to increase the amplitude of the response signal to the corresponding measurement signal.

14. Способ по п.12, включающий уменьшение битового разрешения оцифрованного сигнала для увеличения амплитуды сигнала отклика на соответствующий измерительный сигнал.14. The method according to claim 12, including reducing the bit resolution of the digitized signal to increase the amplitude of the response signal to the corresponding measurement signal.

15. Способ по п.12, в котором битовое разрешение оцифрованного сигнала по отношению к амплитуде представляет собой низкое битовое разрешение.15. The method according to claim 12, wherein the bit resolution of the digitized signal relative to the amplitude is a low bit resolution.

16. Машиночитаемый программный код, содержащий машиночитаемые команды для выполнения способа по одному из пп.1-15.16. Machine-readable program code containing machine-readable instructions for performing the method according to one of paragraphs 1-15.

17. Машиночитаемое запоминающее устройство, при этом машиночитаемое запоминающее устройство содержит машиночитаемый программный код по п.16.17. A machine-readable storage device, wherein the machine-readable storage device contains a machine-readable program code according to paragraph 16.

18. Специализированный электронный компонент, выполненный с возможностью выполнения способа по одному из пп.1-15.18. A specialized electronic component designed to perform the method according to one of paragraphs 1-15.

19. Устройство для измерения скорости потока текучей среды в трубопроводе с помощью времяпролетного ультразвукового расходомера, содержащее первый соединитель для соединения первого ультразвукового элемента, второй соединитель для соединения второго ультразвукового элемента, третий соединитель для соединения третьего ультразвукового элемента, передающий блок для отправки импульсных сигналов и для отправки измерительных сигналов, принимающий блок для приема сигналов отклика, блок обработки для получения первого измерительного сигнала из первого инвертированного сигнала, для получения второго измерительного сигнала из второго инвертированного сигнала и для сохранения первого измерительного сигнала и второго измерительного сигнала, причем получение первого инвертированного сигнала и второго инвертированного сигнала включает обращение по времени части сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал или сигнал, полученный из него, и при этом блок обработки, передающий блок и принимающий блок применяются для подачи первого измерительного сигнала в первый соединитель, и приема первого сигнала отклика на первый измерительный сигнал на втором соединителе, подачи второго измерительного сигнала в первый соединитель, приема второго сигнала отклика на второй измерительный сигнал на третьем соединителе,19. A device for measuring the flow rate of a fluid in a pipeline using a time-of-flight ultrasonic flowmeter, comprising a first connector for connecting a first ultrasonic element, a second connector for connecting a second ultrasonic element, a third connector for connecting a third ultrasonic element, a transmitting unit for sending pulse signals and for sending measuring signals, a receiving unit for receiving response signals, a processing unit for obtaining a first measuring signal from a first inverted signal, for obtaining a second measuring signal from a second inverted signal and for storing the first measuring signal and the second measuring signal, wherein obtaining the first inverted signal and the second inverted signal includes reversing in time a portion of the response signal to the corresponding pulse signal or a signal obtained from it, and wherein the processing unit, the transmitting unit and the receiving unit are used to supply the first measuring signal to the first connector and receive the first response signal to the first measuring signal at the second connector, supply the second measuring signal to the first connector, receive the second response signal to the second measuring signal at the third connector,

- 23 043606 и получения скорости потока текучей среды из по меньшей мере одного из первого сигнала отклика и второго сигнала отклика.- 23 043606 and obtaining a flow rate of the fluid from at least one of the first response signal and the second response signal.

20. Устройство для измерения скорости потока текучей среды в трубопроводе с помощью времяпролетного ультразвукового расходомера, содержащее первый соединитель, первый ультразвуковой накладной измерительный преобразователь, который соединен с первым соединителем, второй соединитель, второй ультразвуковой накладной измерительный преобразователь, который соединен со вторым соединителем, часть трубопровода, причем первый ультразвуковой накладной измерительный преобразователь установлен на части трубопровода в первом местоположении, и второй ультразвуковой накладной измерительный преобразователь установлен на части трубопровода в некотором местоположении, причем соответствующие линии соединения между первым ультразвуковым накладным измерительным преобразователем и вторым накладным ультразвуковым измерительным преобразователем проходят за пределами оси симметрии трубопровода для текучей среды, передающий блок для отправки импульсных сигналов и для отправки измерительных сигналов, принимающий блок для приема сигналов отклика, блок обработки для получения измерительного сигнала из инвертированного сигнала, причем получение инвертированного сигнала включает обращение по времени части сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал или сигнал, полученный из него, и при этом блок обработки, передающий блок и принимающий блок применяются для подачи измерительного сигнала в первый соединитель, приема сигнала отклика на первый измерительный сигнал на втором соединителе, и получения скорости потока текучей среды из сигнала отклика.20. A device for measuring the flow rate of a fluid in a pipeline using a time-of-flight ultrasonic flow meter, comprising a first connector, a first ultrasonic clamp-on transducer that is connected to the first connector, a second connector, a second ultrasonic clamp-on transducer that is connected to the second connector, a portion of the pipeline, wherein the first ultrasonic clamp-on transducer is mounted on the portion of the pipeline at a first location, and a second ultrasonic clamp-on transducer is mounted on the portion of the pipeline at a certain location, wherein the respective connection lines between the first ultrasonic clamp-on transducer and the second ultrasonic clamp-on transducer extend outside the axis of symmetry of the pipeline for the fluid, a transmitting unit for sending pulse signals and for sending the measuring signals, a receiving unit for receiving the response signals, a processing unit for obtaining a measuring signal from the inverted signal, wherein obtaining the inverted signal includes reversing in time a portion of the response signal to the corresponding pulse signal or a signal obtained therefrom, and wherein the processing unit, the transmitting unit and the receiving unit are used to supply the measuring signal to a first connector, receiving a response signal to the first measurement signal at the second connector, and obtaining a flow rate of the fluid from the response signal.

21. Устройство по п.20, дополнительно содержащее цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), при этом ЦАП соединен с первым соединителем, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), при этом АЦП соединен со вторым соединителем, машиночитаемое запоминающее устройство для сохранения измерительного сигнала.21. The device according to claim 20, further comprising a digital-to-analog converter (DAC), wherein the DAC is connected to the first connector, an analog-to-digital converter (ADC), wherein the ADC is connected to the second connector, a machine-readable memory device for storing the measurement signal.

22. Устройство по п.20, дополнительно содержащее блок выбора, при этом блок выбора применяется для выбора части принятого сигнала отклика на импульсный сигнал или сигнал, полученный из него, и блок инвертирования, при этом блок инвертирования применяется для инвертирования по времени выбранной части принятого сигнала отклика для получения инвертированного сигнала.22. The device according to claim 20, further comprising a selection unit, wherein the selection unit is used to select a portion of the received response signal to the pulse signal or a signal obtained therefrom, and an inversion unit, wherein the inversion unit is used to invert in time the selected portion of the received response signal to obtain an inverted signal.

23. Устройство по п.20, содержащее прямой цифровой синтезатор сигналов, при этом прямой цифровой синтезатор сигналов содержит АЦП, регистр управления частотой, опорный генератор, генератор с числовым программным управлением и восстанавливающий фильтр низких частот, при этом АЦП выполнен с возможностью соединения с первым и вторым соединителем через восстанавливающий фильтр низких частот.23. The device according to claim 20, comprising a direct digital signal synthesizer, wherein the direct digital signal synthesizer comprises an ADC, a frequency control register, a reference oscillator, a numerically controlled oscillator and a low-pass recovery filter, wherein the ADC is configured to be connected to the first and second connectors via the low-pass recovery filter.

24. Устройство по п.20, содержащее часть трубопровода, при этом первый ультразвуковой измерительный преобразователь установлен на части трубопровода в первом местоположении, и второй ультразвуковой измерительный преобразователь установлен на части трубопровода во втором местоположении.24. The device according to claim 20, comprising a portion of a pipeline, wherein the first ultrasonic measuring transducer is mounted on the portion of the pipeline at a first location, and the second ultrasonic measuring transducer is mounted on the portion of the pipeline at a second location.

25. Способ определения того, измеряет ли испытательное устройство скорость потока текучей среды в трубопроводе для текучей среды по одному из пп.1-5, включающий обеспечение трубопровода для текучей среды текучей средой, которая имеет предварительно определенную скорость относительно трубопровода для текучей среды, обеспечение трубопровода для текучей среды первым ультразвуковым измерительным преобразователем и вторым ультразвуковым измерительным преобразователем, подачу испытательного импульсного сигнала в первый ультразвуковой измерительный преобразователь испытательного устройства, прием испытательного сигнала отклика на испытательный импульсный сигнал на втором ультразвуковом измерительном преобразователе испытательного устройства, получение испытательного измерительного сигнала из испытательного сигнала отклика, при этом получение испытательного измерительного сигнала включает обращение по времени соответствующего первого или второго сигнала отклика, или его части, сравнение первого испытательного измерительного сигнала с первым измерительным сигналом, который излучается на измерительном преобразователе испытательного устройства, при этом определяют, что в испытательном устройстве применяется способ определения скорости потока текучей среды в трубопроводе для текучей среды по одному из пп.1-5, если первый испытательный измерительный сигнал и первый измерительный сигнал являются подобными.25. A method for determining whether a testing device measures a fluid flow rate in a fluid conduit according to one of claims 1 to 5, comprising providing the fluid conduit with a fluid that has a predetermined velocity relative to the fluid conduit, providing the fluid conduit with a first ultrasonic transducer and a second ultrasonic transducer, supplying a test pulse signal to the first ultrasonic transducer of the testing device, receiving a test response signal to the test pulse signal at a second ultrasonic transducer of the testing device, obtaining a test measurement signal from the test response signal, wherein obtaining the test measurement signal includes reversing in time the corresponding first or second response signal, or a portion thereof, comparing the first test measurement signal with a first measurement signal that is emitted at the transducer of the testing device, wherein determining that the testing device applies the method for determining the fluid flow rate in the fluid conduit according to one of claims 1 to 5, if the first the test measuring signal and the first measuring signal are similar.

26. Способ по п.25, включающий26. The method according to item 25, including

--

Claims (15)

обеспечение трубопровода для текучей среды третьим ультразвуковым измерительным преобразователем, подачу испытательного импульсного сигнала в первый ультразвуковой измерительный преобразователь испытательного устройства или во второй ультразвуковой измерительный преобразователь испытательного устройства, прием второго испытательного сигнала отклика на испытательный импульсный сигнал на третьем ультразвуковом измерительном преобразователе испытательного устройства, получение второго испытательного измерительного сигнала из второго испытательного сигнала отклика, сравнение второго испытательного измерительного сигнала со вторым измерительным сигналом, который излучается на измерительном преобразователе испытательного устройства, при этом определяют, что в испытательном устройстве применяется способ определения скорости потока текучей среды в трубопроводе для текучей среды по п.1, если первый испытательный измерительный сигнал и первый измерительный сигнал являются подобными.providing the fluid conduit with a third ultrasonic transducer, providing a test pulse signal to a first ultrasonic transducer of the test device or a second ultrasonic transducer of the test device, receiving a second test signal in response to the test pulse signal at the third ultrasonic transducer of the test device, obtaining a second test signal measurement signal from the second response test signal, comparing the second test measurement signal with the second measurement signal that is emitted at the test device transducer, and determining that the test device uses the method for determining the flow rate of a fluid in a fluid conduit according to claim 1 , if the first test measurement signal and the first measurement signal are similar. Ссылки:Links: 10 - устройство расходомера;10 - flow meter device; 11 - расположенный выше по потоку пьезоэлектрический элемент;11 - piezoelectric element located upstream; 12 - труба;12 - pipe; 13 - расположенный ниже по потоку пьезоэлектрический элемент;13 - piezoelectric element located downstream; 14 - направление среднего потока;14 - direction of the average flow; 15 - первый блок вычисления;15 - first calculation block; 16 - второй блок вычисления;16 - second calculation block; 17 - путь сигнала;17 - signal path; 20 - путь сигнала;20 - signal path; 22 - пьезоэлектрический элемент;22 - piezoelectric element; 23 - пьезоэлектрический элемент;23 - piezoelectric element; 31 -52 - пьезоэлектрические элементы;31 -52 - piezoelectric elements; 60 , 60' - устройство измерения расхода;60, 60' - flow measurement device; 61 - первый соединитель;61 - first connector; 62 - второй соединитель;62 - second connector; 63 - мультиплексор;63 - multiplexer; 64 - ЦАП;64 - DAC; 65 - АЦП;65 - ADC; 66 - демультиплексор;66 - demultiplexer; 67 - блок выбора сигнала;67 - signal selection block; 68 - блок инвертирования сигнала;68 - signal inversion block; 69 - полосовой фильтр;69 - bandpass filter; 70 - запоминающее устройство;70 - storage device; 71 - блок вычисления скорости;71 - speed calculation block; 72 - генератор импульсных сигналов;72 - pulse signal generator; 73 - генератор измерительных сигналов;73 - measuring signal generator; 74 - командная линия;74 - command line; 75 - командная линия;75 - command line; 76 - ПЦС;76 - PDS; 77 - опорный генератор;77 - reference generator; 78 - регистр управления частотой;78 - frequency control register; 79 - генератор с числовым программным управлением;79 - generator with numerical program control; 80 - фильтр низких частот.80 - low pass filter. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Система измерения скорости потока текучей среды в трубопроводе (12) для текучей среды с помощью времяпролетного ультразвукового расходомера (10), содержащая первый соединитель (61) для соединения первого пьезоэлектрического измерительного преобразователя (11), второй соединитель (62) для соединения второго пьезоэлектрического измерительного преобразователя (13), третий соединитель для соединения третьего пьезоэлектрического измерительного преобразователя (23), причем соответствующие линии соединения между первым пьезоэлектрическим измерительным преобразователем (11), вторым пьезоэлектрическим измерительным преобразователем (13) и третьим пьезоэлектрическим измерительным преобразователем (23) проходят за пределами оси симметрии трубопровода (12) для текучей среды, причем первый пьезоэлектрический измерительный преобразователь1. A system for measuring the flow rate of a fluid in a pipeline (12) for a fluid using a time-of-flight ultrasonic flow meter (10), containing a first connector (61) for connecting the first piezoelectric measuring transducer (11), a second connector (62) for connecting the second piezoelectric transducer (13), a third connector for connecting the third piezoelectric transducer (23), and the corresponding connection lines between the first piezoelectric transducer (11), the second piezoelectric transducer (13) and the third piezoelectric transducer (23) extend outside the axis symmetry of the pipeline (12) for the fluid, the first piezoelectric measuring transducer - 25 043606 (11) и третий пьезоэлектрический измерительный преобразователь (23) смещены относительно второго пьезоэлектрического измерительного преобразователя (13) в продольном направлении трубопровода (12) для текучей среды, передающий блок, содержащий генератор импульсных сигналов для отправки импульсных сигналов и генератор измерительных сигналов для отправки измерительных сигналов в первый соединитель (61), принимающий блок для приема сигналов отклика на импульсные сигналы на втором соединителе (62), блок обработки для получения первого измерительного сигнала из первого инвертированного сигнала, для получения второго измерительного сигнала из второго инвертированного сигнала и для сохранения первого измерительного сигнала и второго измерительного сигнала, причем получение первого инвертированного сигнала и второго инвертированного сигнала включает обращение по времени части сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал или сигнала, полученного из сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал, и при этом передающий блок выполнен с возможностью подачи первого измерительного сигнала и второго измерительного сигнала в первый соединитель (61), принимающий блок выполнен с возможностью приема первого сигнала отклика на первый измерительный сигнал на втором соединителе (62) и приема второго сигнала отклика на второй измерительный сигнал на третьем соединителе, и блок обработки выполнен с возможностью получения скорости потока текучей среды из по меньшей мере одного из первого сигнала отклика и второго сигнала отклика с применением метода времени пролета посредством вычисления разности по времени распространения первого измерительного сигнала и второго измерительного сигнала, распространяющихся в текучей среде в направлении потока и против направления потока.- 25 043606 (11) and the third piezoelectric measuring transducer (23) are offset relative to the second piezoelectric measuring transducer (13) in the longitudinal direction of the fluid pipeline (12), a transmitting unit containing a pulse signal generator for sending pulse signals and a measuring signal generator for sending measurement signals to the first connector (61), a receiving unit for receiving response signals to pulse signals at the second connector (62), a processing unit for obtaining a first measurement signal from the first inverted signal, for obtaining a second measurement signal from the second inverted signal, and storing a first measurement signal and a second measurement signal, wherein obtaining the first inverted signal and the second inverted signal includes time reversal of a portion of a response signal to a corresponding pulse signal or a signal obtained from a response signal to a corresponding pulse signal, and wherein the transmitting unit is configured to supply the first measurement signal and a second measurement signal into the first connector (61), the receiving unit is configured to receive a first response signal to the first measurement signal at the second connector (62) and receive a second response signal to the second measurement signal at the third connector, and the processing unit is configured to the ability to obtain a fluid flow velocity from at least one of the first response signal and the second response signal using a time-of-flight method by calculating the difference in propagation time of the first measurement signal and the second measurement signal propagating in the fluid in the direction of flow and against the direction of flow. 2. Способ определения скорости потока текучей среды в трубопроводе (12) для текучей среды с помощью времяпролетного расходомера (10), при этом текучая среда имеет предварительно определенную скорость относительно трубопровода (12) для текучей среды, и при этом трубопровод (12) для текучей среды представляет собой трубопровод для текучей среды с осью симметрии, при этом способ включает следующие этапы:2. A method for determining the flow rate of a fluid in a fluid pipeline (12) using a time-of-flight flow meter (10), wherein the fluid has a predetermined speed relative to the fluid pipeline (12), and wherein the fluid pipeline (12) The medium is a pipeline for a fluid with an axis of symmetry, and the method includes the following steps: установку на трубопроводе (12) для текучей среды первого пьезоэлектрического измерительного преобразователя (11), второго пьезоэлектрического измерительного преобразователя (13) и третьего пьезоэлектрического измерительного преобразователя (23), причем соответствующие линии соединения между первым пьезоэлектрическим измерительным преобразователем (11), вторым пьезоэлектрическим измерительным преобразователем (13) и третьим пьезоэлектрическим измерительным преобразователем (23) проходят за пределами оси симметрии трубопровода (12) для текучей среды, причем первый пьезоэлектрический измерительный преобразователь (11) и третий пьезоэлектрический измерительный преобразователь (23) смещены относительно второго пьезоэлектрического измерительного преобразователя (13) в продольном направлении трубопровода (12) для текучей среды, подачу первого импульсного сигнала во второй пьезоэлектрический измерительный преобразователь (13), прием первого сигнала отклика на первый импульсный сигнал на первом пьезоэлектрическом измерительном преобразователе (11), подачу второго импульсного сигнала в третий пьезоэлектрический измерительный преобразователь (23), прием второго сигнала отклика на второй импульсный сигнал на первом пьезоэлектрическом измерительном преобразователе (11), получение первого измерительного сигнала, включающее обращение по времени части указанного первого сигнала отклика на указанный первый импульсный сигнал или сигнала, полученного из указанного первого сигнала отклика, получение второго измерительного сигнала, включающее обращение по времени части указанного второго сигнала отклика на указанный второй импульсный сигнал или сигнала, полученного из указанного второго сигнала отклика, подачу первого измерительного сигнала в первый пьезоэлектрический измерительный преобразователь (11), и измерение первого сигнала отклика на первый измерительный сигнал на втором пьезоэлектрическом измерительном преобразователе (13), подачу второго измерительного сигнала в первый пьезоэлектрический измерительный преобразователь (11), измерение второго сигнала отклика на второй измерительный сигнал на третьем пьезоэлектрическом измерительном преобразователе (23), причем первый измерительный сигнал и второй измерительный сигнал соответственно содержат обращенную по времени часть сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал, который передают между той же парой пьезоэлектрических измерительных преобразователей, что и соответствующий измерительный сигнал, или сигнала, полученного из сигнала отклика на соответст- 26 043606 вующий импульсный сигнал, получение скорости потока текучей среды из по меньшей мере одного из первого сигнала отклика и второго сигнала отклика с применением метода времени пролета, при этом вычисляют разность по времени распространения первого измерительного сигнала и второго измерительного сигнала, распространяющихся в текучей среде в направлении потока и против направления потока.installation on the fluid pipeline (12) of the first piezoelectric measuring transducer (11), the second piezoelectric measuring transducer (13) and the third piezoelectric measuring transducer (23), and the corresponding connection lines between the first piezoelectric measuring transducer (11), the second piezoelectric measuring transducer (13) and the third piezoelectric measuring transducer (23) pass outside the axis of symmetry of the pipeline (12) for the fluid, and the first piezoelectric measuring transducer (11) and the third piezoelectric measuring transducer (23) are offset relative to the second piezoelectric measuring transducer (13) in longitudinal direction of the fluid conduit (12), supplying a first pulse signal to the second piezoelectric transducer (13), receiving a first response signal to the first pulse signal at the first piezoelectric transducer (11), supplying a second pulse signal to the third piezoelectric transducer ( 23), receiving a second response signal to a second pulse signal on the first piezoelectric measuring transducer (11), receiving a first measuring signal, including time reversal of a portion of said first response signal to said first pulse signal or a signal obtained from said first response signal, receiving a second measurement signal, including time reversal of a portion of said second response signal to said second pulse signal or a signal obtained from said second response signal, supplying the first measurement signal to the first piezoelectric measuring transducer (11), and measuring the first response signal to the first measurement signal on the second piezoelectric measuring transducer (13), supplying a second measuring signal to the first piezoelectric measuring transducer (11), measuring a second response signal to the second measuring signal on the third piezoelectric measuring transducer (23), wherein the first measuring signal and the second measuring signal respectively contain an inverted time portion of a response signal to a corresponding pulse signal that is transmitted between the same pair of piezoelectric transducers as the corresponding measurement signal, or a signal derived from a response signal to a corresponding pulse signal, obtaining the fluid flow rate from at least at least one of the first response signal and the second response signal using a time-of-flight method, calculating the difference in propagation time of the first measurement signal and the second measurement signal propagating in the fluid in the direction of flow and against the direction of flow. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что включает подачу первого измерительного сигнала с обратным направлением во второй пьезоэлектрический измерительный преобразователь (13), измерение первого сигнала отклика с обратным направлением на первый измерительный сигнал с обратным направлением на первом пьезоэлектрическом измерительном преобразователе (11), подачу второго измерительного сигнала с обратным направлением в третий пьезоэлектрический измерительный преобразователь (23), измерение второго сигнала отклика с обратным направлением на второй измерительный сигнал с обратным направлением на первом пьезоэлектрическом измерительном преобразователе (11), причем первый измерительный сигнал с обратным направлением и второй измерительный сигнал с обратным направлением соответственно содержат обращенную по времени часть сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал или сигнала, полученного из сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал, получение скорости потока текучей среды из по меньшей мере одного из первого сигнала отклика, первого сигнала отклика с обратным направлением, второго сигнала отклика и второго сигнала отклика с обратным направлением.3. The method according to claim 2, characterized in that it includes supplying a first measurement signal with a reverse direction to a second piezoelectric measuring transducer (13), measuring a first response signal with a reverse direction to the first measuring signal with a reverse direction on the first piezoelectric measuring transducer (11 ), supplying a second measurement signal with a reverse direction to the third piezoelectric measuring transducer (23), measuring a second response signal with a reverse direction to a second measuring signal with a reverse direction on the first piezoelectric measuring transducer (11), wherein the first measuring signal with a reverse direction and the second the reverse direction measurement signal respectively comprises a time-reversed portion of a response signal to a corresponding pulse signal or a signal derived from a response signal to a corresponding pulse signal, obtaining a fluid flow rate from at least one of the first response signal, the first reverse direction response signal , a second response signal, and a second response signal with a reverse direction. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что включает получение третьего измерительного сигнала, включающее обращение по времени части сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал, который передают между вторым пьезоэлектрическим измерительным преобразователем (13) и третьим пьезоэлектрическим измерительным преобразователем (23), или сигнала, полученного из сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал, подачу третьего измерительного сигнала во второй пьезоэлектрический измерительный преобразователь (13), измерение третьего сигнала отклика на второй измерительный сигнал на третьем пьезоэлектрическом измерительном преобразователе (23), причем третий измерительный сигнал содержит обращенную по времени часть сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал или сигнала, полученного из сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал, получение по меньшей мере одной скорости потока текучей среды из третьего сигнала отклика.4. The method according to claim 2, characterized in that it includes obtaining a third measurement signal, including time reversal of a portion of the response signal to a corresponding pulse signal that is transmitted between the second piezoelectric measuring transducer (13) and the third piezoelectric measuring transducer (23), or signal obtained from the response signal to the corresponding pulse signal, supplying a third measurement signal to the second piezoelectric measuring transducer (13), measuring the third response signal to the second measurement signal on the third piezoelectric measuring transducer (23), wherein the third measurement signal includes a time-reversed portion a response signal to the corresponding pulse signal or a signal obtained from the response signal to the corresponding pulse signal, obtaining at least one fluid flow rate from the third response signal. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что включает подачу третьего измерительного сигнала с обратным направлением в третий пьезоэлектрический измерительный преобразователь (23), измерение третьего сигнала отклика с обратным направлением на третий измерительный сигнал с обратным направлением на втором пьезоэлектрическом измерительном преобразователе (13), причем третий измерительный сигнал с обратным направлением содержит обращенную по времени часть сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал или сигнала, полученного из сигнала отклика на соответствующий импульсный сигнал, получение по меньшей мере одной скорости потока текучей среды из третьего сигнала отклика и третьего сигнала отклика с обратным направлением.5. The method according to claim 4, characterized in that it includes supplying a third measurement signal with a reverse direction to the third piezoelectric measuring transducer (23), measuring a third response signal with a reverse direction to the third measuring signal with a reverse direction on the second piezoelectric measuring transducer (13 ), wherein the third reversed measurement signal comprises a time-reversed portion of a response signal to the corresponding pulse signal or a signal derived from the response signal to the corresponding pulse signal, obtaining at least one fluid flow rate from the third response signal and the third response signal with in the opposite direction. 6. Способ по п.2, отличающийся тем, что часть сигнала, которую используют для получения соответствующих измерительных сигналов, содержит первую часть вблизи максимальной амплитуды сигнала отклика и конечную часть сигнала, при этом конечная часть сигнала проходит во времени после времени достижения максимальной амплитуды.6. The method according to claim 2, characterized in that the part of the signal that is used to obtain the corresponding measurement signals comprises a first part near the maximum amplitude of the response signal and a final part of the signal, wherein the final part of the signal passes in time after the time of reaching the maximum amplitude. 7. Способ по п.2, отличающийся тем, что включает обработку по меньшей мере одного из сигналов отклика для определения изменения в толщине стенки трубопровода (12) или для определения характеристик материала стенок трубопровода путем определения характеристик продольной и поперечной звуковой волны.7. The method according to claim 2, characterized in that it includes processing at least one of the response signals to determine a change in the thickness of the wall of the pipeline (12) or to determine the characteristics of the material of the pipeline walls by determining the characteristics of the longitudinal and transverse sound waves. 8. Способ по п.2, отличающийся тем, что включает обеспечение трубопровода (12) для текучей среды текучей средой, предоставление первого импульсного сигнала в один из первого или второго пьезоэлектрического измерительного преобразователя (11, 13), прием первого сигнала отклика на первый импульсный сигнал на другом из первого или второго пьезоэлектрического измерительного преобразователя (11, 13), предоставление второго импульсного сигнала в один из первого или третьего пьезоэлектрического измерительного преобразователя (11, 23), прием второго сигнала отклика на второй импульсный сигнал на другом из первого или третьего пьезоэлектрического измерительного преобразователя (11, 23),8. The method according to claim 2, characterized in that it includes providing a fluid conduit (12) with a fluid, providing a first pulse signal to one of the first or second piezoelectric transducer (11, 13), receiving a first response signal to the first pulse signal at the other of the first or second piezoelectric transducer (11, 13), providing a second pulse signal to one of the first or third piezoelectric transducer (11, 23), receiving a second response signal to the second pulse signal at the other of the first or third piezoelectric transducer measuring transducer (11, 23), - 27 043606 получение первого измерительного сигнала из первого сигнала отклика, получение второго измерительного сигнала из второго сигнала отклика, причем получение соответствующих первого и второго измерительных сигналов включает выбор части соответствующих первого и второго сигналов отклика или сигнала, полученного из первого и второго сигналов отклика, и обращение этой части сигнала по времени, сохранение первого измерительного сигнала и второго измерительного сигнала для дальнейшего использования.- 27 043606 obtaining a first measurement signal from a first response signal, obtaining a second measurement signal from a second response signal, wherein obtaining the respective first and second measurement signals includes selecting a portion of the respective first and second response signals or a signal derived from the first and second response signals, and reversing this part of the signal in time, storing the first measurement signal and the second measurement signal for future use. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что включает повторение этапов подачи импульсного сигнала и приема соответствующего сигнала отклика множество раз с получением при этом множества сигналов отклика, получение соответствующего измерительного сигнала из среднего значения принятых сигналов отклика.9. The method according to claim 8, characterized in that it includes repeating the steps of applying a pulse signal and receiving a corresponding response signal a plurality of times to thereby obtain a plurality of response signals, obtaining a corresponding measurement signal from an average value of the received response signals. 10. Способ по п.8, отличающийся тем, что получение соответствующего измерительного сигнала включает оцифровку соответствующего сигнала отклика или сигнала, полученного из соответствующего сигнала отклика, по отношению к амплитуде.10. The method of claim 8, wherein obtaining the corresponding measurement signal includes digitizing the corresponding response signal or a signal derived from the corresponding response signal with respect to amplitude. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что включает увеличение битового разрешения оцифрованного сигнала для увеличения амплитуды сигнала отклика на соответствующий измерительный сигнал.11. The method of claim 10, characterized in that it includes increasing the bit resolution of the digitized signal to increase the amplitude of the response signal to the corresponding measurement signal. 12. Способ по п.10, отличающийся тем, что включает уменьшение битового разрешения оцифрованного сигнала для увеличения амплитуды сигнала отклика на соответствующий измерительный сигнал.12. The method according to claim 10, characterized in that it includes reducing the bit resolution of the digitized signal to increase the amplitude of the response signal to the corresponding measurement signal. 13. Способ по п.10, отличающийся тем, что битовое разрешение оцифрованного сигнала по отношению к амплитуде представляет собой низкое битовое разрешение.13. The method according to claim 10, characterized in that the bit resolution of the digitized signal with respect to the amplitude is a low bit resolution. 14. Способ определения того, измеряет ли испытательное устройство скорость потока текучей среды в трубопроводе (12) для текучей среды согласно способу по п.2, при этом текучая среда имеет предварительно определенную скорость относительно трубопровода (12) для текучей среды, при этом способ включает следующие этапы:14. A method for determining whether the test device measures the flow rate of a fluid in a fluid conduit (12) according to the method of claim 2, wherein the fluid has a predetermined velocity relative to the fluid conduit (12), wherein the method includes the following steps: установку на трубопроводе (12) для текучей среды первого пьезоэлектрического измерительного преобразователя (11) и второго пьезоэлектрического измерительного преобразователя (13), подачу испытательного импульсного сигнала в первый пьезоэлектрический измерительный преобразователь (11) испытательного устройства, прием первого испытательного сигнала отклика на испытательный импульсный сигнал на втором пьезоэлектрическом измерительном преобразователе (13) испытательного устройства, получение первого испытательного измерительного сигнала из первого испытательного сигнала отклика, при этом получение первого испытательного измерительного сигнала включает обращение по времени первого испытательного сигнала отклика или его части, сравнение первого испытательного измерительного сигнала с первым измерительным сигналом, который излучается на измерительном преобразователе испытательного устройства, при этом определяют, что в испытательном устройстве применяется способ определения скорости потока текучей среды в трубопроводе (12) для текучей среды по п.2, если первый испытательный измерительный сигнал и первый измерительный сигнал являются подобными.installation on the fluid pipeline (12) of the first piezoelectric measuring transducer (11) and the second piezoelectric measuring transducer (13), supplying a test pulse signal to the first piezoelectric measuring transducer (11) of the testing device, receiving a first test signal in response to the test pulse signal at the second piezoelectric measuring transducer (13) of the testing device, obtaining a first test measurement signal from the first test response signal, wherein obtaining the first test measurement signal includes time reversal of the first test response signal or part thereof, comparing the first test measurement signal with the first measurement signal, which is emitted at the measuring transducer of the test device, wherein it is determined that the test device applies the method for determining the flow rate of a fluid in a fluid conduit (12) according to claim 2, if the first test measurement signal and the first measurement signal are similar. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что включает установку на трубопроводе (12) для текучей среды третьего пьезоэлектрического измерительного преобразователя (23), подачу испытательного импульсного сигнала в первый пьезоэлектрический измерительный преобразователь (11) испытательного устройства или во второй пьезоэлектрический измерительный преобразователь (13) испытательного устройства, прием второго испытательного сигнала отклика на испытательный импульсный сигнал на третьем пьезоэлектрическом измерительном преобразователе (23) испытательного устройства, получение второго испытательного измерительного сигнала из второго испытательного сигнала отклика, сравнение второго испытательного измерительного сигнала со вторым измерительным сигналом, который излучается на измерительном преобразователе испытательного устройства, при этом определяют, что в испытательном устройстве применяется способ определения скорости потока текучей среды в трубопроводе (12) для текучей среды по п.2, если первый испытательный измерительный сигнал и первый измерительный сигнал являются подобными.15. The method according to claim 14, characterized in that it includes installing a third piezoelectric measuring transducer (23) on the fluid pipeline (12), supplying a test pulse signal to the first piezoelectric measuring transducer (11) of the test device or to the second piezoelectric measuring transducer (13) of the test device, receiving a second test signal in response to the test pulse signal at the third piezoelectric transducer (23) of the test device, obtaining a second test measurement signal from the second test response signal, comparing the second test measurement signal with a second measurement signal that is emitted at the measuring transducer of the testing device, wherein it is determined that the testing device applies the method for determining the flow rate of a fluid in a fluid pipeline (12) according to claim 2, if the first test measurement signal and the first measurement signal are similar. --
EA201891250 2016-01-18 IMPROVED TOF FLOWMETER WITH SOUND SIGNAL BEAM FORMATION EA043606B1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA043606B1 true EA043606B1 (en) 2023-06-05

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10928414B2 (en) Signal travel time flow meter
US11333676B2 (en) Beam shaping acoustic signal travel time flow meter
US11137276B1 (en) All digital travel time flow meter using time reversed acoustics
EA043606B1 (en) IMPROVED TOF FLOWMETER WITH SOUND SIGNAL BEAM FORMATION
EP4067833B1 (en) All digital travel time flow meter using time reversed acoustics
RU2770889C1 (en) Fully digital flowmeter based on measurement of transit time, in which time-reversed acoustics is used